Ventajas de la tecnología de producción periódica de escoria de titanio en una etapa
Actualmente, la producción de escoria de titanio con un alto contenido de TiO2 (80 % y más) sólo ha demostrado ser factible y económicamente viable en hornos mineral-térmicos.
La producción en una sola etapa tiene varias ventajas sobre otros métodos de obtención de rutilo sintético. La primera etapa es más difícil porque implica reducción de tostación y lixiviación ácida, genera una cantidad significativa de desechos líquidos peligrosos y requiere mayores inversiones financieras. La fusión de rutilo sintético mediante un método de una sola etapa es prometedora debido a su viabilidad económica (reduciendo los costos de producción), la posibilidad de controlar el proceso tecnológico y el potencial de obtener productos de alta calidad.
Parámetros del proceso de fundición reductora en hornos mineral-térmicos.
Tipos de carga para fundición reductora en hornos mineral-térmicos
Para la fundición reductora del concentrado de ilmenita en hornos mineral-térmicos se utilizan dos tipos de mezclas de carga: briquetas y en polvo.
Para un mejor uso del reductor, menores emisiones de polvo y un menor consumo de energía específica, es ventajoso trabajar con una carga de briquetas. Sin embargo, surgen dificultades debido al apelmazamiento de las briquetas y su cementación por la masa fundida en ebullición, lo que altera la permeabilidad de la carga.
Por ello, en la práctica industrial también se ha desarrollado una carga combinada, una mezcla de briquetas y cargas en polvo. La proporción entre ellos depende del tipo de concentrado de titanio. El contenido de carga en polvo varía del 30 al 50%.
Las briquetas se fabrican mediante prensas de rodillos, empleando licor de sulfuro como aglutinante.
Tipos de hornos mineral-térmicos y requisitos para ellos.
Para fundir escorias de titanio, en los países de la antigua URSS (Ucrania, Kazajstán, Rusia) se utilizan hornos mineral-térmicos de tres electrodos con transformadores de la siguiente potencia:
Para un mejor uso del reductor, menores emisiones de polvo y un menor consumo de energía específica, es ventajoso trabajar con una carga de briquetas. Sin embargo, surgen dificultades debido al apelmazamiento de las briquetas y su cementación por la masa fundida en ebullición, lo que altera la permeabilidad de la carga.
Por ello, en la práctica industrial también se ha desarrollado una carga combinada, una mezcla de briquetas y cargas en polvo. La proporción entre ellos depende del tipo de concentrado de titanio. El contenido de carga en polvo varía del 30 al 50%.
Las briquetas se fabrican mediante prensas de rodillos, empleando licor de sulfuro como aglutinante.
5 MVA con carga de material de hasta 24 t;
16,5 MVA con carga de hasta 100 t;
25 MVA con carga de hasta 120 t.
Actualmente, dichas escorias se funden utilizando hornos mineral-térmicos abiertos y cerrados en un proceso discontinuo, que implica fundir todo el material cargado en el horno y posterior extracción de los productos de fundición. La naturaleza periódica del proceso está impulsada por la necesidad de obtener rutilo sintético con un mínimo de óxidos de hierro. Para lograr esto, se agrega un reductor al baño del horno al final del proceso de fundición. Esta operación se conoce como ajuste de escoria.
El proceso periódico en un horno abierto, especialmente durante la fase de ajuste de la escoria cuando la superficie de la escoria fundida no está cubierta por una carga sólida, va acompañado de importantes pérdidas de calor a través de los gases que se escapan y la radiación de la superficie de la masa fundida y de las paredes del horno.
El uso de hornos mineral-térmicos de techo cerrado para la fundición de escorias mejora significativamente los aspectos técnicos y económicos del proceso. Esto se debe a que aumenta la productividad del horno, disminuye el consumo específico de energía y se reducen las pérdidas de concentrado (debido al arrastre del lote) con los gases salientes debido a una menor cantidad de gases de escape generados (varias veces menos). Además, se reducen las pérdidas de calor.
Se imponen varios requisitos a los hornos de fundición de rutilo sintético:
El horno debe tener una potencia específica relativamente alta para permitir un calentamiento rápido de la carga a una temperatura de alrededor de 900-1200 grados sin que se funda significativamente y para mantener un estado de flujo líquido de escorias altamente viscosas durante la etapa final del proceso;
El diámetro del electrodo y la tasa de consumo del electrodo deben optimizarse para garantizar la concentración requerida de energía térmica.
Especificaciones de un horno mineral-térmico de 25 MVA.
Características de un OTF de 25 MVA:
Tipo de electrodos – electrodos de grafito;
Diámetro del electrodo – 0,71 m;
Cantidad de electrodos – 3 piezas;
Cantidad de transformadores – 3 piezas;
Potencia del transformador – 8333 kVA;
Peso del concentrado cargado para la operación de fusión – 120 t;
Tapa del horno: seccional, refrigerada por agua;
Medio de enfriamiento: agua de proceso en circulación;
Dos orificios para roscar por separado el rutilo sintético y el metal asociado.
Especificaciones de un proceso de fundición reductora.
Temperatura de la escoria de titanio extraída: 1680 1760o C, la del metal asociado: 1470-1530o C. Peso de la escoria de titanio durante la extracción: máximo 18 t.
