Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор существующих способов переработки ильменитовых и лопаритовых концентратов 15
1.1. Ильменитовые концентраты 15
1.2. Лопаритовые концентраты 17
Глава 2. Некоторые аспекты термодинамических особенностей процессов фторирования полиметаллического сырья 41
2.1. Термодинамический анализ возможных реакций фторирования 45
2.2. Выбор фторирующего реагента 69
Глава 3. Производство фторидов из ильменитовых шлаков и лопаритовых концентратов 78
3.1. Фторирование ильменитовых шлаков 78
3.2. Фторирование лопаритовых концентратов 102
Глава 4. Переработка летучих фторидов 112
4.1. Разделение фторидов титана, ниобия и тантала 112
4.2. Получение титана и его соединений из тетрафторида титана 132
4.3. Получение ниобия, тантала и их соединений из фторидов 151
4.4. Получение кремния и его соединений из тетрафторида 165
Глава 5. Переработка нелетучих фторидов 177
5.1. Нелетучие фториды, образующиеся при фторировании ильменитовых концентратов 177
5.2. Нелетучие фториды, получаемые при фторировании лопаритовых концентратов 180
Глава 6. Технико-экономические показатели переработки ильменитовых и лопаритовых концентратов фторидным способом 192
6.1. Выбросы загрязняющих веществ в окружающую среду 192
6.2. Экономические показатели переработки ильменитовых титаносодержащих шлаков фторидным способом 195
6.3. Технико-экономическое обоснование создания завода по переработке лопаритовых концентратов фторидным способом 197
Общие выводы 230
Заключение 232
Литература 234
Приложение 248
- Лопаритовые концентраты
- Фторирование ильменитовых шлаков
- Получение ниобия, тантала и их соединений из фторидов
- Технико-экономическое обоснование создания завода по переработке лопаритовых концентратов фторидным способом
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ диссертационной работы диктуется необходимостью разработки принципиально нового экологически чистого высокорентабельного способа переработки ильменитовых шлаков и лопаритовых концентратов с комплексным извлечением редких, редкоземельных металлов и их высокочистых соединений - оксидов, нитридов и карбидов.
ЦЕЛЬЮ диссертационной работы явились разработка фторидного способа вскрытия ильменитовых шлаков и лопаритовых концентратов, способов разделения и переработки безводных фторидов титана, ниобия, тантала, редкоземельных элементов и кремния, с получением высокочистых порошков металлов, оксидов, нитридов, карбидов и обоснование преимуществ предлагаемых процессов.
ОБЪЕКТАМИ ИССЛЕДОВАНИЯ выбраны титансодержащие шлаки восстановительной плавки ильменитовых концентратов Ир-шанского и Верхнеднепровского месторождений и лопаритовые концентраты (ТУ-1763-047-0019453 0-95) Ловозерского месторождения.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА диссертационной работы:
-
Проведено исследование и научное обоснование практической возможности использования процессов вскрытия титансодержа-щих ильменитовых шлаков и лопаритовых концентратов элементарным фтором.
-
Разработан двустадийный способ фторирования ильменитовых шлаков и лопаритовых концентратов в аппаратах "кипящего" слоя при 300-800С.
-
Предложен и рассчитан способ выделения тетрафторида титана из смеси фторидов трехступенчатой дистилляцией пентафтори-дов ниобия и тантала при 105-175С.
-
Для разделения пентафгоридов ниобия и тантала с незначительной разностью температур их кипения предложена спирально-призматическая насадка с высокой удельной поверхностью и малым свободным объемом. Выполнены компьютерные расчеты и подтверждена практическая возможность использования процесса ректификации для разделения пентафторидов ниобия и тантала с низкой разностью температур их кипения.
-
Обоснован электролитический способ переработки безводных тетрафторидов титана и кремния, пентафторидов ниобия и тантала в расплаве низкотемпературной эвтектики фторидов щелочных и щелочноземельных металлов (<500С) с выделением на катоде высокочистых титана, кремния, ниобия и тантала, а на аноде - элементарного фтора.
-
Разработан замкнутый цикл использования фторирующего реагента при переработке ильмекитовых шлаков и лопаритовых концентратов.
