» » Влияние состава шлака на процесс разложения и фильтрации
03.02.2015

Шлаки пудожгорского типа содержат в своем составе следующие фазы: аносовит, титанит, титанавгит, перовскит и стекло. Аносовит, как и в случае высокопроцентных по TiO2 шлаков, изменяет свой состав и свойства в зависимости от наличия изоморфных примесей. В отличие от высокопроцентных титановых шлаков аносовит имеет четкую кристаллизацию. Межкристаллическое пространство в шлаках заполнено стеклом, перовскитом, титанавгитом и титанитом. Исчезновение одной и появление другой фазы совершается при небольших колебаниях в химическом составе шлака. Так, титанит появляется в шлаках при незначительном содержании оксида магния (ниже 3%). В случае большего содержания MgO (начиная с 4—5%) образуется титанавгит, который в этом случае кристаллизуется в качестве единственной силикатной фазы. Уменьшение TiO2 даже на 3—5% отражается на фазовом составе шлака. Так, снижение TiO2 с 35 до 30% приводит к исчезновению титанавгита и изменению кристаллизационной способности титанистых шлаков. Появление перовскита обнаруживается в шлаках, содержащих более 15% CaO. Таким образом, количественное содержание фаз в шлаках пудожгорского типа очень сильно зависит от изменения химического состава шлаков, ведения плавки и условий охлаждения шлака. Они определяют физические и технологические свойства титанистых и титановых шлаков. Эти шлаки были получены при бесфлюсовой плавке титаномагнетитов. В них содержится меньше CaO, Al2O3 и MgO по сравнению со шлаками флюсовой плавки. Все они относятся к стекловидному типу и состоят в основном из двух фаз: аносовита и стекла.
Изменение в шлаках содержания оксидов титана и железа приводит к изменению состава двух указанных выше фаз и только в редких случаях обнаруживается появление самостоятельных силикатных фаз. Так, показатель преломления стекловидной фазы может изменяться от 1,71 до 1,78, а цвет этой фазы — от желтого до темно-коричневого без кристаллизации какой-либо силикатной фазы. Изменение окраски стекла, как и любой другой фазы, чаще всего связывается с различным количеством изоморфных примесей в стекле. В изученных пудожгорских шлаках (табл. 29) обнаруживается железистое стекло. Таким образом, шлаки бесфлюсовой плавки пудожгорских титаномагнетитов представляют собой новый, ранее не исследованный тип титановых шлаков, сложный состав которых определяет их свойства и поведение в процессах переработки на пигментный диоксид титана.
Все шлаки, представленные в табл. 29, по разложению и фильтрации можно разбить на пять групп. К первой группе относятся перевосстановленные шлаки, для разложения которых необходима добавка окислителя (шлаки 1-3), содержащие более 20% низших оксидов титана при 20-39% TiO2 и значительном содержании примесных элементов в силикатной фазе. Суспензии этих шлаков после выщелачивания не фильтруются. Шлаки второго типа содержат также значительные количества низших оксидов титана (20-25%), но при более высоком содержании TiO2 (свыше 40%). Шлаки этого типа (21-23) разлагаются максимально на 90%. Повышение степени разложения достигается введением окислителя при избытке серной кислоты. Полученные после выщелачивания суспензии хорошо фильтруются. К третьей группе относятся шлаки (9, 12, 14), содержащие значительное количество перовскита (шлак 9) и мелкокристаллического аносовита (шлак 14), иногда пораженного развитием процесса рутилизации (12). Эти шлаки плохо разлагаются серной кислотой. Шлаки четвертой группы характеризуются высоким содержанием FeO и наличием железистого стекла (шлаки 5-7, 10, 11, 14, 15). Они хорошо разлагаются в серной кислоте и после выщелачивания образуются растворы с завышенным кислотным фактором. Шлаки пятой группы содержат низших оксидов титана до 15% и TiO2 свыше 40%. Аносовит в них характеризуется хорошо развитой кристаллизацией TiO2. В стекле содержится небольшое количество примесных элементов и незначительное количество перовскита. Эти шлаки обладают высокой степенью разложения. Полученные суспензии хорошо фильтруются.
Проведенные исследования показали, что степень разложения, кислотный фактор и фильтруемость суспензий определяются составом шлаковых фаз, представляющих собой твердые растворы сложного состава, содержащие CaO, Al2 O3, MgO5 SiO2.
Изучение состава этих твердых растворов и его влияние на технологические свойства шлаков показали, что в том случае, когда все примесные элементы концентрируются в аносовитовой фазе (шлаки 4, 16, 17, 19, 20), шлаки обладают хорошей вскрываемостью и фильтруемостью суспензий. В том случае, когда шлаки содержат силикатную фазу, значительно обогащенную FeO, растворы после выщелачивания имеют завышенный кислотный фактор, а для полученных суспензий характерно снижение скорости фильтрации. Недостаток TiO2 для полного связывания примесных компонентов в шлаке и накопление их в стекле обусловливает плохую фильтрацию полученных растворов, а в случае перевосстановления шлаков (наличие низших оксидов более 15%) и плохую разложимость шлаков (шлаки 1-3, 20-23).
