Zalety jednoetapowej okresowej technologii produkcji żużla tytanowego

Obecnie produkcja żużla tytanowego o wysokiej zawartości TiO2 (80% i więcej) okazała się wykonalna i opłacalna jedynie w piecach rudo-termicznych.

Produkcja jednoetapowa ma kilka zalet w porównaniu z innymi metodami otrzymywania syntetycznego rutylu. Pierwszy dwuetapowy jest trudniejszy, gdyż wiąże się z prażeniem redukcyjnym i ługowaniem kwasowym, generuje znaczną ilość niebezpiecznych odpadów płynnych i wymaga większych nakładów finansowych. Topienie syntetycznego rutylu metodą jednoetapową jest obiecujące ze względu na opłacalność ekonomiczną (obniżenie kosztów produkcji), możliwość kontrolowania procesu technologicznego i możliwość uzyskania produktów o wysokiej jakości.

Parametry procesu wytapiania redukcyjnego w piecach rudo-termicznych

Rodzaje wsadu do wytapiania redukcyjnego w piecach rudo-termicznych

Do wytapiania redukcyjnego koncentratu ilmenitu w piecach rudno-termicznych stosuje się dwa rodzaje mieszanki wsadowej – brykiet i proszek.

W celu lepszego wykorzystania reduktora, zmniejszenia emisji pyłów i zmniejszenia jednostkowego zużycia energii korzystna jest praca z wsadem brykietowym. Jednakże pojawiają się trudności ze względu na zbrylanie się brykietów i ich cementowanie przez wrzący stop, co zakłóca przepuszczalność wsadu.

Dlatego w praktyce przemysłowej opracowano także wsad kombinowany będący mieszaniną brykietów i wsadu sproszkowanego. Proporcje między nimi zależą od rodzaju koncentratu tytanu. Zawartość sproszkowanego wsadu waha się od 30 do 50%.

Brykiety produkowane są na prasach walcowych, w których jako spoiwo wykorzystuje się ług siarczkowy.

Rodzaje pieców rudo-termicznych i wymagania dla nich

Do wytapiania żużli tytanowych w krajach byłego ZSRR (Ukraina, Kazachstan, Rosja) stosuje się trójelektrodowe piece rudowo-termiczne z transformatorami o następującej mocy:

W celu lepszego wykorzystania reduktora, zmniejszenia emisji pyłów i zmniejszenia jednostkowego zużycia energii korzystna jest praca z wsadem brykietowym. Jednakże pojawiają się trudności ze względu na zbrylanie się brykietów i ich cementowanie przez wrzący stop, co zakłóca przepuszczalność wsadu.

Dlatego w praktyce przemysłowej opracowano także wsad kombinowany będący mieszaniną brykietów i wsadu sproszkowanego. Proporcje między nimi zależą od rodzaju koncentratu tytanu. Zawartość sproszkowanego wsadu waha się od 30 do 50%.

Brykiety produkowane są na prasach walcowych, w których jako spoiwo wykorzystuje się ług siarczkowy.

5 MVA przy ilości materiału wsadowego do 24 t;

16,5 MVA z ładowaniem do 100 t;

25 MVA z ładowaniem do 120 t.

Obecnie wytapianie takich żużli odbywa się w otwartych i zamkniętych piecach rudo-termicznych w procesie wsadowym, który polega na przetopieniu w piecu całego wsadu i późniejszym spuszczeniu produktów wytopu. Okresowość procesu wynika z konieczności otrzymania syntetycznego rutylu z minimalną zawartością tlenków żelaza. Aby to osiągnąć, pod koniec procesu wytapiania do kąpieli piecowej dodaje się środek redukujący. Operację tę nazywa się regulacją żużla.

Okresowemu procesowi w otwartym piecu, zwłaszcza w fazie regulacji żużla, gdy powierzchnia roztopionego żużla nie jest pokryta wsadem stałym, towarzyszą znaczne straty ciepła na skutek ulatniających się gazów i promieniowania z powierzchni wytopu i ścianek pieca.