Научная новизна диссертационной работы подтверждена 5 авторскими свидетельствами и патентами.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ результатов диссертационной работы заключается в том, что они послужили основой длят разработки исходных данных и технического задания на проектирование завода по переработке лопаритовых концентратов фторидным способом. Техническое задание принято заказчиком для проектирования завода.
При непосредственном участии диссертанта проведено технико-экономическое обоснование и разработан по международным требованиям бизнес-план "Создание завода по переработке лопарнтовых концентратов фторидным способом", являющийся обосновывающим документом при поиске инвестиций для создания указанного завода.
Предлагаемый автором диссертации фторидный способ переработки минерального сырья может быть использован в производстве высокочистых порошков металлов, оксидов, нитридов, карбидов и сульфидов практически всех химических элементов, образующих летучие фториды.
Этим способом можно перерабатывать не только титансодер-жащие шлаки и лопаритовые концентраты, но и другие виды минерального сырья, в частности - ильменитовые и рутиловые концентраты, тантал-колумбитовые концентраты, шлаки оловянных производств (в них концентрируются при выплавке олова из касситерита до 15 % оксидов ниобия и тантала), металлические и оксидные отходы производств титана, ниобия, тантала, ванадия, вольфрама, молибдена, рения и кремния.
Автор диссертации хотел бы особо отметить возможность и целесообразность (с большими экономическими и экологическими эффектами) использования предлагаемого фторидного способа, как перспективного направления, и при переработке молибденитовых, вольф-рамитовых, шеелитовых и апатитовых концентратов.
постановка задачи, методологический подход к решению проблемы, научное обоснование практической возможности использования процессов фторирования титансодержащих ильменитовых шлаков, лопаритовых и других концентратов элементарным фтором;
выбор фторирующего реагента и технологических параметров для осуществления процессов получения безводных фторидов титана, ниобия, тантала, редкоземельных элементов и безводных фторидов примесей;
разработка двустадийного способа фторирования ильменито-
вых шлаков и лопаритовых концентратов в аппаратах "кипящего" слоя при 30О-80ОС;
способ выделения тетрафторида титана из смеси фторидов трехступенчатой дистилляцией пентафторидов ниобия и тантала при 105-175С;
обоснование ректификационного способа разделения пентафторидов ниобия и тантала с малой разностью температур их кипения с использованием спирально-призматической насадки с высокой удельной поверхностью и малым свободным объемом;
обоснование электролитического способа переработки безводных тетрао])торидов титана и кремния, пентафторидов ниобия и тантала в расплаве низкотемпературной эвтектики фторидов щелочных и щелочно-земельных металлов (<500С) с выделением на катоде высокочистых титана, кремния, ниобия и тантала, а на аноде - элементарного фтора;
разработка замкнутого цикла использования фторирующего реагента при переработке ильменитовых шлаков и лопаритовых концентратов;
разработка принципиальных технологических схем экологически чистой переработки ильменитовых шлаков и лопаритовых концентратов фгоридным способом.
ДОСТОВЕРНОСТЬ ОСНОВНЫХ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ, полученных в работе, подтверждена результатами выполненных экспериментальных исследований с использованием современных методов анализа и многолетней успешной промышленной эксплуатацией аналогичных процессов фторирования различных оксидов металлов (урана, редкоземельных элементов, железа и др.) элементарным фтором и процессов переработки безводных фторидов в ядерном топлив-
ном цикле.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения, результаты и рекомендации, отражающие исследования автора докладывались и обсуждались на VI-ом Всесоюзном симпозиуме по химии неорганических фторидов (21-23 июля 1981 г., г. Новосибирск), на X Симпозиуме по химии неорганических фторидов (9-11 июня 1998 г., г. Москва), на семинаре фирмы "Кемира Ойя" (апрель 1998 г., г. Хельсинки, Финляндия), на 4-ой и 5-ой научно-технических конференциях Сибирского химического комбината (28-31 мая 1996 г., 20-23 октября 1998 г., г. Северск), при рассмотрении конверсионных федеральных (российских) программ Минатома (НТС Минатома, 1995), Международной конференции Global'93, September 12-17, Seattle, 1993, на Президиуме Российской академии наук при рассмотрении концепции жидкосолевых уран-ториевых ядерных реакторов на расплавах фто-ридных солей, 21 мая 1997 г., на Международной конференции стран APSAM по новым материалам, г. Новосибирск, 1993 г., на Международных семинарах по фторидным способам переработки отработавшего топлива в расплавах солей галоидов (21 сентября 1998 г., г.С-Петрбург, 24 сентября 1998 г., г.Рахов, Украина).
