Фундаментальные проблемы и перспективы использования титанового сырья в России

Приводится детальный анализ результатов исследований по использованию различных видов титанового сырья из месторождений России: коренные (титаномагнетитовые, ильменит-титаномагнетитовые), метаморфизованные (погребенные лейкоксеновые и ильменит-лейкоксеновые песчаники) и комплексные циркон-рутил-ильменитовые россыпи. Все месторождения титана в России отличаются низким качеством руды, не отвечающим по технологическим свойствам требованиям производства пигментного TiO₂ и металлического титана. В коренных месторождениях основными составляющими являются титаномагнетиты, содержащие от 3 до 17 % TiO₂ . Ильменит находится в подчиненном положении. Лейкоксеновые песчаники Ярегского месторождения отличаются высоким содержанием титана (около 10 % TiO₂ ), но при их обогащении известными методами получаются низкокачественные высококремнистые лейкоксеновые концентраты, содержащие 40 - 50 % TiO₂ , с существенными потерями титана. Пижемские ильменит-лейкоксеновые песчаники содержат 3 - 10 % TiO2 . Основными титансодержащими фазами являются псевдорутил Fe₂O₃·3TiO₂ и лейкоксен. Цементирующей связкой зерен в песчаниках является сидерит с магнитными свойствами, что сильно снижает степень раскрытия минералов при дроблении и ухудшает условия обогащения руды в целом. Ильменитоносные россыпи состоят из мелкозернистого вкрапленного ильменита и труднообогатимы. Комплексные циркон-рутил-ильменитовые россыпи заражены хромом и другими нежелательными примесями, что не позволяет существующими методами обогащения получить кондиционный ильменитовый концентрат. Обсуждаются основные проблемы использования трудно-обогатимых титановых руд всех вышеуказанных типов месторождений и научно-обоснованные пути их решения, которые направлены на получение качественного сырья для производства металлического титана и пигментного TiO₂ с одновременным извлечением других ценных составляющих. Особое внимание уделено исследованиям по использованию массового комплексного сырья - титаномагнетитов, которые выделены в три поэтапных направления, продолжающихся в течение примерно 200 лет - с начала XIX века по настоящее время.

1. Тигунов Л.П., Быховский Л.З., Зубков Л.Б. Титановые руды России: состояние и перспективы освоения. - М.: ВИМС, 2005. - 104 с.

2. Резниченко В.А., Шабалин Л.И. Титаномагнетиты. Месторождения, металлургия, химическая технология. - М.: Наука, 1986. - 294 с.

3. Липин В.Н. Металлургия чугуна, железа и стали. Т. 1. - М.: Химтехиздат, 1925. - 1009 с.

4. Шманенков И.В. Плавка уральских титаномагнетитов. - М.; Л.: Цветметиздат СССР, 1932. - 84 с.

5. Соболев М.Н. Извлечение ванадия и титана из уральских титаномагнетитов. - М.; Л.: ОНТИ НКТП СССР, 1936. - 316 с.

6. Брицке Э.В., Шманенков И.В., Тагиров Х.К. Проблема титано-магнетитовых руд блестяще разрешена // Новая техника (Приложение к газете «За индустриализацию»). 1931. № 24 (74).

7. Лурье И.Л., Тагиров К.Х., Шманенков И.В. Титаномагнетиты на службу качественной металлургии // Труды Института прикладной минералогии. 1934. - 28 с.

8. Брицке Э.В., Тагиров Х.К., Шманенков И.В. Проблема плавки высокотитанистых шихт в доменных печах // Доклады Академии наук СССР. 1940. Т. XXIX. № 8 - 9. С. 588.

9. Брицке Э.В., Тагиров Х.К., Шманенков И.В. Доменная плавка титаномагнетитов с применением в шихте нефелиновых сиенитов // Известия АН СССР. Отделение технических наук. 1941. № 2. С. 9 - 18.

10. Лякишев Н.П. И.П. Бардин и металлургическая наука // Институту металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН 60 лет: Сб. тр. - М.: Элиз, 1998. С. 3 - 19.

11. Поляков А.Ю. Основы металлургии ванадия. - М.: Металлургиздат, 1959. - 140 с.

12. Чусовской металлургический завод / А.А. Каменских, А.А. Карпов, А.М. Седых, С.В. Устьянцев. - Екатеринбург: Старт, 1998. - 256 с.

13. Качканарский ванадий / А.Ф. Захаров, Н.А. Вечер, А.Н. Леконцев и др. - Свердловск: Средне-Уральское книжное изд-во, 1964. - 304 с.

14. Титаномагнетиты и металлургия Урала / Ф.М. Елюхин, В.И. Довгопол, А.А. Медведев, А.К. Рябов. - Свердловск: Средне-Уральское книжное изд-во, 1982. - 144 с.

15. Ванадий в черной металлургии / Н.П. Лякишев, Н.П. Слотвинский-Сидак, Ю.Л. Плинер, С.И. Лаппо. - М.: Металлургиздат, 1983. - 192 с.

