NO134491B - - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrorer en fremgangsmåte for behandling

av et partikkelformet jernholdig titanmaterial for å utvinne et material inneholdende en okt andel av titan, og det særegne ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er at materialet belegges med en karbonholdig reduserende substans på en slik måte at det frembringes et frittstrommende belagt partikkel-

formet material med en gjennomsnittlig partikkelstorrelse på ikke over 500 ^um og .at de belagte partikler fores gjennom et varmt gassformet plasma som danner en inert eller reduserende atmosfære.

Disse og andre trekk ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen fremgår av patentkravene.

Jernholdige titan-materialer egnet for behandling ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er ilmenitt, laukoksen, og mineralsk rutil. Ilmenitten kan være alluvial eller massiv og av disse foretrekkes den forste. Slike ilmenitter inneholder vanlig mellom 14 og 36% jern (uttrykt som Fe) mellom 44 og 63%

titan (uttrykt som TiC^ ).

Jerninnholdet i utgangsmaterialet reduseres til metallisk til-

stand i et varmt gassformet plasma og reduksjon under slike forhold krever for det forste at reduksjonsmidlet må forbli i nær

kontakt med det jernholdige titan-material i partikkelform i et tilstrekkelig tidsrom ved den nodvendige temperatur for å oppnå den onskede reduksjon, for det annet at nok material kan reduseres i plasmaet pr. tidsenhet til å gi et okonomisk aksept-abelt utbytte av det reduserte material, mens samtidig en for lang oppholdstid i plasmaet unngås. Det er også funnet nodvendig å benytte partikler som er små nok til ikke å gjore plasmaet ustabilt.

Det har vist seg vanskelig å oppnå den onskede grad av reduksjon hvor partikler av det jernholdige titan-material bare enkelt bringes i kontakt med et varmt plasma dannet i en reduserende gass eller når et fast reduksjonsmiddel og partikler av et jernholdig titan-material enkelt blandes sammen for passeringer, gjennom et plasma, og det er et formål for den foreliggende oppfinnelse å fremskaffe en fremgangsmåte hvorved de angitte formål i det minste delvis oppnås.

Den gjennomsnittelige partikkelstorrelse for det jernholdige titan-material for beleggingen er foretrukket i området 100^um til 450^um og spesielt i området fra 150^jm til 350 Jim.

Som reduksjonsmiddel anvendes et karbonholdig material', og foretrukket, idet minste delvis, i fast form, f.eks. findelt koks, grafitt eller sot. Formen og virkningen av et slikt fast material forbedres vanlig hvis det blandes med et flytende bindemiddel som f.eks. en olje, en destillasjonsrest-olje eller en opploseliggjort asfalt eller lignende. Etter blandingen av partiklene med det faste reduksjonsmiddel, og eventuelt med en andel av et flytende bindemiddel, kan de fritt-strømmende egenskaper av produktet forbedres ved oppvarming av partiklene,

f.eks. under og/eller etter tromling sammen med de jernholdige titan-partikler og reduksjonsmidlet, for å drive av de mer flyktige substanser i reduksjonsmiddel-belegget, for derved å "torre" de belagte partikler. Oppvarming til temperaturer i området 300-400°C og foretrukket til temperaturer i området 340 - 360°C er. funnet å være passende.

Dst er mulig å unngå det ovennevnte oppvarmin<g>strinn når reduksjonsmidlet er et findelt fast karbonholdig material som f.eks. sot, når utilstrekkelig væske f.eks. en olje er blitt tilsatt som et bindemiddel. De fritt-strommende egenskaper av produktet vil da bli nedsatt selvom det flytende bindemiddel fremdeles er effektivt som sådant.

Hvis agglomerering forekommer under beleggings-prosessen for fremstilling av de belagte partikler som er storre enn dem som kreves ved den foreliggende oppfinnelse, kan partikkelstorrelsen av produktet reduseres, f.eks. ved forsiktig knusing eller maling etterfulgt av sikting for å oppnå belagte partikler i det nodvendige område for partikkelstorrelser.