По теме диссертации опубликовано 30 работ, в том числе 5 патентов и авторских свидетельств.
Таким образом, главным результатом изложенных в диссерта
ционной работе исследований и разработок является обоснование тех
нических, технологических, экологических и экономических решений
по успешному решению общей задачи - обоснованию и выдаче реко
мендаций для внедрения в производственную практику предприятий
фторидного способа с использованием прямого фторирования элемен
тарным фтором ильменитовых, лопаритовых, танталит-
колумбитовых, молибденитовых, вольфрамитовых и шеелитовых концентратов, обогащенных титановых шлаков, металлических и оксидных отходов гитана, ниобия, тантала, молибдена, вольфрама, кремния и др. с последующей переработкой полученных безводных фторидов до высокочистых порошков металлов, оксидов, нитридов и карбидов, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса.
Результаты диссертационной работы приняты Сибирским химическим комбинатом для проведения экспериментальной проверки, а АО "Севредмет" для создания производства по переработке лопаритовых концентратов с использованием фторидов для получения металлов, оксидов, нитридов и карбидов различных элементов.
СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ. Диссертация состоит из основной части и приложения.
Основная часть содержит: введение, шесть глав, общие выводы, заключение, изложенные на 233 с. машинописного текста, включая 66 рисунков, 44 таблицы, титульный лист, 2 страницы оглавления, 10 страниц списка цитированной литературы (121 названий, из них 19 на иностранном языке), 30 публикации с участием автора диссертации.
Лопаритовые концентраты
Обычно рудные лопаритовые концентраты перерабатывают до металлов (Т1, Nb, Та) или до их химических соединений трех типов: оксиды (ТЮг, Nb205, Та20з), фторидные комплексные соли (К2TiF6,, K2NbF7, K2TaF7) и хлориды (Т1С14, NbCl5, ТаС15). При переработке лопаритовых концентратов дополнительно производят карбонаты, оксиды или металлы в разделенном виде или в виде смеси (мишметалл) редкоземельных элементов, а также оксиды стронция и тория.
Сернокислотный способ переработки лопаритовых концентратов основан на их разложении серной кислотой и разделении титана, ниобия, тантала и редкоземельных металлов (РЗМ) с использованием различий в растворимости двойных сульфатов этих элементов [39-40].
Лопаритовые концентраты разлагают 85 %-ной серной кислотой при температуре 150-250С, расходе кислоты 2,78 т на 1 т концентрата, измельченного до крупности 95 % - 0,074 мм. Добавление сульфата аммония в количестве 0,2 т на 1 т концентрата к серной кислоте предотвращает спекание реагирующей массы и повышает извлечение титана, ниобия и тантала в раствор. Время полного разложения лопаритового концентрата составляет 20-3Омин (степень вскрытия 99%). К концу разложения получают сухую массу (плав). Основные реакции процесса:
ТІ02 + СаО + ЗН2804 = CaTi(804)з + ЗH2О (1.1)
4Т102 + (РЗМ)203 + 11H2S04 = (P3M)2(804)з 4Ti(S04)2 + 11H20 (1.2)
Тантал и ниобий в присутствии больших количеств титана входят в состав двойных сульфатов титана в виде изоморфной примеси.
Продукт сульфатизации выщелачивают водой. В твердой фазе остается большая часть редкоземельных металлов в форме малорастворимых двойных сульфатов Na2S04 (РЗМ)2 (S04)3 -2Н20 и их изоморфной смеси с CaS04. В раствор переходят титан, ниобий и тантал. Титан находится в растворе в виде TiO804, ниобий и тантал, вероятно, в форме сульфатов R203(804)2.
Для отделения титана от ниобия и тантала можно использовать способ осаждения малорастворимой двойной соли (NH4)2TiO(804)2 Н20 с помощью сульфата аммония.
При суммарной концентрации серной кислоты и сульфата аммония от 400 до 600 г/дм (например, 400 г/дм H2S04 и 200 г/дм (Ntt SO,) растворимость двойной соли титана равна 2,5-5 г/дм3.
Раствор после отделения титана может быть направлен на извлечение и разделение ниобия и тантала методом экстракции.