Zastosowanie do wytapiania żużli pieców rudowo-termicznych z zamkniętym dachem znacznie poprawia aspekty techniczne i ekonomiczne procesu. Dzieje się tak dlatego, że wzrasta wydajność pieca, maleje jednostkowe zużycie energii, a straty koncentratu (wskutek przenoszenia wsadu) z gazami odpływowymi zmniejszają się ze względu na mniejszą (kilkukrotnie mniejszą) ilość wytwarzanych gazów odlotowych. Dodatkowo zmniejszają się straty ciepła.

Na piece do wytapiania rutylu syntetycznego nałożono kilka wymagań:

Piec powinien mieć stosunkowo dużą moc właściwą, aby umożliwić szybkie nagrzanie wsadu do temperatury około 900-1200 stopnia bez jego znacznego stopienia i utrzymać w końcowej fazie procesu stan płynięcia żużli o dużej lepkości;

Należy optymalizować średnicę elektrody i szybkość jej zużycia, aby zapewnić wymaganą koncentrację energii cieplnej.

Dane techniczne pieca rudo-termicznego o mocy 25 MVA

Charakterystyka OTF 25 MVA:

Rodzaj elektrod – elektrody grafitowe;

Średnica elektrody – 0,71 m;

Ilość elektrod – 3 szt.;

Ilość transformatorów – 3 szt.;

Moc transformatora – 8333 kVA;

Masa załadunku koncentratu do operacji topienia – 120 t;

Nadstawa pieca – segmentowa, chłodzona wodą;

Czynnik chłodzący – obiegowa woda procesowa;

Dwa otwory spustowe do oddzielnego gwintowania rutylu syntetycznego i metalu towarzyszącego.

Specyfikacje procesu wytapiania redukcyjnego

Temperatura żużla tytanowego spuszczanego – 1680 1760o C, metalu towarzyszącego – 1470-1530o C. Masa żużla tytanowego podczas spuszczania – max 18 t.

Technologia zapewnia:

Wydajność pieca – 62627 t/rok;

Ekstrakcja tytanu z koncentratu wraz z recyklingiem pyłu na produkty handlowe (żużel tytanowy) nie mniej niż 98%;

Produkcja żużla tytanowego o zadanym składzie;

Produkcja powiązanego metalu standardowego.

Produkty otrzymywane z wytapiania koncentratu ilmenitu w piecach rudo-termicznych.

W wyniku przetapiania koncentratów ilmenitu otrzymuje się żużle tytanu o zawartości TiO2 od 84% do 90% i FeO od 5% do 7%, w zależności od składu koncentratów wyjściowych.

Z reguły skład chemiczny żużli tytanowych otrzymywanych w wyniku przerobu różnych koncentratów i ich mieszanin ulega niewielkim zmianom. Decyduje o tym przede wszystkim kompletność reakcji redukcji tlenków żelaza oraz stopień ponownej redukcji dwutlenku tytanu (TiO2) do niższych tlenków.

Technologia produkcji żużli tytanowych umożliwia ich komercyjną produkcję, zarówno do otrzymywania tytanu gąbczastego, jak i do uzyskania pigmentu z dwutlenku tytanu, metodą chlorkową lub kwasowo-siarkową.

Rozkład głównych pierwiastków pomiędzy żużlem i żeliwem podczas wytapiania wsadu można ocenić w następujący sposób:

Przeniesienie do żużla: tytan – 98,5%, żelazo – 3,5%, krzem – 72,0%. Część krzemu odparowuje w postaci niższego tlenku;

Transfer do żeliwa: żelazo – {{0}}%, tytan – 0,8-1,2%, krzem – 10-12%, wanad – 45-48%.

Automatyzacja procesu wytapiania żużla tytanowego

Zadaniem układu automatyzacji odpowiedniego procesu jest kontrola i stabilizacja parametrów procesu przygotowania wsadu do wytapiania oraz zapewnienie nieprzerwanej pracy urządzeń i mechanizmów według zadanego programu.

