Фтораммонийный способ переработки титановых шлаков

Диоксид титана является наиболее распространенным титансодержащим продуктом на мировом рынке, спрос на который носит возрастающий характер. Общемировое потребление TiO₂ составляет 7 – 7,5 млн т ежегодно. Диоксид титана в основном получают из ильменитовых и рутиловых концентратов. К наиболее крупным производителям относятся Китай, США, Германия, Великобритания, Мексика, Саудовская Аравия. Помимо природных ресурсов титана существуют техногенные источники. К такому типу ресурсов относятся титансодержащие шлаки, получаемые в результате пирометаллургической переработки руд и концентратов, содержащих диоксид титана. Данные шлаки, помимо диоксида титана, содержат кремний в форме диоксида, силикатов или алюмосиликатов, химическая переработка которых затруднена ввиду их высокой температуры плавления (более 2000 °С) и химической устойчивости данных соединений в минеральных кислотах (серная, азотная, соляная). Переработка такого сырья осуществляется «классическими» хлорным и сернокислотным способами. Фториды в промышленности используются при получении соединений алюминия, циркония, урана, бериллия, ниобия и т. д., что свидетельствует о возможности применения фторидных способов для переработки и титановых шлаков. В статье рассматривается метод получения диоксида титана, основанный на использовании гидродифторида аммония NH₄HF₂ , обладающего высокой реакционной способностью к ряду химически стойких оксидов (оксиды кремния, титана, алюминия и т.д.). Фтораммонийный способ переработки титанового шлака с применением NH₄HF₂ включает в себя разложение шлака в расплаве NH₄HF₂ с последующей возгонкой примеси кремния. Очистка от примесей железа, алюминия и др. осуществляется с использованием раствора NH₄HF₂ . Дальнейшее осаждение титана с обработкой осадка растворами AlCl₃ и ZnCl₂ с последующей кальцинацией позволяет получить рутильную модификацию диоксида титана.

1. Bernhardt D., Reilly J.F. Mineral Commodity Summaries 2020. Virginia, Reston: U.S. Geological Survey, 2020. 200 p.

2. Fang Z.Z., Froes F., Zhang Y. Extractive Metallurgy of Titanium: Conventional and Recent Advances in Extraction and Production of Titanium Metal. USA: Elsevier, 2019. 436 p.

3. Государственный доклад «О состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов Российской Федерации в 2018 году» / Под ред. Е.А. Киселева. М.: ВИМС, 2019. 426 с.

4. Dubenko K.A., Nikolenko M.V., Aksenenko E.V., Kostyniuk A., Likozar B. Mechanism, thermodynamics and kinetics of rutile leaching process by sulfuric acid reactions // Processes. 2020. Vol. 8. No. 6. Article 640. http://doi.org/10.3390/pr8060640

5. O’Hara M.J., Kellogg C.M., Parker C.M., Morrison S.S., Corbey J.F., Grate J.W. Decomposition of diverse solid inorganic matrices with molten ammonium bifluoride salt for constituent elemental analysis // Chemical Geology. 2017. Vol. 466. P. 341–357. http://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2017.06.023

6. Grate J.W., Gonzalez J.J., O’Hara M.J., Kellogg C.M., Morrison S.S., Koppenaal D.W., Chan G.C.-Y., Mao X., Zorba V., Russo R.E. Solid matrix transformation and tracer addition using molten ammonium bifluoride salt as a sample preparation method for laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry // Analyst. 2017. Vol. 142. No.18. P. 3333–3340. http://doi.org/10.1039/c7an00777a

7. Claux B., Benes O., Capelli E., Soucek P., Meier R. On the fluorination of plutonium dioxide by ammonium hydrogenfluoride // Journal of Fluorine Chemistry. 2016. Vol. 183. P. 10–13. https://doi.org/10.1016/j.jfluchem.2015.12.009

8. Plessis W., Pienaar A.D., Postma C.J., Crouse P.L. Effect of the value of x in NH4F·xHF on the digestion of plasma-dissociated zircon // International Journal of Mineral Processing. 2016. Vol. 147. P. 43–47. http://doi.org/10.1016/j.minpro.2016.01.002

9. Laptash N., Maslennikova I. Hydrofluoride decomposition of natural materials including zirconium-containing minerals // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 112. Article 012024. http://doi.org/10.1088/1757-899X/112/1/012024

10. Гузеев В.В., Дьяченко А.Н., Уралбаев А.Ш. Фтороаммонийный способ разложения циркона // Известия Томского политехнического университета. 2002. Т. 305. Вып. 3. С. 185–190.

11. Смороков А.А., Крайденко Р.И. Получение диоксида циркония с использованием фторидов аммония // Ползуновский вестник. 2017. № 3. С. 126–131.

12. Dyachenko A.N., Kraydenko R.I., Petlin I.V., Malyutin L.N. The research of (NH4 )2BeF4 solution purification effectiveness // Procedia Engineering. 2016. Vol. 152. P. 51–58. http://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.07.624

13. Dyachenko A.N., Kraydenko R.I., Lesnikova M.S., Malyutin L.N., Petlin I.V. Physics and chemistry of the hydrogen fluoride production process from fluorine containing waste // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. Article 012012. http://doi.org/10.1088/1757-899X/135/1/012012

14. Андреев А.А., Дьяченко А.Н., Крайденко Р.И. Фтороаммонийный способ переработки ильменита // Химическая промышленность сегодня. 2007. № 9. С. 13–17.

15. Андреев А.А., Дьяченко А.Н., Крайденко Р.И. Галогенаммонийное разделение минеральной оксидной смеси на индивидуальные компоненты // Химическая промышленность сегодня. 2007. № 3. С. 6–11.

16. Smorokov A.A., Kantaev A.S., Borisov V.A. Research of titanomagnetite concentrate decomposition by means of ammonium fluoride and ammonium hydrogen fluoride // AIP Conference Proceedings. 2019. Vol. 2143. Article 020022. http://doi.org/10.1063/1.5122921

17. Дурбаева С.К., Летуев А.В., Малютин Л.Н., Смороков А.А. Исследование свойств фтораммонийных комплексов железа // Материалы XXIII Международной научно-технической конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья», 10–13 апреля 2018 г. Екатеринбург: Форт Диалог-Исеть, 2018. С. 353–357.

18. Sachkov V.I., Nefedov R.A., Orlov V.V., Medvedev R.O., Sachkova A.S. Hydrometallurgical processing technology of titanomagnetite ores // Minerals. 2018. Vol. 8. No. 1. Article 2. http://doi.org/10.3390/min8010002

19. Дельмон Б. Кинетика гетерогенных реакций. М.: Мир, 1972. 316 c.

20. Пат. 2681328 РФ, МПК С01F 1/00. Барабанная вращающаяся печь / Смороков А.А., Кантаев А.С., Передерин Ю.В.; заявл. 23.05.2018; опубл. 06.03.2019, Бюл. № 74.