» » Переработка титаномагнетитов
03.02.2015

В изучении и разработке титаномагнетитовых месторождений выделяется два этапа — первый с начала XIX в. и до 20-х годов XX в., а второй — со второй половины 20-х годов и до настоящего времени.
Первый этап характеризуется небольшими объемами добычи руд и использованием их в основном в доменном процессе с получением только чугуна. Впервые добыча и переработка титаномагнетитовых руд начата в первой половине прошлого века в Америке из месторождения Сэнфорд Лейк и в Швеции из месторождения Таберг. В конце века добывались в небольшом количестве руды месторождения Айрон-Маунтин в США. Их пускали в доменную шихту в ничтожном соотношении (5/16—1/6) к руде, не содержащей титана, с тем чтобы получающиеся доменные шлаки были низкотитанистыми и не затрудняли процесса плавки. В 1868 г. в Англии в небольшой доменной печи производилась плавка руды, содержащей 39% TiO2 и 36% Fe, с получением высоко титанистого шлака до 36% TiO2. Экспериментальные плавки высокотитанистых шихт были проведены и исследованы Росси. В начале века в США плавились титаномагнетитовые руды в домнах в смеси с обычными рудами.
Первым опытом плавки титаномагнетитовых руд в нашей стране была плавка низкотитанистого (4—5% TiO2) титаномагнетитового концентрата из месторождения Валимяки в 1897 г. на Видлицком заводе, спроектированном русским металлургом В.Н. Липиным специально для этой цели. Полученные шлаки содержали 7—8% TiO2 и не затрудняли процесса плавки. В 1900 г. на базе титаномагнетитового месторождения Юбрышка на Урале был построен завод для доменной плавки чугуна. Во время постройки завод сгорел и выплавку чугуна из юбрышских руд решили делать на Велсовском заводе, но быстро прекратили, мотивируя их тугоплавкостью.
В результате опытных работ и промышленной переработки было установлено, что плавка в доменных печах высокотитанистых титаномагнетитовых руд хотя и возможна, но вызывает значительные затруднения в работе доменной печи, связанные с большой вязкостью получающихся высокотитанистых (более 8—10% TiO2) шлаков. Была освоена лишь плавка руд, из которых получаются шлаки с содержанием 2—8% TiO2. Проведены также единичные эксперименты с электроплавкой титаномагнетитовых руд.
Следующий этап разработки титаномагнетитовых руд связан с резко возросшей потребностью в ванадии и титановом сырье. Он характеризуется всесторонними исследованиями возможности переработки различных типов титаномагнетитовых руд и вовлечением в интенсивную эксплуатацию их месторождений.
За рубежом в 20-х годах и позднее велись исследования по электроплавке титаномагнетитовых руд, гидрометаллургическому извлечению из ниx ванадия, обжигу с целью последующего получения высокотитанистых концентратов, восстановительному обжигу с последующей электроплавкой, а также механическому разделению ильменита и магнетита руд в отдельные концентраты. В 1928 г. в Норвегии начали разрабатывать ильменитовые руды месторождения Стор ганген, с которого и начала свое развитие промышленность по производству пигментного диоксида титана. Месторождение Сэнфорд-Лейк было пущено в интенсивную эксплуатацию в 1941 г. главным образом с целью получения ильменитового концентрата и как попутного продукта — титаномагнетитового концентрата для сталеплавильной промышленности.
С 1950 г. началась добыча гематито-ильменитовой руды главной рудной залежи — Лак-Тио месторождения Аллард-Лейк в Канаде. Переработка руд производится способом электроплавки с получением высокотитанистого шлака (70-72% TiO2) и чугуна. В 1954 г. приступили к разработке ильменит-магнетитового месторождения Отанмаки в Финляндии. Из руд при механическом обогащении получают ильменитовый и ванадийсодержащий магнетитовый концентраты. Из последнего ванадий извлекается в процессе обжига его с содой и последующего выщелачивания водой растворимых солей ванадия. Крупнейшее в Европе ильменитовое месторождение Телнес в Норвегии пустили в эксплуатацию в 1960 г. после отработки близко расположенного месторождения Сторганген. Из его руд получают ильменитовый концентрат и незначительное количество магнетитового концентрата. Один из самых крупных источников ванадия в мире в настоящее время — собственно титаномагнетитовые руды Бушвельдского интрузивного комплекса в ЮАР, разрабатываемые с 1958 г. Переработка руд велась сначала методом обжига их с содой и последующего выщелачивания ванадия кислотой. Затем в 1967 г. в Витбанке был построен новый завод с другой технологией. Переработка руд здесь ведется во вращающейся наклонной обжиговой печи, а затем в электропечи, где получается ванадиевый чугун, из которого извлекается ванадий.