Термическое разложение (NH4)2TiO(804)2H20 приводит к получению технического диоксида титана.
Другой вариант разложения лопаритовых концентратов состоит в его обработке смесью серной кислоты с сульфатом аммония (2,78т 85%-ной серной кислоты, 1,4т сульфата аммония на 1т концентрата) при 230-300С. В этом случае в результате разложения образуются двойные сульфаты ниобия, тантала и титана
При выщелачивании продукта разложения (плава) тантал и ниобий переходят в раствор в форме сульфатных комплексов, тогда как двойной сульфат титана гидролизуется и выпадает в осадок в форме труднорастворимой соли (NH TXSO HbO. В осадке остаются также редкоземельные металлы в составе двойных сульфатов. Раствор направляют на извлечение и разделение тантала и ниобия методом экстракции.
Твердый остаток требует сложной переработки по разделению титана и редкоземельных металлов.
Недостатками сернокислотного способа переработки лопаритовых концентратов является многостадийность периодических процессов, использование огромных количеств химических реагентов и, как следствие, получение больших количеств жидких и газообразных сбросов химических соединений, загрязняющих окружающую среду и открытые водоемы. Сернокислотный метод не обеспечивает четкого разделения ценных составляющих лопарита в результате чего получается продукция технической чистоты, поэтому необходима сложная ее дальнейшая переработка. В результате возрастают эксплуатационные расходы и падает рентабельность производства.
По этим причинам сернокислотный способ переработки лопаритовых концентратов не используется в настоящее время в России в промышленном масштабе.
Считается, что все ценные составляющие лопарита наиболее просто можно извлечь способом хлорирования элементарным хлором. Различия в летучести образующихся хлоридов позволяют разделить основные компоненты концентрата. Хлориды титана, ниобия и тантала, имеющие сравнительно низкие температуры кипения, в процессе хлорирования уносятся с отходящими газами и улавливаются в конденсационных устройствах. Высококипящие хлориды редкоземельных металлов, а также натрия и кальция остаются в печном остатке в форме сплава хлоридов.
Все указанные реакции хлорирования оксидов элементарным хлором являются эндотермическими и протекают с большим поглощением тепла. Даже при 800-1000С эти реакции протекают с малой скоростью весьма низким использованием хлора.
Например, изменение стандартного изобарного потенциала реакции (1.5) при 1000К AGoOOOK составляет 127,1 кДж/моль, константа равновесия Kp=2,24-10"7, равновесное давление Т1СЦ-4,78-10-4.Это соответствует весьма малой концентрации паров ТІСЦ, равной 0,05 % объема.
Для изменения термодинамического равновесия, увеличения скорости реакции (1.5), повышения степени использования хлора и повышения концентрации TiCU в газовой смеси в реакционную систему вводят углерод, который связывает выделяющийся кислород. При этом реакция становится экзотермической и протекает со значительной убылью изобарного потенциала
Полученные хлориды разделяют фракционной конденсацией. К недостаткам метода ввода углерода непосредственной карбидизацией лопаритовых концентратов относится сложность аппаратурного оформления непрерывного процесса карбидизации. Кроме того, выщелачивание карбидов связано с выделением больших количеств ацетилена и других непредельных углеводородов. Поэтому необходимо производить большие капитальные затраты на охрану труда.
Такой метод введения углерода в реакционную среду при переработке лопаритовых концентратов в настоящее время в промышленности не используется.
В производственной практике применяют хлорирование лопаритовых концентратов элементарным хлором в смеси с углем или коксом. Перед хлорированием лопаритовые концентраты в виде шихты брикетируют с коксом (углем) или хлорируют смесь концентрата с коксом углем) в расплаве хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов.
Фторирование ильменитовых шлаков
Кинетика процесса фторирования различных титаносодержащих полиметаллических концентратов и продуктов их переработки изучалась в ряде работ.
В работе [62] исследованы процессы фторирования ильменитовых концентратов (содержание диоксида титана - 50,9 %, состав 40-60 мкм) элементарным фтором и фтористым водородом в интервале температур 300-600С. В основу исследований положен термогравиметрический способ с химическим и рентгеност-руктурным анализом промежуточных и конечных продуктов реакции. Было установлено, что при фторировании таких ильменитовых концентратов элементарным фтором при температуре реакции выше 350С происходит сильный саморазогрев навески, переходящий в горение с образованием безводного тетрафторида титана. Определено значение энергии активации, которое составляет Еа=6,40±0,09 ккал/моль.