La tecnología proporciona:
Tasa de producción del horno – 62627 t/año;
Extracción de titanio del concentrado con reciclaje del polvo en productos comerciales (escoria de titanio) al menos el 98%;
Producción de escoria de titanio de una composición determinada;
Producción del metal estándar asociado.
Productos obtenidos de la fundición del concentrado de ilmenita en hornos mineral-térmicos.
Como resultado de la fundición de concentrados de ilmenita se obtienen escorias de titanio con contenidos de TiO2 que oscilan entre el 84% y el 90% y contenidos de FeO que oscilan entre el 5% y el 7%, dependiendo de la composición de los concentrados iniciales.
Como regla general, la composición química de las escorias de titanio obtenidas durante el procesamiento de diversos concentrados y sus mezclas sufre pequeñas variaciones. Está determinado principalmente por la integridad de las reacciones de reducción de los óxidos de hierro y el grado de nueva reducción del dióxido de titanio (TiO2) a óxidos inferiores.
La tecnología de producción de escorias de titanio permite producirlas comercialmente, tanto para obtener titanio esponjoso como para obtener pigmentos de dióxido de titanio mediante métodos de cloruro o ácido sulfúrico.
La distribución de elementos principales entre la escoria y el hierro fundido durante la fundición de carga se puede evaluar de la siguiente manera:
Transferencia a escoria: titanio – 98,5%, hierro – 3,5%, silicio – 72,0%. Parte del silicio se evapora como óxido inferior;
Transferencia a hierro fundido: hierro – {{0}}%, titanio – 0,8-1.2%, silicio – 10-12%, vanadio – 45-48%.
Automatización del proceso de fundición de escoria de titanio.
El objetivo de un sistema de automatización en el proceso correspondiente es controlar y estabilizar los parámetros del proceso de preparación de carga para fundición y asegurar el funcionamiento ininterrumpido de equipos y mecanismos según un programa predefinido.
Todos los procesos de transporte de materiales, carga y descarga, molienda, clasificación, dosificación y mezcla, briquetado y secado están mecanizados y automatizados.
La automatización del sistema de dosificación está diseñada para proporcionar una velocidad racional de carga de los hornos con una carga de una composición determinada, coordinación y control de los principales parámetros de dosificación de los materiales de carga, su mezcla, transporte y suministro a las tolvas del horno.
La influencia más significativa en la eficiencia del horno mineral-térmico es el control automático del modo eléctrico del proceso de fundición y el deslizamiento de los electrodos. La automatización del proceso correspondiente consiste en el control automático de la refrigeración del transformador del horno, la refrigeración por agua de la parte superior del horno, el deslizamiento de los electrodos, la regulación de la presión superior y otros parámetros.
La automatización de la limpieza de gases es un factor crucial para el buen desarrollo del proceso tecnológico, asegurando un uso eficiente de la energía eléctrica y las materias primas.
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Peculiaridades del proceso de producción de escoria de titanio.
Indicadores de rendimiento garantizados de la tecnología propuesta para la producción de escoria de titanio en hornos mineral-térmicos (OTF)
La tecnología propuesta en hornos mineral-térmicos (OTF) prevé lo siguiente:
Tasa de producción del horno- 62627 t/año;
Extracción de titanio del concentrado con polvo reciclado para convertirlo en productos comerciales (escoria de titanio): al menos el 98%;
Producir escoria de titanio con la composición requerida: contenido de TiO2: 84-90% y FeO: 5-7%;
Producción en forma de producto comercial, que puede utilizarse tanto para obtener titanio esponjoso como para producir pigmento de dióxido de titanio utilizando métodos de cloruro o ácido sulfúrico;
Producción de metales asociados;
Garantizar la seguridad contra explosiones del proceso y la recuperación de recursos energéticos secundarios.
Un sistema de control de procesos automatizado (APCS) permite lo siguiente:
Reducir el tiempo de fundición en un 3-5% debido a la mecanización y automatización de la dosificación y carga del horno;
Reducir la "ebullición" de la escoria debido a la carga uniforme en toda el área del baño del horno, para mejorar las condiciones de fundición y el control del proceso;
A través de la automatización del proceso de fundición eléctrica, es posible aumentar el consumo de energía promedio por hora en un 7-9% y reducir el tiempo de fundición en un 6-8%;
Reducir la tasa de consumo de energía específica en 50-100 kW por 1 tonelada de escoria de titanio y aumentar la tasa de producción del horno en un 6-8%.
Resumen (Conclusión)
La escoria de titanio es un producto de alta demanda en el mercado global con un volumen de producción significativo caracterizado por una tendencia de crecimiento constante y a largo plazo.
Es un producto comercial primario (producto semiacabado) en la cadena tecnológica para la obtención de pigmento de dióxido de titanio, titanio metálico, aleaciones a base de titanio y productos altamente procesados.
Se obtiene a partir de concentrados de ilmenita mediante un método de una sola etapa mediante fundición reductora en hornos mineral-térmicos (OTF).
Dependiendo de la composición de los concentrados de ilmenita, debido al proceso de fundición se obtienen escorias de titanio con contenidos de TiO2 que oscilan entre el 84% y el 90% y contenidos de FeO entre el 5% y el 7%. Estas escorias se consideran productos comerciales.