Den gjennomsnittlige partikkelstorrelse for partiklene skal etter beleggingen ikke være over 500 ^m, da storre partikler er funnet å frembringe ustabilitet i varme gassformede plasmaer, særlig dem som dannes ved elektrisk oppvarming som f„eks. ved en lysbue mellom elektroder eller ved induksjonsoppvarming. Det foretrekkes at den gjennomsnittlige partikkelstorrelse etter beleggingen er i området 200 ^im til 400^um og det foretrekkes spesielt at materialet ikke inneholder et storre antall partikler storre enn omtrent 450 jxm og mindre enn omtrent lOO^irt:. Materialet kan, som tidligere bemerket, i så stor utstrekning

som mulig for å sikre dette, siktes for bruken, f .eks. ved at materialet etter forsiktig knusing og maling om nodvendig, fores gjennom sikter med masketall 36 og 150 B.S.S (British Standard Sieve).

Tilstrekkelig reduksjonsmiddel påfores vanlig de jernholdige titanpartikler til å gi fra omtrent 0.5 til 2 og særlig fra 0,3 til 1,5 ganger den stokiometriske mengde som kreves for å redusere jerninnholdet i partiklene til metallisk tilstand.

Disse mengder omfatter både reduskjonsmiddel som er til stede som et fast stoff og som et bindemiddel, når et slikt tilsettes. Når belegget inneholder mindre enn den stokiometriske mengde av r-Tiuksjonsmiddei, kan det resterende reduksjonsmiddel tilfores ved hjelp av gasser i plasmaet, f.eks. ved hydrogen eller hydrokar-boner som f. eks. metan., propan, og/eller butan som kan innfores i, eller som kan danne det varme gassformede plasma. Andre gasser i plasmaet kan være inerte gasser som f.eks., nitrogen eller argon.

I tillegg til de reduserende substanser i belegget på de titanholdige partikler er det også fordelaktig å inkludere andre materialer, f.eks. for å forbedre fluiditeten av det titanholdige slagg hvis dette dannes og/eller å oke den elektriske ledningsevne av plasmaet, slik at det dannes en "hale-flamme"-sdne under- den nedre elektrode (vanlig anoden) slik at volumet av plasmaat derved oker og dec således fremskaffes bedre anledning for oppvarmingen og for reduksjonen av jernet i materialet. Slike tilsetninger kan f.eks. bestå av jordalkali-forbindelser som oksydene og/eller alkalimetallforbindelser som f.eks. fluoridene eller kloridene. Generelt er mengder av jordalkaliforbindelser i området 1 til 5% (uttrykt som oksydet) og av alkalimetallforbindelser opptil 3% (også uttrykt som oksydet) funnet å

være fordelaktig, selv om selvfølgelig storre eller mindre mengder kan anvendes hvis det dermed oppnås fordeler.

Etter passering gjennom plasmaet kan enten det reduserte produkt isoleres, eller bibeholdes i smeltet tilstand og gis anledning til å skille seg i to lag, det vil si i et jernrikt lag og et titanrikt lag, idet det siste lag er det onskede produkt fra prosessen. De separate lag kan isoleres, skilles, av.kjoles og . knuses for videre bruk, eller de kan alternativt skilles fysisk uten særlig avkjoling og det varme titanrike lag kan behandles, f.eks. ved klorering, til å gi et mer onskelig produkt som f.eks. titan-tetraklorid.

Ved behandling uten vesentlig avkjoling utnyttes i det minste en del av den varme som er tilfort under reduksjonen og omkostningene reduseres derved i vesentlig grad.

For å isolere produktet i smeltet tilstand er det selvfolgelig nodvendig å holde oppsamlingsbeholderen ved en temperatur over smeltepunktet for produktet, f.eks. ved anvendelse av oppvarmings-innretninger som brennere etc. Hvor en del av produktet, f.eks. det titanrike lag skal bibeholdes i sin smeltede tilstand for ytterligere behandling, f.eks. klorering, er det onskelig å skille de to smeltede lag. Hvis jernet skal gis en findelt fast form,

kan det avkjoles og knuses mens det smeltede titanrike slagg behandles. En enkel metode for skilling av de to lag er å an-ordne en beholder med en terskel som det smeltede titanrike slagg kan stromme over inn i en annen beholder, mens det smeltede jern tappes ut fra den forste beholder.

