Avantages de la technologie de production périodique de scories de titane en une étape
Actuellement, la production de scories de titane à haute teneur en TiO2 (80 % et plus) s'est avérée réalisable et économiquement viable uniquement dans les fours minéralisés.
La production en une seule étape présente plusieurs avantages par rapport aux autres méthodes d'obtention de rutile synthétique. La première étape est plus difficile car elle implique un grillage réduit et une lixiviation acide, génère une quantité importante de déchets liquides dangereux et nécessite des investissements financiers plus élevés. La fusion du rutile synthétique selon une méthode en une seule étape est prometteuse en raison de sa viabilité économique (réduction des coûts de production), de la possibilité de contrôler le processus technologique et du potentiel d'obtention de produits de haute qualité.
Paramètres de processus de fusion par réduction dans les fours minerai-thermiques
Types de charges pour la fusion par réduction dans les fours minerai-thermiques
Pour la fusion par réduction du concentré d'ilménite dans des fours miniers thermiques, deux types de mélange de charges sont utilisés : en briquette et en poudre.
Pour une meilleure utilisation du réducteur, une réduction des émissions de poussières et une réduction de la consommation d'énergie spécifique, travailler avec une charge de briquettes est avantageux. Cependant, des difficultés surviennent en raison de la prise en masse des briquettes et de leur cimentation par le bain en ébullition, qui perturbe la perméabilité de la charge.
C'est pourquoi une charge combinée a également été développée dans la pratique industrielle, un mélange de briquettes et de charges en poudre. Le rapport entre eux dépend du type de concentré de titane. La teneur en charge pulvérulente varie de 30 à 50 %.
Les briquettes sont fabriquées à l'aide de presses à rouleaux, utilisant de la liqueur sulfurée comme liant.
Types de fours miniers thermiques et exigences relatives à ceux-ci
Pour la fusion des scories de titane, des fours thermiques à trois électrodes avec transformateurs de puissance suivante sont utilisés dans les pays de l'ex-URSS (Ukraine, Kazakhstan, Russie) :
Pour une meilleure utilisation du réducteur, une réduction des émissions de poussières et une réduction de la consommation d'énergie spécifique, travailler avec une charge de briquettes est avantageux. Cependant, des difficultés surviennent en raison de la prise en masse des briquettes et de leur cimentation par le bain en ébullition, qui perturbe la perméabilité de la charge.
C'est pourquoi une charge combinée a également été développée dans la pratique industrielle, un mélange de briquettes et de charges en poudre. Le rapport entre eux dépend du type de concentré de titane. La teneur en charge pulvérulente varie de 30 à 50 %.
Les briquettes sont fabriquées à l'aide de presses à rouleaux, utilisant de la liqueur sulfurée comme liant.
5 MVA avec une quantité de matériel de chargement jusqu'à 24 t ;
16,5 MVA avec charge jusqu'à 100 t ;
25 MVA avec charge jusqu'à 120 t.
Actuellement, ces scories sont fondues à l'aide de fours minerai-thermiques ouverts et fermés dans un processus par lots, qui implique la fusion de la totalité du matériau chargé dans le four et le soutirage ultérieur des produits de fusion. La nature périodique du processus est motivée par la nécessité d’obtenir du rutile synthétique contenant un minimum d’oxydes de fer. Pour y parvenir, un réducteur est ajouté au bain du four à la fin du processus de fusion. Cette opération est appelée ajustement des scories.
Le processus périodique dans un four ouvert, en particulier pendant la phase d'ajustement du laitier lorsque la surface du laitier fondu n'est pas recouverte de charge solide, s'accompagne d'importantes pertes de chaleur dues aux gaz qui s'échappent et au rayonnement de la surface de la masse fondue et des parois du four.
L'utilisation de fours minerai-thermiques à toit fermé pour la fusion des scories améliore considérablement les aspects techniques et économiques du processus. En effet, la productivité du four augmente, la consommation d'énergie spécifique diminue et les pertes de concentré (dues à l'entraînement du lot) avec les gaz sortants sont réduites en raison d'une quantité plus faible de gaz d'échappement générés (plusieurs fois moins). De plus, les pertes de chaleur sont réduites.
Plusieurs exigences sont imposées aux fours de fusion de rutile synthétique :
Le four doit avoir une puissance spécifique relativement élevée pour permettre un chauffage rapide de la charge à une température d'environ 900-1200 degrés sans fusion significative et pour maintenir un état d'écoulement liquide de scories très visqueuses pendant l'étape finale du processus ;
Le diamètre de l'électrode et le taux de consommation de l'électrode doivent être optimisés pour garantir la concentration d'énergie thermique requise.
Spécifications d'un four minéralo-thermique de 25 MVA
Caractéristiques d'un OTF 25 MVA :
Type d'électrodes – électrodes en graphite ;
Diamètre de l'électrode – 0,71 m ;
Quantité d'électrodes – 3 pièces ;
Quantité de transformateurs – 3 pièces ;
Puissance du transformateur – 8 333 kVA ;
Poids du concentré chargé pour une opération de fusion – 120 t ;
Dessus du four – sectionnel, refroidi à l'eau ;
Fluide de refroidissement – eau de procédé en circulation ;
Deux trous de coulée pour tarauder séparément le rutile synthétique et le métal associé.
