Vantaggi della tecnologia di produzione periodica di scorie di titanio in uno stadio
Attualmente, la produzione di scorie di titanio con un alto contenuto di TiO2 (80% e più) si è dimostrata fattibile ed economicamente sostenibile solo nei forni minerali.
La produzione in un unico stadio presenta numerosi vantaggi rispetto ad altri metodi per ottenere il rutilo sintetico. Il primo stadio in due fasi è più difficile in quanto comporta la riduzione della tostatura e della lisciviazione acida, genera una quantità significativa di rifiuti liquidi pericolosi e richiede investimenti finanziari più elevati. La fusione del rutilo sintetico con un metodo a fase unica è promettente per la sua fattibilità economica (riduzione dei costi di produzione), la possibilità di controllare il processo tecnologico e il potenziale per ottenere prodotti di alta qualità.
Parametri di processo della fusione a riduzione nei forni minerale-termici
Tipi di carica per la fusione a riduzione nei forni minerali
Per la fusione ridotta del concentrato di ilmenite nei forni minerali, vengono utilizzati due tipi di miscela di carica: bricchette e in polvere.
Per un migliore utilizzo del riducente, per ridurre le emissioni di polvere e per ridurre il consumo specifico di energia, è vantaggioso lavorare con una carica di bricchette. Tuttavia, sorgono difficoltà a causa dell'agglomerazione delle bricchette e della loro cementazione da parte del materiale fuso bollente, che interrompe la permeabilità della carica.
Pertanto nella pratica industriale è stata sviluppata anche una carica combinata, una miscela di bricchette e cariche in polvere. Il rapporto tra loro dipende dal tipo di concentrato di titanio. Il contenuto di carica in polvere varia dal 30 al 50%.
Le bricchette vengono prodotte utilizzando presse a rulli, utilizzando liquori di solfuro come legante.
Tipi di forni minerali e requisiti per essi
Per la fusione delle scorie di titanio, nei paesi dell'ex Unione Sovietica (Ucraina, Kazakistan, Russia) vengono utilizzati forni minerali-termici a tre elettrodi con trasformatori della seguente potenza:
Per un migliore utilizzo del riducente, per ridurre le emissioni di polvere e per ridurre il consumo specifico di energia, è vantaggioso lavorare con una carica di bricchette. Tuttavia, sorgono difficoltà a causa dell'agglomerazione delle bricchette e della loro cementazione da parte del materiale fuso bollente, che interrompe la permeabilità della carica.
Pertanto nella pratica industriale è stata sviluppata anche una carica combinata, una miscela di bricchette e cariche in polvere. Il rapporto tra loro dipende dal tipo di concentrato di titanio. Il contenuto di carica in polvere varia dal 30 al 50%.
Le bricchette vengono prodotte utilizzando presse a rulli, utilizzando liquori di solfuro come legante.
5 MVA con quantità di materiale caricata fino a 24 t;
16,5 MVA con ricarica fino a 100 t;
25 MVA con ricarica fino a 120 t.
Attualmente tali scorie vengono fuse utilizzando forni minerale-termici aperti e chiusi in un processo discontinuo, che prevede la fusione dell'intero materiale caricato nel forno e la successiva spillatura dei prodotti di fusione. La natura periodica del processo è guidata dalla necessità di ottenere rutilo sintetico con una quantità minima di ossidi di ferro. Per raggiungere questo obiettivo, al termine del processo di fusione viene aggiunto un riducente al bagno del forno. Questa operazione viene definita regolazione delle scorie.
Il processo periodico in un forno aperto, soprattutto durante la fase di aggiustamento della scoria quando la superficie della scoria fusa non è ricoperta dalla carica solida, è accompagnato da notevoli perdite di calore dovute alla fuga di gas e all'irraggiamento dalla superficie del fuso e dalle pareti del forno.
L'utilizzo di forni minerari a tetto chiuso per la fusione delle scorie migliora notevolmente gli aspetti tecnici ed economici del processo. Ciò avviene perché la produttività del forno aumenta, il consumo energetico specifico diminuisce e le perdite di concentrato (dovute al riporto del lotto) con i gas in uscita vengono ridotte a causa di una quantità inferiore di gas di scarico generati (molte volte inferiori). Inoltre, le perdite di calore sono ridotte.
Diversi requisiti sono imposti ai forni fusori per rutilo sintetico:
Il forno dovrebbe avere una potenza specifica relativamente elevata per consentire il rapido riscaldamento della carica ad una temperatura intorno a 900-1200 gradi senza una sua fusione significativa e per mantenere uno stato di flusso liquido di scorie altamente viscose durante la fase finale del processo;
Il diametro dell'elettrodo e il tasso di consumo dell'elettrodo dovrebbero essere ottimizzati per garantire la concentrazione richiesta di energia termica.
Specifiche di un forno minerale-termico da 25 MVA
Caratteristiche di un OTF da 25 MVA:
Tipo di elettrodi – elettrodi di grafite;
Diametro dell'elettrodo – 0,71 m;
Quantità di elettrodi – 3 pezzi;
Quantità di trasformatori – 3 pezzi;
Potenza del trasformatore – 8333 kVA;
Peso del concentrato caricato per un'operazione di fusione – 120 t;
Parte superiore del forno – componibile, raffreddata ad acqua;
Mezzo di raffreddamento – circolazione dell'acqua di processo;
Due fori di rubinetteria per la maschiatura separata del rutilo sintetico e del metallo associato.