С 1960 г. в США разрабатывается месторождение Айрон-Маунтин с извлечением из его руд ильменитового и титаномагнетитового концентратов. В Финляндии в 1976 г. начало эксплуатироваться титаномагнетитовое месторождение Муставара с целью получения из него главным образом ванадия. Сейчас ведутся подготовительные работы по разработке высокованадистых титаномагнетитовых руд Вундови и Баррамби в Западной Австралии и месторождений в районах Сингбхум и Маурбхандж в Индии.
В нашей стране интенсивная оценка титаномагнетитовых руд началась в 1925 г., когда были поставлены комплексные исследования на Урале. Эти работы шли в трех направлениях: 1) электроплавка, 2) прямое восстановление железа, 3) доменная плавка. Наиболее обстоятельные исследования были проведены по доменной плавке необогащенных руд Кусинского ильменит-магнетитового месторождения, а также по переработке его руд с получением раздельных ильменитового и магнетитового концентратов и доменному переделу последнего.
В 1935 г. началась разработка Кусинского и Первоуральского месторождений. Ильменитовый концентрат Кусинского месторождения шел для получения пигментного диоксида титана, а магнетитовый концентрат вместе с низкотитанистым титаномагнетитовым концентратом Первоуральского месторождения плавился в доменной печи Чусовского завода с извлечением ванадия и получением чугуна. В 1934 г. была проведена технологическая и геологическая оценка руд Пудожгорского и Патынского месторождений.
В 50-х годах в связи с резко возросшей потребностью в титановом сырье и ванадии была проведена оценка и разведка многих титаномагнетитовых месторождений нашей страны. Ho в эксплуатацию был пущен только Качканарский ГОК на базе Гусевогорского месторождения низкотитанистых руд с целью восполнения дефицита ванадия, а также расширения местной железорудной базы Урала. Низкотитанистые титаномагнетитовые концентраты качканарских руд плавятся с извлечением ванадия из чугуна. Источниками же титанового сырья, кроме Кусинского месторождения, эти месторождения не послужили, так как к этому времени были обнаружены и начали разрабатываться у нас россыпные месторождения титана в европейской части России. Однако технологические исследования возможности извлечения из титаномагнетитовых руд титанового сырья и комплексной переработки руд были продолжены.
Главное направление — исследования по электроплавке высокотитанистых руд, проводившиеся в основном Институтом металлургии им. А.А. Байкова АН России в Москве. В 1950 г. под руководством И.П. Бардина и К.Х. Тагирова были проведены исследования по разработке промышленной технологии флюсовой электроплавки титаномагнетитовых руд Пудожгорского месторождения. В дальнейшем исследования по электроплавке руд были усилены ввиду увеличения мощности предприятия по производству пигментного диоксида титана и близившегося завершения отработки Кусинского месторождения. Также обнаружилось, что дальнейшая эксплуатация некоторых россыпных месторождений, обеспечивающих сырьем производство пигментного диоксида титана, связана с вовлечением участков, содержащих ильменит низкого качества, вызывающий значительные трудности при его переработке. Поэтому в Институте металлургии им. А.А. Байкова АН России проводятся работы по технологии электроплавки руд различных месторождений с получением высокотитанистых шлаков и чугуна. Были проведены лабораторные опытнопромышленные испытания двухстадийной плавки ильменитовых и титаномагнетитовых концентратов на высокотитанистый шлак по схеме трубчатая обжиговая печь — электропечь. Экономические расчеты показали, что двухстадийная плавка позволяет получать высокотитанистые шлаки для производства пигментного диоксида титана на 20—25% дешевле по сравнению с одностадийной плавкой непосредственно в электропечи. Это связано со значительным — в три раза — сниженным расходом электроэнергии. Применение двухстадийной плавки делает экономически рентабельной переработку титаномагнетитовых концентратов с получением высокотитанистого шлака и большого количества ванадийсодержащего чугуна.