Труды КНЦ вып.5 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 5/2015(31))

Abstract The feasibility of hydrometallurgical processing of ilmenite concentrate from the Gremyakha-Vyrmes deposit (Murmansk region) with hydrochloric acid has been explored. The kinetics of ilmenite interaction with HCl solutions in a concentration range of 200-380 g/L and at temperatures of 60-95°С has been investigated. It has been found that mechanical activating of ilmenite samples in a centrifugal activator increased both the decomposition level and process selectivity due to higher extraction of iron and simultaneous decreasing of titanium extraction. Distribution of the principal metals (Fe, Ti, V, Mg) during the solvent extraction of filtrates after the ilmenite decomposition with organic compounds of several types, has been studied. Keywords: ilmenite concentrate, hydrochloric acid, mechanoactivation, solvent extraction, iron, titanium, tributylphosphate, aliphatic alcohols. Традиционным сырьем для производства титана и диоксида титана являются титансодержащие руды: рутил, ильменит и лейкоксен. Наиболее богатым по содержанию основного компонента является природный рутил - от 93 до 96% диоксида титана (TiO2), в ильменитах - от 44 до 70%, в лейкоксеновых концентратах содержание TiO 2 колеблется в пределах 50-90%. За рубежом для производства пигментного диоксида титана используются в основном высокотитанистые источники сырья в виде рутила и анатаза, которые содержат соответственно 92-98% и 90-95% TiO2. В отличие от ильменита, содержащего 43-53% TiO2, они не требуют предварительного обогащения, а процесс технологического передела организован в малоотходном варианте. В России на настоящий момент собственные предприятия по производству диоксида титана отсутствуют. В то же время минимальная потребность российской промышленности в диоксиде титана оценивается в 80-90 тыс. т/год и спрос на диоксид титана ежегодно повышается. Основными потребителями являются предприятия лакокрасочной отрасли, но растет применение титана и в других сферах производства. Кольский полуостров можно отнести к числу наиболее богатых регионов, в недрах которого сосредоточены рудные проявления, включающие титановые минералы: ильменит, титаномагнетит, перовскит, лопарит, сфен. Одним из наиболее перспективных крупных коренных месторождений высококачественных титаномагнетит- ильменитовых руд является месторождение Гремяха-Вырмес. Отдельные участки месторождения представлены богатыми рудами с ресурсными запасами 30-50 млн т при содержаниях от 9 до 15% TiO 2 (20-35% ильменита). Поэтому ильменит-магнетитовые и ильменит-гематитовые руды коренных месторождений могут составлять основу минерально-сырьевой базы титановой промышленности России [1]. Богатая сырьевая база, благоприятные условия залегания титаносодержащих руд, возможность организации нового производства на пустующих площадях действующих или ранее функционирующих предприятий, развитая инфраструктура делает Кольский полуостров привлекательным как для иностранных, так и для отечественных инвесторов. Авторами был изучен минеральный, фракционный, фазовый и химический состав проб ильменитового концентрата месторождения Гремяхо-Вырмес, полученных путем обогащения мокрой электромагнитной сепарацией исходной ильменитовой руды. Пробы отличались различной крупностью частиц, химический состав проб различался незначительно. Содержание основных компонентов проб находилось на уровне, мас. %: 34.8-40.9 FeO, 0.2-8.6 Fe 2 O3, 44.3-48.77 TiO2, 2.8-3.6 MgO, 1.2-1.9 SiO2, 0.1-0.2 CaO, 0.05-0.07 V 2 O5. Проведенный минералогический анализ проб показал, что продукт представляет недифференцированный крупнозернистый концентрат ильменита с примесью силикатов и сульфидов. Раскрытие зерен ильменита высокое, закрытых сростков ильменита в каких либо минералах не наблюдается. В самом ильмените присутствует некоторое количество закрытых включений силикатного и сульфидного состава. Согласно литературным данным, ильменит - титанат железа FeTiO 3 - относится к трудно вскрываемым минералам и для его разложения обычно используют либо пирометаллургические методы (восстановительная плавка с получением металлического железа и титанового шлака), либо высокотемпературные гидрометаллургические методы (автоклавное выщелачивание при повышенных температурах до 200°С и давлении до 25-40 атм). Поэтому целью наших исследований является поиск более экономичных и эффективных направлений гидрометаллургической переработки ильменита путем растворения в минеральной кислоте. В качестве растворяющего реагента была использована соляная кислота, которая в достаточном объеме производится в химической промышленности, ее можно легко регенерировать из солянокислых растворов простой перегонкой и в виде азеотропной смеси повторно использовать для разложения концентрата. После термического разложения солянокислых растворов, содержащих хлорид железа, можно получать чистый оксид железа и соляную кислоту, также пригодную для повторного использования. Для определения оптимальной продолжительности выщелачивания концентрата соляной кислотой, а также изучения поведения основных примесей в процессе разложения были проведены кинетические исследования разложения ильменитового концентрата в интервале концентраций HCl 200-380 г/л при соотношении Т:Ж = (1:3)-(1:10) и температурах 60-95°С. При этом оценивалась не только степень извлечения ценных компонентов в раствор, но и устойчивость фильтратов во времени и скорость фильтрации образующихся растворов. В экспериментах для разложения использовали наиболее измельченную и обогащенную титаном фракцию - 0.160 мкм, содержащую 51.3-52.5% TiO2. Основной химической реакцией при разложении является реакция взаимодействия титаната железа с хлороводородной кислотой: Fe 2 O 3 3TiO 2 + 12HCl = 2FeCl 3 + 3TiOCl 2 + 6 H 2 O. 156