Alternativt kan produktet isoleres som et fast partikkelformet material med lignende partikkelstorrelse som utgangsmaterialet men hvor jerninnholdet er redusert til metallisk jern. Jernet kan så fjernes fra de reduserte partikler, f.eks. ved utvasking med en passende mineralsyre, som f.eks. svovelsyre eller saltsyre. For å utvinne materialet i partikkelform, er det nodvendig å avkjole materialet hurtig etter at det er kommet ut av plasmaet istedenfor å samle det opp i en oppvarmet beholder. Avkj61ingen kan gjennomfores ved hvilken som helst vanlig anvendt teknikk for avkjoling av partikkelformede faste stoffer, f.eks. ved å kjole materialet når det kommer ut av plasmaet ved kontakt med en koldere gass eller endog en væske. Den gass eller væske som anvendes for å avkjole de varme partikler bor selvfdigelig normalt fremskaffe omgivelser hvori en tilbakeoksydering av metallisk jern er hindret. Det kan imidlertid være fordelaktig å bringe produktet, spesielt det smeltedé titanrike lag som dannes i'en oppvarmet beholder, i kontakt med en oksyderende gass for i en begrenset utstrekning å fjerne noen av forurensningene som f.eks. jern, silisium og/eller aluminium som er tilbake deri. Under noye kontrollerte oksydasjons-betingelser kan i det minste noen av disse forurensninger fjernes som oksyder i form av en rok. En metode hvorved dette kan gjennomfores er å fore oppvarmet luft og oksygen i motstrom til strommen av smeltet titanrikt slagg etter dets passering over terskelen inn i den annen beholder hvori det skilles fra det smeltede jernrike material. I tillegg til å fjerne forurensninger vil også begrenset kontakt med en oksyderende gass tilbake-oksydere eventuelt titan som er tilstede i slaggen i en lavere

valenstilstand til den fireverdige form.

Fremgangsmåten for å danne det plasma som anvendes ved fremgangsmåten utgjor ikke noen del av den foreliggende oppfinnelse og hvilke som helst av de kjente metoder for oppnåelse av varme gassformede plasmer kan etter onske anvendes. En form for plasma-dannede utstyr og en fremgangsmåte for dets bruk som er egnet for bruk ved den foreliggende oppfinnelse er imidlertid beskrevet i US patentskrift 3.429.665. Alternativt, når lysbuen dannes mellom elektroder er det fordelaktig å oke volumet av plasmaet ved bruk av en ovre elektrode, vanlig katoden, hvis nedre ende roterer rundt et fast punkt og som derfor gir et plasma i form av en konus. Den motstående elektrode, vanlig anoden, har form av en ring og lysbuen slår over mellom den fri ende av den roterende elektrode og den motstående ringlignende elektrode. På den måte som er forklart ovenfor ekspanderes volumet av plasmaet i form av en konus. Det belagte material innfores i plasmaet omtrent ved spissen av konusen, det vil si nær det faste punkt for den roterende elektrode og faller ned gjennom det ekspanderte plasma og oppvarmes og jerninnholdet reduseres mens materialet faller. Det reduserte material faller gjennom den ringlignende elektrode og oppsamles i en passende beholder derunder, idet typen av denne beholder av-henger av om materialet skal oppsamles i smeltet tilstand eller som et fast redusert partikkelformet material.

De folgende eksempler viser foretrukne utforelsesformer for oppfinnelsen.

Eksempel 1

18000 g ilmenitt-konsentrat ved en sammensetning som anfort i det folgende ble blandet med 1800 g partikkelf or me t koks med en typisk sammensetning som angitt i det folgende og med 200 g natriumklorid.

ILMENITT.

KOKS c

Det ble tilsatt 750 ml mineralolje med lav viskositet. Blandingen ble tromlet i en time og deretter anbragt i en lukket beholder og oppvarmet ved 350°C i 6 timer. Etter avkjoling ble blandingen knust og siktet for tilbakeholdelse av partikler i storrelses-området fra 200 jam til 400 jam (Som utgjorde 90 vektprosent av den opprinnelige blanding).

Det resulterende tilforselsmaterial ble uten vanskelighet tilfort med hastighet 12 g/sekund i lopet av 30 minutter til en plasma-ovn tilsvarende den som er vist i tegningene i det britiske patentskrift 1.390.351. Plasmaovnen som ble drevet ved 70 kw og var forhåndsoppvarmet til omtrent 1400°C for å unngå temperatursjokk, ble drevet ved 320 ampere og katoden ble rotert med en jevn hastighet på 350 omdreininger pr. minutt for å gi et konus-formet plasma. De primære plasmagasser var omtrent 540 liter/minutt ved normal temperatur og trykk av handelsvanlig argon og omtrent 270 liter/minutt ved normalt trykk og temperatur av en handelsvanlig blanding av 65% argon og 35% hydrogen. Ytterligere 540 liter/minutt propangass ble anvendt for å rive tilforselsmaterialet med inn i plasmaet. En analyse av avgassen (Orsat-analyse) under forsoket viste 3% C02 og 39% CO .