В работах [63,64 и 65] также изучалась кинетика фторирования оксидов ти-тана элементарным фтором и показано, что скорость реакции растет с повышением температуры, а при температуре выше 373К наблюдается горение твердой фазы с большим тепловыделением. Все вышеописанные кинетические исследования выполнялись на установках с неподвижным слоем исходной твердой фазы, т.е. фторирование проводилось в "лодочках".
С целью определения возможности промышленного получения кондиционного TiF4 из рутиловых концентратов Верхнеднепровского горнометаллургического комбината, отвечающего ГОСТу 22938-78 проводились исследования кинетики на полупромышленной установке с реактором шнекового типа [66]. Было показано что пропєсс сЬторирования ТіОо элементарным (Ьтором протекает с большим выделением тепла. При температуре 593 К, времени фторирования 5 часов и избытке фтора 10-30 % выход составил 99,0 %, а при температуре 773 К за тоже время-100,0%.
В результате кинетических исследований была доказана возможность получения безводного тетрафторида титана прямым фторированием оксида титана элементарным фтором при относительно низких температурах.
В действительности процессы фторирования титансодержащих материалов, например ильменитовых шлаков, элементарным фтором протекают в реакторах любого типа в условиях сильно отличающихся от приведенных в вышеуказанных исследованиях.
Крупность и удельная поверхность реагирующих частиц, подвод реагирующего элементарного фтора, его избыток, температура самовозгоревшихся частиц, удельная производительность и другие переменные параметры процесса фторирования практически невозможно смоделировать в лабораторных условиях. При фторировании ильменитовых шлаков происходит последовательное замещение атомов кислорода в оксидах на атомы фтора
В результате фторирования образуется газовая фаза, содержащая TiF4, SiF4, VF5, CrF6 или Cr02р2 и твердый остаток - FeF3, CaF2, А1Рз, MgF2, MnF2 и непро-реагировавшие оксиды.
Реакция взаимодействия ильменитовых шлаков с фтором, протекающая на поверхности соприкосновения твердой и газообразной фаз, складывается из следующих процессов:
1) транспорта реагирующего газа к поверхности твердого;
2) хемосорбции газа на поверхности твердого;
3) химической реакции сорбированного газа с твердым;
4) десорбции образовавшихся газообразных фторидов с поверхности твердого;
5) транспортировании десорбированных газообразных фторидов.
Скорость взаимодействия ильменитовых шлаков с фтором определяется наиболее медленным из этих процессов. Процессы 1 и 5 имеют диффузионный характер, поэтому для очень тонкого слоя материала их роль незначительна. Скорость фторирования определяется процессами 2, 3 и 4. Скорость этих процессов зависит от температуры, скорость процесса 2 зависит от величины поверхности твердого и от парциального давления фтора в системе. Таким образом, скорость взаимодействия ильменитовых шлаков со фтором определяется температурой, парциальным давлением фтора и физико-химическими характеристиками исходного продукта.
Для определения степени фторирования [67] использовали навески ильменитовых шлаков массой до 100 г.
Фторирование образцов элементарным фтором проводили в тонком неподвижном слое в электронагреваемой печи (рис.3.1). Конденсацию газовой фазы осуществляли в аппарате с воздушным охлаждением. Для исключения конденсации легколетучих продуктов реакции фторирования трубопровод и входной патрубок конденсатора нагревали с помощью внешнего источника тепла до температуры примерно 300С для того, чтобы не происходило забивания в результате конденсации тетрафторида титана, т.к. tcy6jlTiF4 =285,5С. Конденсатор охлажда ли жидким азотом и поддерживали температуру -90 -;-100С
Количество выделившихся газообразных продуктов реакции определяли по изменению веса конденсатора до начала процесса и после его завершения. В твердой фазе после фторирования также определяли содержание фторидов и не-прореагировавших оксидов.
Скорость взаимодействия ильменитовых шлаков со фтором изучали при температурах 300, 400 и 500С [68,69 и 70].
Качественными наблюдениями установлено, что при температуре 300-350С происходит самовозгорание твердой фазы.
Количественные данные по выходу летучих фторидов в зависимости от времени, температуры, избытка фтора представлены на рис.3.2 - 3.7.