Wszystkie procesy transportu materiału, załadunku i rozładunku, mielenia, klasyfikacji, dozowania i mieszania, brykietowania i suszenia są zmechanizowane i zautomatyzowane.

Automatyka układu dozowania ma na celu zapewnienie racjonalnej szybkości załadunku pieców wsadem o zadanym składzie, koordynację i kontrolę głównych parametrów dozowania materiałów wsadowych, ich mieszania, transportu i podawania do zasypów pieca.

Największy wpływ na wydajność pieca rudowo-termicznego ma automatyczna kontrola trybu elektrycznego procesu wytapiania i poślizgu elektrody. Odpowiednia automatyzacja procesu polega na automatycznym sterowaniu chłodzeniem transformatora pieca, chłodzeniem wodnym górnej części pieca, poślizgiem elektrod, regulacją ciśnienia górnego i innymi parametrami.

Automatyzacja oczyszczania gazu jest kluczowym czynnikiem zapewniającym płynny przebieg procesu technologicznego, zapewniającym efektywne wykorzystanie energii elektrycznej i surowców.

Szukasz dogłębnej wiedzy inżynieryjnej w zakresie procesu produkcji żużla tytanowego, aby go ulepszyć i zyskać? Nasi specjaliści są tutaj, aby Ci pomóc.

Zaplanuj rozmowę

Specyfika procesu produkcji żużla tytanowego

Gwarantowane wskaźniki wydajności proponowanej technologii produkcji żużla tytanowego w piecach rudo-termicznych (OTF)

Proponowana technologia pieców rudowo-termicznych (OTF) przewiduje:

Szybkość produkcji pieca- 62627 t/rok;

Ekstrakcja tytanu z koncentratu wraz z pyłem recyklingowym na produkty handlowe (żużel tytanowy) – nie mniej niż 98%;

Produkcja żużla tytanowego o wymaganym składzie – zawartość TiO2 – 84-90% i FeO – 5-7%;

Produkcja w postaci produktu handlowego, który może być wykorzystany zarówno do otrzymania tytanu gąbczastego, jak i do produkcji pigmentu dwutlenku tytanu metodą chlorkową lub kwasowo-siarkową;

Produkcja metali towarzyszących;

Zapewnienie bezpieczeństwa wybuchowego procesu i odzysk wtórnych zasobów energii.

Zautomatyzowany system kontroli procesu (APCS) umożliwia:

Skrócenie czasu wytapiania o 3-5% dzięki mechanizacji i automatyzacji dozowania i załadunku pieca;

Aby zmniejszyć „wrzenie” żużla dzięki równomiernemu wsadowi w całej powierzchni kąpieli pieca, w celu poprawy warunków wytapiania i kontroli procesu;

Dzięki automatyzacji procesu wytapiania elektrycznego możliwe jest zwiększenie średniego godzinowego poboru mocy o 7-9% i skrócenie czasu wytapiania o 6-8%;

Zmniejszenie jednostkowego zużycia energii o 50-100 kW na 1 tonę żużla tytanowego i zwiększenie wydajności pieca o 6-8%.

Podsumowanie (wniosek)

Żużel tytanowy jest produktem cieszącym się dużym popytem na rynku światowym, o znaczącym wolumenie produkcji, charakteryzującym się stałą i długoterminową tendencją wzrostową.

Jest podstawowym produktem handlowym (półproduktem) w łańcuchu technologicznym otrzymywania pigmentu dwutlenku tytanu, tytanu metalicznego, stopów na bazie tytanu oraz produktów wysoko przetworzonych.

Otrzymywany jest z koncentratów ilmenitu metodą jednoetapową poprzez wytapianie redukcyjne w piecach rudo-termicznych (OTF).

W zależności od składu koncentratów ilmenitu w procesie wytapiania powstają żużle tytanu o zawartości TiO2 od 84% do 90% i FeO od 5% do 7%. Żużle te uważane są za produkty handlowe.