16. Слотвинский-Сидак Н.П. Извлечение ванадия из железованадиевых концентратов и конверторных шлаков: Дис. ... д-ра тех. наук. - М., 1973. - 213 с.

17. Шаврин С.В. Новые варианты металлургической схемы переработки титаномагнетитов. - В кн.: И.П. Бардин и развитие металлургии в СССР. - М.: Наука, 1976. С. 371 - 379.

18. Пирометаллургическая переработка комплексных руд / Л.И. Леонтьев, Н.А. Ватолин, С.В. Шаврин, Н.С. Шумаков. - М.: Металлургия, 1997. - 432 с.

19. Дерябин Ю.А., Смирнов Л.А., Дерябин А.А. Перспективы переработки чинейских титаномагнетитов. - Екатеринбург: Сред.-Урал. кн. изд-во, 1999. - 368 с.

20. Смирнов Л.А., Дерябин Ю.А., Шаврин С.В. Металлургическая переработка ванадийсодержащих титаномагнетитов. - Челябинск: Металлургия, Челябинское отделение, 1990. - 256 с.

21. Производство и использование ванадиевых шлаков / Л.А. Смирнов, Ю.А. Дерябин, А.А. Филиппенков и др. - М.: Металлургия, 1985. - 125 с.

22. Ванадиевые шлаки / Н.А. Ватолин, Ю.А. Дерябин, Л.А. Смирнов и др. - М.: Металлургия, 1985. - 125 с.

23. Окисление ванадиевых шлаков / Н.А. Ватолин, Н.Г. Молева, П.И. Волкова, Т.В. Сапожникова. - М: Наука, 1978. - 153 с.

24. Фотиев А.А., Слободин Б.В., Ходос М.Я. Ванадаты. Состав, синтез, структура, свойства. - М.: Наука, 1988. - 272 с.

25. Фотиев А.А., Волков В.Л., Капусткин В.К. Оксидные ванадиевые бронзы. - М.: Наука, 1978. - 176 с.

26. Rohmann B., Raper A.G. Recovery of vanadium from hot metal using the shaking ladle process: a preliminary report // Iron and Steel Inst. 1970. Vol. 208. Р. 336 - 341.

27. Rohrmann B. Vanadium in South Africa (Metal Review Series no. 2) // J. S. Afr. Inst. Min. Metall. 1985. Vol. 85. Р. 141 - 150.

28. New Zealand Steel. The History of Ironsand. Available at URL: https://www.nzsteel.co.nz/new-zealand-steel/the-story-of-steel/the-history-of-ironsand. (Accessed: 24.01.20).

29. Ferro-Alloy Resources Limited. Vanadium market. Available at URL: http://www.ferro-alloy.com/ru/vanadium/vanadium-market-overview/. (Accessed 24.01.20).

30. Mining Review Africa. Nyanza Light Metals’ plant to provide titanium dioxide pigment to Africa. Available at URL: https://www.miningreview.com/speciality-minerals/nyanza-light-metals-plant-to-provide-titanium-dioxide-pigment-to-africa/. (Accessed 24.01.20).

31. Исследование электроплавки титаномагнетитов / Х.К. Тагиров, В.А. Резниченко, А.В. Руднева, Т.П. Уколова. - М.: Изд-во АН СССР, 1954. - 156 с.

32. Резниченко В.А. Электротермия титановых руд. - М.: Наука, 1969. - 208 с.

33. Электрометаллургия и химия титана / В.А. Резниченко, В.С. Устинов, И.А. Карязин, А.Н. Петрунько. - М.: Наука, 1982. - 278 с.

34. Химическая технология титана / В.А. Резниченко, В.С. Устинов, И.А. Карязин, Ф.Б. Халимов. - М.: Наука, 1983. - 246 с.

35. Садыхов Г.Б. Разработка научных основ и технологии комплексного использования титаномагнетитов с высоким содержанием диоксида титана: Дис. ... д-ра техн. наук. - М., 2001. - 313 с.

36. Садыхов Г.Б., Резниченко В.А., Карязин И.А., Наумова Л.О. О научных основах комплексного использования титаномагне-титов // Металлы. 1993. № 1. С. 53 - 56.

37. Резниченко В.А., Садыхов Г.Б., Карязин И.А. Титаномагнетиты - сырье для новой модели производства // Металлы. 1997. № 6. С. 3 - 7.

38. Садыхов Г.Б., Резниченко В.А., Карязин И.А., Наумова Л.О. Особенности процессов окисления ванадийсодержащих титановых шлаков // Металлы. 1998. №1. С. 17 - 24.

39. Садыхов Г.Б., Резниченко В.А., Карязин И.А., Наумова Л.О. Поведение оксидных фаз при автоклавном кислотном разложении титанатных продуктов // Металлы. 1998. № 4. С. 17 - 21.

40. Садыхов Г.Б., Карязин И.А. Исследование титанованадиевых шлаков процесса прямого получения железа из титаномагнетитовых концентратов // Металлы. 2007. № 6. С. 3 - 12.

