2. Сырье и основные методы обогащения титановых руд

Титан занимает 9-ое место в ряде, характеризующем распределение. элементов в земной коре, и составляет 0,62% ее массы, тем не менее его до недавнего времени считали редким элементом. В настоящее время титан причисляют к рассеянным элементам, так как он встречается в очень многих рудах и минералах. Из 800 исследованных горных пород титан был найден в 784. Кроме горных пород титан встречается в глинах, почве, торфе, золе многих растений и каменных углей, в мясе и костях животных и в воде некоторых источников.

Сосредоточенные месторождения руд, содержащих значительные количества титана, встречаются сравнительно редко.

К собственно титановым рудам принадлежат: ильменит, титаномагнетит, сфен (титанит), перовскит и рутил. Из них промышленное значение имеют или могут иметь только первые четыре.

Рутил и еще более редкие анатаз и брукит по составу представляют TiO₂ с небольшой примесью Fe, Si а иногда Mn, Sn, Cr и V. В настоящее время промышленностью они почти не используются.

Ильменит имеет наибольшее промышленное значение, и в качестве исходного сырья его применяют все заводы, производящие двуокись титана. Состав этого минерала— FeO·TiO₂ (титанат железа). В чистом виде он содержит TiO₂—52,6% и FeO — 47,4%. Он кристаллизуется в гексагональной системе, обычно в виде толстых таблиц или ромбоидов. Его твердость 5—6; уд. вес 4,56—5,21. Первичные месторождения чистого ильменита попадаются редко. Обычно ильменит добывают из вторичных месторождений, в которых он встречается в виде песков.

В некоторых месторождениях ильменит залегает в каолиновых глинах. Содержание ильменита в глинах достигает 5—8%. Недостаток таких месторождений — необходимость добывать глину в количестве, в 12—15 раз превышающем ильменит. Правда, это искупается неглубоким залеганием руды и дешевизной обогащения, которое производится отмучиванием глины, с последующим разделением ильменита и песка, а также возможностью использования глины для изготовления огнеупоров. Обогащенная руда содержит TiO₂ 46—50%.

Титаномагнетитами называют минералы, содержащие различные количества TiO₂ и Fe₃O₄. Некоторые титаномагнетиты представляют твердый раствор TiO₂ в Fe₃O₄. Такие руды не поддаются механическому обогащению. Руды другого типа представляют агломераты ильменита с магнитным железняком (Fe₃O₄) или гематитом (Fe₂O₃). В этом случае ильменит из руды можно выделить, если он представляет обособленные кристаллы размером не меньше 0,1—0,2 мм. Если кристаллы ильменита врастают в кристаллы магнетита, то механически их разделить невозможно. В качестве титановых руд ильменитогематиты, содержащие небольшие количества титана, практического значения не имеют, так как обогащение их сложно (гематит очень слабо магнитен).

Примерный состав одного из титаномагнетитов приведен в табл. 1.1.

Обогащение титаномагнетитов состоит из следующих главнейших операций: дробления, тонкого мокрого измельчения и магнитной сепарации. В результате этих операций получается железный концентрат и титановый полупродукт. Последний разделяют на ильменитовый концентрат и хвосты, идущие в отброс. Ильменитовый концентрат подвергают контрольной магнитной сепарации, затем его обезвоживают и сушат. Выход железного концентрата (содержащего Fe 62—67%) при таком обогащении составляет 60—63% от веса руды, титанового концентрата 12—14%, остальные 23—28% хвосты. Состав титанового концентрата колеблется в зависимости от состава руды и принятых выходов от руды (при более тщательной очистке увеличиваются потери).

Таблица 1.1

Составные части	Содержание , %			Составные части	Содержание , %
	среднее	пределы			среднее	пределы
TiO2 SiO­2 Al2O3 Cr2O3 Fe2O3 FeO Fe2O3 +FeO в пересчете на FeO CaO	14,21 3,18 2,98 0,67 48,2 27,6 53 0,96		1,7–41 0,3–19 2,6–16,8 0,43–1,4 32–53 22–34 42–62 0,0–2,6	MgO MnO NiO+ CoO Na2O+K2O H2O S P	3,33 0,5 Следы 0,12 0,25 0,122 0,01	0,9–4,0 0,13–0,6 – – – Следы–0,64 Следы–0,05

Для производства двуокиси титана применяют концентрат следующего среднего состава: TiO₂ – 40,5%; FeO – 27,7% ; Fe₂O₃ – 22,4%; Al₂O₃ – 3,6%; MgO – 2,1%; MnO – 0,9%; Cr₂O₃ – 0,1 %, SiO₂ – 1,3% и CaO – 1,3%.

