Труды КНЦ вып.9 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 1/2018(9) часть 1)

Ильменит является важным минералом для производства металлического титана, диоксида титана, карбида титана и других соединений на основе титана. В связи с ограниченностью запасов высокотитанистых источников сырья в виде рутила он обеспечивает около 90 % мирового спроса титансодержащего сырья. Ильменит относится к трудно вскрываемым минералам, и для его переработки обычно используют пирометаллургический способ (Sorel-процесс), высокотемпературный гидрометаллургический метод (сульфатный процесс), комбинированные пиро- и гидрометаллургические способы (Benilite, Becher, ERMS-, SR- процессы) и хлоридный процесс [1, 2]. Существующие методы переработки являются сложными и многостадийными процессами с многочисленными промежуточными и сбросными экологически вредными продуктами. В связи с этим разработка менее энергоемких и экологичных способов производства диоксида титана остается актуальной задачей. Одним из способов интенсификации процессов переработки сырья является предварительная механическая активация (МА). Механоактивация приводит к деформации и изменению поверхностных характеристик минералов и повышает их реакционную способность. Так, наблюдается значительное повышение скорости растворения механически активированного ильменита в растворе гидроксид натрия, соляной и серной кислот с ростом удельной поверхности и структурных деформаций ильменита [3-6]. В работах [7, 8] установлена возможность селективного извлечения железа в раствор в процессе солянокислотного и сернокислотного выщелачивания активированного ильменитового концентрата. Целью представленной работы являлась разработка нового технологического подхода переработки ильменитового концентрата для оптимизации производственного процесса и решения экологических проблем, связанных с необходимостью утилизации отработанной серной кислоты. В работе был использован ильменитовый концентрат месторождения Гремяха-Вырмес, полученный путем обогащения мокрой электромагнитной сепарацией ильменитовой руды, содержащий, % (мас.): 47,0 Fe 2 O 3 , 47,2 TiO 2 , 1,33 SiO 2 . Размер частиц исходного концентрата 100-350 мкм. Активацию (МА) концентрата проводили в шаровом центробежном активаторе “2 SL” (скорость вращения барабанов 150-1500 об/мин) в «сухом» режиме, массовое отношение шаров и концентрата в барабане мельницы Мш : Мк = 5 : 1. Продолжительность активирования ильменита варьировалась в интервале от 2 до 20 мин. Результаты определения удельной поверхности образцов после МА показали, что с ростом продолжительности активирования от 0 до 20 мин удельная поверхность минерала увеличивается в 75 раз — от 0,05 до 3,77 м2/г. Была изучена кинетика разложения ильменита растворами серной кислоты, а также влияние основных технологических параметров (продолжительность МА, концентрация и расход кислоты, температура) на эффективность процесса. Результаты разложения активированных проб ильменитового концентрата в сернокислых растворах представлены в табл. 1. Как видно из этих данных, изменение поверхностных свойств частиц ильменита, вызванные механическим воздействием на минерал, сопровождаются повышением химической активности поверхностного слоя, что приводит к росту степени извлечения железа в фильтрат с 49,2 до 92,2 %, а титана — с 39,2 до 96,3 %. В фильтратах после разложения ильменита содержание Fe2O3 возрастает с 62,6 до 117,5 г/л, титана — с 47,9 до 117,8 г/л. Следует отметить, что растворение титана после МА ильменита протекает более эффективно, чем железа. При 8 мин МК извлечение TiO 2 возрастает на 68,6 %, а Fe 2 O 3 только на 51,3 %. Таблица 1 Извлечение Ti и Fe из активированных проб ильменита (CH;,So4= 750 г/л, t = 120 °С, Тра!1Южения = 2 ч, Т : Ж = 1 : 5) Время активации CMeOв фильтрате, г/л £MeO в фильтрат, % Fe2O3 TiO2 Fe2O3 TiO2 0 62,6 47,9 49,2 39,2 2 69,1 56,4 54,3 45,9 6 90,8 71,2 71,1 57,8 8 114,0 116,5 89,4 94,7 10 115,1 117,6 90,6 95,8 20 117,5 117,8 92,2 96,3 В ходе изучения влияния концентрации серной кислоты в интервале 200-1300 г/л на эффективность растворения титана и железа при разложении ильменита (МА 8 мин) при t = 100 °С, т = 4 ч, было установлено, что при повышении концентрации кислоты от 200 до 750 г/л извлечение титана и железа в раствор увеличивается более чем на 67,5 и 60 % соответственно. Максимальное извлечение 82 % титана и 86 % железа в фильтрат в этих условиях было достигнуто при разложении ильменита серной кислотой концентрацией 1300 г/л. Зависимость степени извлечения титана и железа при разложении ильменита (МА 8 мин) в растворе серной кислоты концентрацией 750 г/л от температуры представлена на рис. 1. Полученные результаты свидетельствуют о достаточно высокой скорости растворения железа, возрастающей с ростом температуры процесса, с достижением максимальной степени извлечения железа через 2,5-3 ч. Извлечение железа в раствор с ростом температуры от 80 до 120 °С возрастает от 33,2 до 93,1 % с увеличением концентрации в фильтратах от 42,2 до 204