41. Садыхов Г.Б. Исследование процессов окисления титанованадиевых шлаков с участием Na2O и их влияние на поведение ванадия // Металлы. 2008. № 6. С. 1 - 13.

42. Садыхов Г.Б. Новые подходы к решению проблем использования комплексного титанового и других видов труднообогатимого сырья России // Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН 75 лет: Сб. тр. - М.: Интерконтакт Наука, 2013. С. 37 - 59.

43. Пат. 2399680 RU. Способ металлизации титаномагнетитовых концентратов с получением железных гранул и титанованадиевого шлака / Ю.В. Макаров, Г.Б. Садыхов, Г.Г. Самойлова, В.Г. Мизин; заявл. 04.09.2008; опубл. 20.09.2010. Бюл. № 26.

44. Пат. 2365649 RU. Способ извлечения ванадия из титанованадиевых шлаков / Ю.В. Макаров, Г.Б. Садыхов, Г.Г. Самойлова, B. Г. Мизин; заявл. 30.04.2008; опубл. 27.08.2009. Бюл. № 24.

45. Садыхов Г.Б., Гончаров К.В., Олюнина Т.В., Гончаренко Т.В. Особенности фазового состава ванадийсодержащих титановых шлаков от восстановительной плавки титаномагнетитового концентрата Куранахского месторождения // Металлы. 2010. № 4. С. 3 - 10.

46. Садыхов Г.Б., Гончаров К.В., Гончаренко Т.В., Олюнина Т.В. Особенности фазовых превращений при окислении кальцийсодержащих титанованадиевых шлаков и их влияние на образование ванадатов кальция // Металлы. 2013. № 2. С. 3 - 11.

47. Kobayashi I., Tanigaki Y., Uragami A. A new process to produce iron directly from fine ore and coal // Kobe Steel, Iron and Steelmaker. 2001. Vol. 28. No. 9. P. 19 - 22.

48. Kikuchi S., Ito Sh., Kobayashi I. etc. ITmk3® Process // KOBELCO Technology Review. 2010. No. 29. P. 77 - 84.

49. Игнатьев В.Д., Бурцев И.Н. Лейкоксен Тимана: Минералогия и проблемы технологии. - СПб.: Наука, 1997. - 215 с.

50. Авджиев Г.Р., Коржаков В.В. Ярегское месторождение - крупная и перспективная сырьевая база развития титановых производств в России // Народное хозяйство Республики Коми. 1993. Т. 2. № 1. С. 77 - 83.

51. Пирометаллургическая переработка комплексных руд / Л.И. Леонтьев, Н.А. Ватолин, С.В. Шаврин, Н.С. Шумаков. - М.: Металлургия, 1997. - 432 с.

52. Садыхов Г.Б., Резниченко В.А., Заблоцкая Ю.В. и др. Нефтеносные титановые пески ярегского месторождения - решение проблемы титанового сырья в России // Титан. 2006. № 1 (18). C. 12 - 19.

53. Анисонян К.Г., Садыхов Г.Б., Олюнина Т.В. и др. Исследование процесса магнетизирующего обжига лейкоксенового концентрата // Металлы. 2011. № 4. С. 62 - 66.

54. Заблоцкая Ю.В., Садыхов Г.Б., Гончаренко Т.В. и др. Особенности процессов автоклавного выщелачивания лейкоксенового концентрата с участием Сa(ОН)2 // Металлы. 2011. № 6. С. 9 - 15.

55. Садыхов Г.Б., Заблоцкая Ю.В., Анисонян К.Г. и др. Получение игольчатого волластонита при каталитическом автоклавном выщелачивании лейкоксенового концентрата известковым молоком // Перспективные материалы. 2015. № 1. С. 65 - 72.

56. Садыхов Г.Б., Заблоцкая Ю.В., Анисонян К. Г., Олюнина Т.В. О комплексном использовании лейкоксеновых руд ярегского месторождения с получением синтетических рутила и волла-стонита и попутным извлечением редких и редкоземельных элементов // Металлы. 2016. № 6. С. 3 - 10.

57. Садыхов Г.Б., Заблоцкая Ю.В., Анисонян К.Г. и др. Получение высококачественного титанового сырья из лейкоксеновых концентратов Ярегского месторождения // Металлы. 2018. № 6. С. 3 - 8.

58. Макеев А.Б, Дудар В.А., Самарова Г.С. и др. Пижемское титановое месторождение (Средний Тиман): аспекты геологического строения и освоения // Рудник будущего. 2012. № 1(9). С. 16 - 24.

59. Макеев А.Б. Типоморфные особенности минералов титановых руд Пижемского месторождения // Минералогия. 2016. № 1. С. 24 - 49.

60. Понарядов А.В. Минералого-технологические особенности ильменит-лейкоксеновых руд Пижемского месторождения, Средний Тиман // Вестник ИГ КОМИ НЦ УрО РАН. № 1. С. 29 - 36.

61. Морозов А.А., Садыхов Г.Б., Олюнина Т.В. и др. Физико-химические основы переработки ильменит-хромит-гематитового концентрата // Технология металлов. 2012. № 11. С. 3 - 7.