Для оценки качества ильменита надо знать, какая часть титана находится в нем в виде рутила, так как рутил очень трудно разлагается серной кислотой; кроме того, необходимо определять содержание железа в окисной форме, так как чем больше в концентрате содержится окисного железа, тем больше затрата серной кислоты и железа для восстановления титановых растворов. Целый ряд элементов может находиться в концентрате в очень малых количествах, иногда неопределимых даже обычными аналитическими способами. Некоторые из таких элементов могут оказать влияние на цвет двуокиси титана, если перейдут в метатитановую кислоту, что видно из табл. 1.2.

Таблица 1.2

Окислы	Сообщаемая окраска	Минимальное количество на 1 г TiO2, дающее заметную на глаз окраску
Cr2O3 CoO Ce2O CuO Fe2O3 MnO V2O5 PbO	Коричнево-желтоватая . . . Серо-желтоватая . . . . . . . . Желтая. . . . . . . . . . . . . . . . . Серо-желтоватая. . . . . . . . Желтоватая. . . . . . . . . . . . . Серая. . . . . . . . . . . . . . . . . . Серо-голубая. . . . . . . . . . . . Серая. . . . . . . . . . . . . . . . . .	1,510-6 710-6 1310-6 3010-6 3010-6 3010-6 7010-6 10010-6

Химический анализ не всегда может объяснить различие в поведении и свойствах титановых руд, так как различие может зависеть и от минералогического состава руды. Поэтому окончательное заключение о пригодности всякого нового вида титано­вого сырья можно сделать только после получения из этого сырья пробных партий двуокиси титана.

Сфен или титанит в чистом виде имеет состав СаО TiO₂ SiO­₂ и содержит TiO₂— 38,8%. Часть СаО иногда замещена FeO или MnО. Сфен представляет минерал желтого цвета (иногда зеленого, розового, серого, черного). Его уд. вес 3,4—3,56; твер­дость 5—5,5; коэффициент преломления п_D= 1,979—2,054. Он кристаллизуется в призматическом классе моноклинической системы и образует очень много форм. Кристаллы легко полу­чаются искусственно.

Сфеновый концентрат имеет следующий состав (в процен­тах): TiO₂ — 30—33; СаО —27—29; SiO­₂ — 27—29; MgO — 1; Al₂O₃ — 1,5—2,5; FeO — 2—4; P₂O₅ — 1; K₂0 + Na₂0 — 1—2; SO₃ — 0,5.

Перовскит — минерал состава СаТiO₃ содержит TiO₂—58,7% и CaO — 41,3%. Он кристаллизуется в ромбической или куби­ческой системе. Его уд. вес. 3,95—4,04; твердость 5,5; n_D = 2,34— 2,38; цвет железо-черный, красновато-бурый, красный или желтый. После лежания в воде перовскит становится хрупким. В перовскитовой руде содержится 13—18% TiO₂. Благодаря удобству добычи, легкости обогащения и возможности получе­ния богатого концентрата, этот минерал несомненно займет ве­дущее место среди промышленных титановых руд. Перовскитовый концентрат имеет следующий состав (в %): TiO₂— 44—47; СаО — 34,6—36,8; SiO₂ —5,7—7,8; Fe₂O₃ — 4,5—6; MgO —2,5; Al₂O₃ — 0,9; Nа₂O + К₂О — 1.

Металлургические методы обогащения титановых руд дают возможность непосредственно перерабатывать руды на чугун или железо и титаносодержащие шлаки без затрат на постройку обогатительных фабрик и на обогащение. Опытные доменные плавки титаномагнетита на древесном угле по методу акад. М. А. Павлова дали шлаки с содержанием TiO₂ 37—42% (часть в виде Ti₂O₃).

В опытах доменной плавки по способу акад. Э. В. Брицке с применением «соленого» кокса (к углю до коксования доба­вляется NaCl) получались шлаки, содержащие TiO₂ до 38%.

Прямое восстановление титаномагнетитов или ильменитовых концентратов позволяет получать шлаки очень богатые титаном и с малым содержанием железа.

Из всех перечисленных видов титанового сырья практиче­ское значение в настоящее время имеют в первую очередь перовскит и затем титаномагнетиты. Легко могут быть освоены волынские ильмениты и перовскит. Сфеновые руды смогут кон­курировать по стоимости с титаномагнетитами только в том случае, если сфен будет комплексно добываться вместе с дру­гими рудами (апатитом и нефелином).