Vantagens da tecnologia de produção periódica de escória de titânio em um estágio
Atualmente, a produção de escória de titânio com alto teor de TiO2 (80% e mais) só provou ser viável e economicamente viável em fornos térmicos de minério.
A produção em estágio único apresenta diversas vantagens sobre outros métodos de obtenção de rutilo sintético. A primeira etapa é mais difícil, pois envolve redução da torrefação e lixiviação ácida, gera uma quantidade significativa de resíduos líquidos perigosos e exige maiores investimentos financeiros. A fusão do rutilo sintético pelo método de estágio único é promissora pela sua viabilidade econômica (redução dos custos de produção), pela possibilidade de controle do processo tecnológico e pelo potencial de obtenção de produtos de alta qualidade.
Parâmetros do processo de redução de fundição em fornos térmicos de minério
Tipos de carga para redução de fundição em fornos térmicos de minério
Para uma redução da fundição de concentrado de ilmenita em fornos térmicos de minério, são utilizados dois tipos de mistura de carga – briquete e pó.
Para melhor aproveitamento do redutor, redução da emissão de poeira e redução do consumo específico de energia, trabalhar com carga de briquete é vantajoso. No entanto, surgem dificuldades devido à aglomeração dos briquetes e à sua cimentação pelo fundido em ebulição, o que perturba a permeabilidade da carga.
Portanto, uma carga combinada também foi desenvolvida na prática industrial, uma mistura de briquetes e cargas em pó. A proporção entre eles depende do tipo de concentrado de titânio. O conteúdo da carga em pó varia de 30 a 50%.
Os briquetes são fabricados em prensas de rolos, utilizando licor de sulfeto como aglutinante.
Tipos de fornos térmicos de minério e requisitos para eles
Para a fundição de escórias de titânio, fornos térmicos de minério de três eletrodos com transformadores da seguinte potência são usados nos países da ex-URSS (Ucrânia, Cazaquistão, Rússia):
Para melhor aproveitamento do redutor, redução da emissão de poeira e redução do consumo específico de energia, trabalhar com carga de briquete é vantajoso. No entanto, surgem dificuldades devido à aglomeração dos briquetes e à sua cimentação pelo fundido em ebulição, o que perturba a permeabilidade da carga.
Portanto, uma carga combinada também foi desenvolvida na prática industrial, uma mistura de briquetes e cargas em pó. A proporção entre eles depende do tipo de concentrado de titânio. O conteúdo da carga em pó varia de 30 a 50%.
Os briquetes são fabricados em prensas de rolos, utilizando licor de sulfeto como aglutinante.
5 MVA com quantidade de material de carregamento de até 24 t;
16,5 MVA com carregamento até 100 t;
25 MVA com carregamento de até 120 t.
Atualmente, essas escórias são fundidas em fornos térmicos de minério abertos e fechados em um processo descontínuo, que envolve a fusão de todo o material carregado no forno e posterior vazamento dos produtos de fundição. A natureza periódica do processo é motivada pela necessidade de obter rutilo sintético com um mínimo de óxidos de ferro. Para conseguir isso, um redutor é adicionado ao banho do forno no final do processo de fundição. Esta operação é chamada de ajuste de escória.
O processo periódico em um forno aberto, especialmente durante a fase de ajuste da escória, quando a superfície da escória fundida não é coberta por carga sólida, é acompanhado por significativas perdas de calor através do escape de gases e radiação da superfície do fundido e das paredes do forno.
A utilização de fornos térmicos de minério com teto fechado para fundição de escórias melhora significativamente os aspectos técnicos e econômicos do processo. Isso ocorre porque a produtividade do forno aumenta, o consumo específico de energia diminui e as perdas de concentrado (devido ao transporte do lote) com gases de saída são reduzidas devido a uma menor quantidade de gases de escape gerados (várias vezes menos). Além disso, as perdas de calor são reduzidas.
Vários requisitos são impostos aos fornos de fundição de rutilo sintético:
O forno deve ter uma potência específica relativamente alta para permitir o rápido aquecimento da carga a uma temperatura em torno de 900-1200 grau sem sua fusão significativa e para manter um estado de fluxo líquido de escórias altamente viscosas durante a etapa final do processo;
O diâmetro do eletrodo e a taxa de consumo do eletrodo devem ser otimizados para garantir a concentração necessária de energia térmica.
Especificações de um forno térmico de minério de 25 MVA
Características de um OTF de 25 MVA:
Tipo de eletrodos – eletrodos de grafite;
Diâmetro do eletrodo – 0,71 m;
Quantidade de eletrodos – 3 unid.;
Quantidade de transformadores – 3 peças;
Potência do transformador – 8333 kVA;
Peso do concentrado carregado para operação de fusão – 120 t;
Parte superior do forno – seccional, refrigerada a água;
Meio de resfriamento – água de processo circulante;
Dois furos para extração separada de rutilo sintético e metal associado.
Especificações de um processo de redução de fundição
Temperatura da escória de titânio vazada – 1680 1760o C, a do metal associado – 1470-1530o C. Peso da escória de titânio durante o vazamento – máximo 18 t.