Specifiche di un processo di fusione di riduzione
Temperatura delle scorie di titanio maschiate – 1680 1760o C, quella del metallo associato – 1470-1530o C. Peso delle scorie di titanio durante la maschiatura – max 18 t.
La tecnologia fornisce:
Tasso di produzione del forno – 62627 t/anno;
Estrazione del titanio dal concentrato con riciclaggio delle polveri in prodotti commerciali (scorie di titanio) non inferiore al 98%;
Produzione di scorie di titanio di una determinata composizione;
Produzione del metallo standard associato.
Prodotti ottenuti dalla fusione del concentrato di ilmenite in forni minerali.
Dalla fusione dei concentrati di ilmenite si ottengono scorie di titanio con un contenuto di TiO2 compreso tra 84% e 90% e un contenuto di FeO compreso tra 5% e 7%, a seconda della composizione dei concentrati iniziali.
Di norma, la composizione chimica delle scorie di titanio ottenute dalla lavorazione di vari concentrati e delle loro miscele subisce piccole variazioni. È determinato principalmente dalla completezza delle reazioni di riduzione degli ossidi di ferro e dal grado di ri-riduzione del biossido di titanio (TiO2) ad ossidi inferiori.
La tecnologia di produzione delle scorie di titanio consente di produrle commercialmente, sia per ottenere titanio spugnoso, sia per avere pigmento di biossido di titanio utilizzando metodi con cloruro o acido solforico.
La distribuzione degli elementi principali tra scorie e ghisa durante la fusione a carica può essere valutata come segue:
Trasferimento alle scorie: titanio – 98,5%, ferro – 3,5%, silicio – 72,0%. Parte del silicio evapora come ossido inferiore;
Trasferimento su ghisa: ferro – {{0}}%, titanio – 0,8-1,2%, silicio – 10-12%, vanadio – 45-48%.
Automazione del processo di fusione delle scorie di titanio
L'obiettivo di un sistema di automazione nel processo corrispondente è controllare e stabilizzare i parametri di processo della preparazione della carica per la fusione e garantire il funzionamento ininterrotto di apparecchiature e meccanismi secondo un programma predefinito.
Tutti i processi di trasporto, carico e scarico del materiale, macinazione, classificazione, dosaggio e miscelazione, bricchettatura ed essiccazione sono meccanizzati e automatizzati.
L'automazione del sistema di dosaggio è progettata per fornire una velocità razionale di caricamento dei forni con una carica di una determinata composizione, coordinamento e controllo dei principali parametri di dosaggio dei materiali di carica, loro miscelazione, trasporto e fornitura alle tramogge del forno.
L'influenza più significativa sull'efficienza del forno minerale-termico è il controllo automatico della modalità elettrica del processo di fusione e dello scorrimento degli elettrodi. L'automazione del processo corrispondente consiste nel controllo automatico del raffreddamento del trasformatore del forno, del raffreddamento ad acqua della parte superiore del forno, dello scorrimento degli elettrodi, della regolazione della pressione superiore e di altri parametri.
L’automazione della depurazione del gas è un fattore cruciale per il regolare avanzamento del processo tecnologico, garantendo un uso efficiente dell’energia elettrica e delle materie prime.
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Peculiarità del processo di produzione delle scorie di titanio
Indicatori di prestazione garantiti della tecnologia proposta per la produzione di scorie di titanio nei forni minerali (OTF)
La tecnologia proposta nei forni minerali (OTF) prevede quanto segue:
Tasso di produzione del forno- 62627 t/anno;
Estrazione del titanio dal concentrato con riciclaggio delle polveri in prodotti commerciali (scorie di titanio) – non meno del 98%;
Produzione di scorie di titanio con la composizione richiesta – contenuto di TiO2 – 84-90% e FeO – 5-7%;
Produzione sotto forma di prodotto commerciale, che può essere utilizzato sia per ottenere la spugna di titanio sia per produrre pigmenti di biossido di titanio utilizzando metodi con cloruro o acido solforico;
Produzione di metalli associati;
Garantire la sicurezza del processo contro le esplosioni e il recupero delle risorse energetiche secondarie.
Un sistema automatizzato di controllo del processo (APCS) consente quanto segue:
Ridurre il tempo di fusione del 3-5% grazie alla meccanizzazione e all'automazione del dosaggio e del caricamento del forno;
Ridurre l'"ebollizione" delle scorie grazie al caricamento uniforme su tutta l'area del bagno del forno, migliorare le condizioni di fusione e il controllo del processo;
Attraverso l'automazione del processo di fusione elettrica, è possibile aumentare la produzione oraria media di energia del 7-9% e ridurre il tempo di fusione del 6-8%;
Ridurre il consumo energetico specifico di 50-100 kW per 1 tonnellata di scorie di titanio e aumentare il tasso di produzione del forno del 6-8%.
Riepilogo (conclusione)
Le scorie di titanio sono un prodotto molto richiesto nel mercato globale con un volume di produzione significativo caratterizzato da un trend di crescita costante e a lungo termine.
È un prodotto commerciale primario (prodotto semilavorato) nella catena tecnologica per ottenere pigmenti di biossido di titanio, titanio metallico, leghe a base di titanio e prodotti altamente lavorati.
È ottenuto da concentrati di ilmenite in un metodo monostadio mediante fusione di riduzione in forni minerali (OTF).
A seconda della composizione dei concentrati di ilmenite, dal processo di fusione si ottengono scorie di titanio con un contenuto di TiO2 compreso tra l'84% e il 90% e un contenuto di FeO compreso tra il 5% e il 7%. Queste scorie sono considerate prodotti commerciali.