Etter fullfort tilførsel ble produktene fra ovnen oppsamlet og analysert. Jern-delen som inneholdt 0,2% titan og slaggdelen som inneholdt 85% titan (uttrykt som Ti©2), 1,2% fritt jern og 3,1% jernoksyd. Det titanoksydrike lag som samlet seg over det jernrike lag i smeltet tilstand kunne behandles videre ved at det fikk passere inn i en tilstotende beholder i motstrom til en oksyderende atmosfære som f.eks. luft eller oksygenanriket luft - som tillot en vesentlig mengde av det resterende jerninnhold, silisiumoksyd- og aluminiumoksyd-innhold og unnvike som rok og oksyderte omtrent alt det tilstede-værende titan-sesquioksyd til ti tan-dioksyd.

Eksempel 2.

Et induksjonsoppvarmet plasma ble dannet og opprettholdt i argon

i en innretning tilsvarende den som er vist i US patentskrift 3.429.665 under anvendelse av tilsvarende driftsbetingelser.

Jernholdige titanholdige partikler belagt med et karbonholdig reduksjonsmiddel og fremstilt som beskrevet i eksempel 1 ble tilfort til argon-plasmaet med en hastighet på omtrent 1 g/minutt i en strom av argon og produktet, når det forlot plasmaet, ble avkjolt ved å blåse argon ved omtrent romtemperaturen inn i roret under plasma-volumet. På grunn av den relativt hoye tilforsels-hastighet ble partiklene ikke overfort i dampform under deres passering gjennom plasmaet men undergikk noe overflate-smelting og deres jerninnhold ble redusert til metallisk tilstand. Generelt var det reduserte produkt av samme partikkelstørrelse som partiklene som ble tilført til plasmaet.

Partiklene ble underkastet utvasking med saltsyre eller svovelsyre hvorved jernet ble fjernet som ferrosalt og etterlot et partikkelformet produkt som inneholdt en økt mengde titan og hadde tilsvarende partikkelstørrelse som det opprinnelige material.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for behandling av et partikkelformet jernholdig titanmaterial for å utvinne et material inneholdende en økt andel av titan, karakterisert ved at materialet belegges med en karbonholdig reduserende substans på en slik måte at det frembringes et frittstrømmende belagt - rtikkelformet material med en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på ik/..3 over 500^,um og at de belagte partikler føres gjennom et varmt gassformet plasma som danner en inert eller reduserende atmosfære.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at det anvendes et titan-holdig material som før beleggingen med den karbonholdige substans nar en gjennomsnittlig partikkelstørrelse i området 150 tii 350^um.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-2, karakterisert ved at partiklene belegges med et fast karbonholdig reduksjonsmiddel inneholdende et flytende bindemiddel.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert ved at det som fast karbonholdig reduksjonsmiddel anvendes findelt koks, grafitt eller sot og at det som flytende bindemiddel anvendes en olje eller en oppløselig-gjort asfalt.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-4, karakterisert ved at partiklene under eller etter beleggingen oppvarmes til en temperatur i området 340 til 360°C.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav i - 5, karakterisert ved at de belagte partikler utsettes for knusing og sikting før de føres gjennom plasmaet.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 - 6, karakterisert ved at materialet belegges med en karbonholdig reduserende substans på en slik måte at det dannes et fritt-strømmende belagt partikkelformet material med gjennomsnittlig partikkelstørrelse i området 200 - 400^um.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-7, karakterisert ved at tilstrekkelig reduksjonsmiddel, inklusive bindemiddel hvis sådant anvendes, påføres partiklene for å gi 0.8 til 1.5 ganger den støkiometriske mengde som trenges for å redusere jerninnholdet i partiklene til metallisk tilstand.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-8, karakterisert ved at det anvendes en karbonholdig reduserende substans inneholdende en jordalkalimetali-eller alkalimetall-forbindeise, fortrinnsvis et jordalkalimetall-oksyd eller et alkalimetallfluorid eller -klorid.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 9, karakterisert ved at jordalkalimetall-forbindelsen anvendes i en mengde fra 1 tii 5% og at alkalimetall-forbindelsen anvendes i mengder på opp til 8%, begge uttrykt som oksydet.