A tecnologia fornece:
Taxa de produção dos fornos – 62.627 t/ano;
Extração de titânio do concentrado com reciclagem de pó em produtos comerciais (escória de titânio) não inferior a 98%;
Produção de escória de titânio de determinada composição;
Produção do metal padrão associado.
Produtos obtidos da fundição de concentrado de ilmenita em fornos térmicos de minério.
Como resultado da fundição de concentrados de ilmenita, são obtidas escórias de titânio com teor de TiO2 variando de 84% a 90% e teor de FeO variando de 5% a 7%, dependendo da composição dos concentrados iniciais.
Via de regra, a composição química das escórias de titânio obtidas do processamento de diversos concentrados e suas misturas sofre pequenas variações. É determinado principalmente pela integridade das reações de redução dos óxidos de ferro e pelo grau de re-redução do dióxido de titânio (TiO2) em óxidos inferiores.
A tecnologia de produção de escória de titânio permite produzi-las comercialmente, tanto para obtenção de titânio esponjoso quanto para obtenção de pigmento de dióxido de titânio pelos métodos de cloreto ou ácido sulfúrico.
A distribuição dos elementos principais entre a escória e o ferro fundido durante a fundição pode ser avaliada da seguinte forma:
Transferência para escória: titânio – 98,5%, ferro – 3,5%, silício – 72,0%. Parte do silício evapora como um óxido inferior;
Transferência para ferro fundido: ferro – {{0}}%, titânio – 0,8-1,2%, silício – 10-12%, vanádio – 45-48%.
Automação do processo de fundição de escória de titânio
O objetivo de um sistema de automação no processo correspondente é controlar e estabilizar os parâmetros do processo de preparação da carga para fundição e garantir o funcionamento ininterrupto dos equipamentos e mecanismos de acordo com um programa pré-definido.
Todos os processos de transporte de materiais, carga e descarga, moagem, classificação, dosagem e mistura, briquetagem e secagem são mecanizados e automatizados.
A automação do sistema de dosagem é projetada para fornecer uma taxa racional de carregamento de fornos com carga de uma determinada composição, coordenação e controle dos principais parâmetros de dosagem de materiais de carga, sua mistura, transporte e fornecimento às tremonhas do forno.
A influência mais significativa na eficiência do forno térmico de minério é o controle automático do modo elétrico do processo de fundição e do deslizamento do eletrodo. A automação do processo correspondente consiste no controle automático do resfriamento do transformador do forno, resfriamento da parte superior do forno com água, deslizamento dos eletrodos, regulação da pressão superior e outros parâmetros.
A automação da limpeza de gases é um fator crucial para o bom andamento do processo tecnológico, garantindo o uso eficiente da energia elétrica e das matérias-primas.
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Peculiaridades do Processo de Produção de Escória de Titânio
Indicadores de desempenho garantidos da tecnologia proposta de produção de escória de titânio em fornos térmicos de minério (OTF)
A tecnologia proposta em fornos térmicos de minério (OTFs) prevê o seguinte:
Taxa de produção do forno- 62627 t/ano;
Extração de titânio do concentrado com reciclagem de pó em produtos comerciais (escória de titânio) – nada menos que 98%;
Produção de escória de titânio com composição necessária – teor de TiO2 – 84-90% e FeO – 5-7%;
Produção na forma de produto comercial, que pode ser utilizado tanto para obtenção de titânio esponjoso quanto para produção de pigmento de dióxido de titânio pelos métodos de cloreto ou ácido sulfúrico;
Produção de metal associado;
Garantir a segurança contra explosão do processo e recuperação de recursos energéticos secundários.
Um sistema automatizado de controle de processo (APCS) permite o seguinte:
Reduzir o tempo de fundição em 3-5% devido à mecanização e automação da dosagem e carregamento do forno;
Reduzir a “ebulição” da escória devido à carga uniforme em toda a área do banho do forno, para melhorar as condições de fundição e o controle do processo;
Através da automação do processo de fundição elétrica, é possível aumentar a captação média de energia por hora em 7-9% e reduzir o tempo de fundição em 6-8%;
Reduzir a taxa específica de consumo de energia em 50-100 kW por 1 tonelada de escória de titânio e aumentar a taxa de produção do forno em 6-8%.
Resumo (Conclusão)
A escória de titânio é um produto de alta demanda no mercado global, com um volume de produção significativo, caracterizado por uma tendência de crescimento consistente e de longo prazo.
É um produto comercial primário (produto semiacabado) na cadeia tecnológica de obtenção de pigmento de dióxido de titânio, titânio metálico, ligas à base de titânio e produtos altamente processados.
É obtido a partir de concentrados de ilmenita em método de estágio único por meio de redução de fundição em fornos térmicos de minério (OTFs).
Dependendo da composição dos concentrados de ilmenita, são obtidas escórias de titânio com teor de TiO2 variando de 84% a 90% e teor de FeO entre 5% e 7% devido ao processo de fundição. Estas escórias são consideradas produtos comerciais.