Spécifications d'un procédé de fusion par réduction
Température du laitier de titane coulé – 1680 1760o C, celle du métal associé – 1470-1530o C. Poids du laitier de titane lors du taraudage – max 18 t.
La technologie offre :
Taux de production du four – 62 627 t/an ;
Extraction du titane du concentré avec recyclage de la poussière en produits commerciaux (scories de titane) à hauteur d'au moins 98 % ;
Production de scories de titane d'une composition donnée ;
Production du métal standard associé.
Produits obtenus à partir de la fusion du concentré d'ilménite dans des fours miniers thermiques.
À la suite de la fusion des concentrés d'ilménite, on obtient des scories de titane avec une teneur en TiO2 allant de 84 % à 90 % et une teneur en FeO allant de 5 % à 7 %, selon la composition des concentrés initiaux.
En règle générale, la composition chimique des scories de titane obtenues à partir du traitement de divers concentrés et de leurs mélanges subit des variations mineures. Elle est principalement déterminée par l'intégralité des réactions de réduction des oxydes de fer et le degré de re-réduction du dioxyde de titane (TiO2) en oxydes inférieurs.
La technologie de production de scories de titane permet de les produire commercialement, à la fois pour obtenir du titane spongieux et pour obtenir un pigment de dioxyde de titane en utilisant des méthodes au chlorure ou à l'acide sulfurique.
La répartition des éléments majeurs entre les scories et la fonte lors de la fusion des charges peut être évaluée comme suit :
Transfert vers les scories : titane – 98,5 %, fer – 3,5 %, silicium – 72,0 %. Une partie du silicium s'évapore sous forme d'oxyde inférieur ;
Transfert vers la fonte : fer – {{0}} %, titane – 0,8-1,2 %, silicium – 10-12 %, vanadium – 45-48 %.
Automatisation du processus de fusion des scories de titane
L'objectif d'un système d'automatisation dans le processus correspondant est de contrôler et de stabiliser les paramètres du processus de préparation des charges pour la fusion et d'assurer un fonctionnement ininterrompu des équipements et des mécanismes selon un programme prédéfini.
Tous les processus de transport des matériaux, de chargement et de déchargement, de broyage, de classification, de dosage et de mélange, de briquetage et de séchage sont mécanisés et automatisés.
L'automatisation du système de dosage est conçue pour fournir un taux rationnel de chargement des fours avec une charge d'une composition donnée, la coordination et le contrôle des principaux paramètres de dosage des matériaux de charge, leur mélange, leur transport et leur alimentation dans les trémies du four.
L'influence la plus significative sur l'efficacité du four minéralo-thermique est le contrôle automatique du mode électrique du processus de fusion et du glissement des électrodes. L'automatisation du processus correspondant comprend le contrôle automatique du refroidissement du transformateur du four, le refroidissement par eau de la partie supérieure du four, le glissement des électrodes, la régulation de la pression supérieure et d'autres paramètres.
L'automatisation de l'épuration des gaz est un facteur crucial pour le bon déroulement du processus technologique, garantissant une utilisation efficace de l'énergie électrique et des matières premières.
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Particularités du processus de production de scories de titane
Indicateurs de performance garantis de la technologie proposée pour la production de scories de titane dans des fours minerai-thermiques (OTF)
La technologie proposée dans les fours minéralisés (OTF) prévoit les éléments suivants :
Taux de production du four - 62627 t/an ;
Extraction du titane du concentré avec recyclage des poussières en produits commerciaux (scories de titane) – pas moins de 98 % ;
Production de scories de titane avec une composition requise – teneur en TiO2 – 84-90 % et FeO – 5-7 % ;
Production sous forme d'un produit commercial, qui peut être utilisé à la fois pour obtenir du titane spongieux et pour produire du pigment de dioxyde de titane par des méthodes au chlorure ou à l'acide sulfurique ;
Production de métal associé ;
Assurer la sécurité des processus contre les explosions et la récupération des ressources énergétiques secondaires.
Un système de contrôle de processus automatisé (APCS) permet les opérations suivantes :
Réduire le temps de fusion de 3-5 % grâce à la mécanisation et à l'automatisation du dosage et du chargement des fours ;
Réduire « l'ébullition » des scories grâce à un chargement uniforme sur toute la zone du bain du four, afin d'améliorer les conditions de fusion et le contrôle du processus ;
Grâce à l'automatisation du processus de fusion électrique, il est possible d'augmenter la consommation horaire moyenne de 7-9 % et de réduire le temps de fusion de 6-8 % ;
Réduire le taux de consommation d'énergie spécifique de 50-100 kW par tonne de laitier de titane et augmenter le taux de production du four de 6-8 %.
Résumé (Conclusion)
Les scories de titane sont un produit très demandé sur le marché mondial avec un volume de production important caractérisé par une tendance de croissance constante et à long terme.
Il s'agit d'un produit commercial primaire (produit semi-fini) dans la chaîne technologique d'obtention du pigment de dioxyde de titane, du titane métallique, des alliages à base de titane et des produits hautement transformés.
Il est obtenu à partir de concentrés d'ilménite selon une méthode en une seule étape par fusion par réduction dans des fours minerai-thermiques (OTF).
Selon la composition des concentrés d'ilménite, des scories de titane avec une teneur en TiO2 allant de 84 % à 90 % et une teneur en FeO comprise entre 5 % et 7 % sont obtenues grâce au processus de fusion. Ces scories sont considérées comme des produits commerciaux.