Полученные частные результаты позволяют сделать более общие выводы. Так, вскрываемость ишаков от плавки пудожгорских титаномагнетитов полностью определяется составом твердых растворов — шлаковых фаз переменного состава, совершенством кристаллизации аносовита, а также распределением титана между аносовитом и другими фазами пудожгорских шлаков. Фильтруемость суспензий, полученных из этих шлаков, определяется составом силикатной фазы. Так, увеличение в стекле изоморфных примесей либо наличие других силикатных составляющих ухудшает фильтрируемость. Пробы шлака, содержащие более 15% низких оксидов титана и более 10% перовскита при малом содержании TiO2 (ниже 40%) ,разлагаются в присутствии окислителя либо избытка серной кислоты. Изменение FeO в пределах 2—20% при отсутствии Ti3+ и Ti2+ не оказывает влияния на степень вскрытия шлаков. Однако при концентрации FeO > 10% фактор по железу в растворе увеличивается более чем в 0,35, и это приводит к получению растворов с несколько завышенным кислотным фактором, что затрудняет дальнейшую переработку шлака.
Очистка растворов. Для испытания были взяты растворы, полученные от разложения пудожгорских шлаков, обладающие хорошей фильтруемостью и нормальным кислотным фактором (шлаки 4, 17—19). Указанные шлаки оказались наиболее пригодными для их переработки сернокислотным способом. В технологических условиях очистку растворов проводили двумя способами: осветлением суспензий в отстойниках в присутствии коагулянта с последующей контрольной фильтрацией осветленной части и фильтрацией без отстаивания суспензий на барабанных вакуум-фильтрах. Количественный показатель процесса отстаивания — степень отстаивания суспензий — определяли следующим образом. В цилиндры одинакового диаметра вводили расчетное количество коагулянта. Заливали после этого 250 мл суспензии, и ее термостатировали. Через определенные промежутки времени производили замер осветленной части и отбор проб на половине общей высоты суспензии для определения Т:Ж во времени. В качестве коагулянтов использовали 10%-ный раствор столярного клея (0,6 г на 1 л суспензии), 2%-ный раствор сульфанола (1 г сульфанола на 1 л суспензии), раствор поливинилового спирта 2 г/л (0,2 г/см3 на 1 л суспензии). Для сопоставления при 50°С проводили отстой пробы без коагулянта. Обобщая результаты целого ряда опытов, можно заключить, что применение поливинилового спирта позволяет получить скорость осветления 9,5—10 см/ч (содержание твердого в осветленной части 1,4—2 г/л), а столярного клея — 8—9 см/ч (твердое в осветленной части — 1,5—2 г/л). Добавка сульфанола не ускоряет процесс отстаивания. При изучении ильменитовых суспензий скорость осветления составляет 20 см/ч.
Влияние состава шлака на процесс разложения и фильтрации

Фильтруемость суспензий определяли на плитке с поверхностью фильтрации 0,01 м2. В качестве намывного слоя использовали древесную муку, первоначальная толщина слоя 50 мм, конечная — 30 мм (усадка 15—20 мм). Вакуум во время фильтрации — 400 мм рт. ст. Характеристика исходного раствора: TiO2 — 163 г/л; кислотный фактор - 1,94; фактор по железу — 0,1; стабильность — 450; Ti2O3 — 6 г/л; содержание твердого - 96 г/л. Для сравнения в тех же условиях проводили фильтрацию растворов от разложения ильменитовых концентратов Кусинского и Иршинского месторождений. Характеристика кусинского раствора: TiO2 — 125 г/л; кислотный фактор — 1,95; фактор по железу — 0,35; Ti2O3 — 3,8 г/л; содержание твердого 40 г/л. Характеристика иршинского раствора: TiO2 — 110—117 г/л; кислотный фактор — 2,2; фактор по железу — 0,35; Ti2O3 — 3 г/л; стабильность — 400; содержание твердого - 20-30 г/л. Сопоставление данных по фильтруемости суспензий, представленное в табл. 30, показывает, что скорость фильтрации растворов из пудожгорских ишаков в 2 раза выше таковой для растворов из иршинских и кусинских концентратов. Причем для растворов, полученных из шлаков 17—19, достигнутые скорости обеспечиваются без коагулянта. Проведенные опыты по контрольной фильтрации и другие исследования позволяют рекомендовать исключить операцию отстоя суспензии после выщелачивания и сразу направлять растворы на фильтрацию.