Из полученных результатов видно, что в температурном интервале 300-500С при времени фторирования 4 часа выход летучих продуктов фторирования составлял не менее 98,5 % мае. Образование труднолетучих фторидов в тех же условиях происходило значительно медленнее. Из рис.3.5 следует, что после 8 часов фторирования выход труднолетучих фторидов в том же температурном интервале составлял соответственно 65 % и 90 % мае. При увеличении избытка фтора (рис.3.6) с 15 % об. до 50 % об. при температуре 500С выход указанных фторидов увеличивается с 90 % мае. до 98 % мае. Разбавление фтора азотом примерно 3,8 раза (рис.3.7) приводит к уменьшению выхода нелетучих фторидов примерно на 20 %.
Таким образом, при фторировании ильменитовых шлаков элементарным фтором в неподвижном слое показана принципиальная возможность проведения такого процесса. Вместе с тем определено, что лимитирующим процессом является образование труднолетучих фторидов. Поэтому для получения надлежащих технико-экономических показателей необходимо проводить данный процесс обеспечив высокую удельную поверхность соприкосновения фтора с исходной твердой фазой. Вращающиеся или шнековые печи для этих целей непригодны как не обеспечивающие вышеуказанного требования.
Эти аппараты непригодны также из-за того, что при фторировании возможно слипание образующихся труднолетучих фторидов с непрофторированной твердой фазой, приводящее к резкому сокращению удельной поверхности контакта фаз.
Получение ниобия, тантала и их соединений из фторидов
В процессах переработки летучих фторидов ниобия и тантала рассмотрим возможность протекания следующих химических реакций
Значения энергии Гиббса (AGт) и Kp в диапазоне температур 298-2000К для реакций (4.56-4.71) рассчитывали методом с использованием уравнения изобары и методом высокотемпературных составляющих энтальпии (Нх -Н298) и энтропии (ST-8298).
Эти методы подробно описаны в главе 2.
Зависимости изменения энергии Гиббса (AGT) от температуры реакций (4.56-4.71) приведены на рис.4.11 - 4.15 соответственно, а зависимости логарифмов констант равновесия (Кр) от температуры этих реакций - на рис. 4.16- 4.20.
Термодинамический анализ уравнений 4.56, 4.64 показывает, что процессы взаимодействия газообразных пентафторидов ниобия и тантала с водородом сопровождаются значительным поглощением тепла (376 кДж/моль для пентаф-торида ниобия и 418 кДж/моль для пентафторида тантала) и становятся возможными при температурах 450С и 650С соответственно.
Практически приемлемые степени превращения NbF5 и TaF5 в металлы наблюдаются при температурах выше 1350С и значительном избытке водорода по сравнению со стехиометрически требуемым количеством [90].
Скорость осаждения тантала VTa (мм/ч) в результате взаимодействия адсорбированных молекул пентафторида тантала и водорода при атмосферном давлении выражается уравнением
Процессы окисления пентафторидов ниобия и тантала кислородом (реакции 4.57 и 4.65) термодинамически невозможны.
Оксиды ниобия и тантала из их пентафторидов могут быть получены пи-рогидролизом.
Процесс пирогидролиза фторидов ниобия и тантала изучен при различных температурах для простых фторидов (NbF5 и TaF5) и для комплексных соединений - гептафторониобата (K2NbF7), диоксифторида ниобия (Nb02F), фто-роксиниобата калия (K2NbOF;) и гептафторотанталата (K2TaF,) [91].
Совершенно недостаточно термодинамических данных для осуществления процессов получения нитридов и карбидов ниобия и тантала из их высших фторидов. Поэтому представляет интерес к проведению термодинамического анализа процессов 4.59-4.63 и 4.67-4.71. В реакциях 4.61, 4.63 и 4.69, 4.71 в качестве азот- и углерод- содержащих соединений могут использоваться безводные аммиак и углеводороды.
Технико-экономическое обоснование создания завода по переработке лопаритовых концентратов фторидным способом
Уровень индустриального развития любого государства определяется в частности, наличием промышленности по производству редких и редкоземельных металлов и их химических соединений.
Технологическая цепочка, обеспечивающая выпуск таких материалов, сложна и включает в себя комплекс производств: горнообогатительное, химическое и металлургическое (химико-металлургическое).
В начале 50-х годов в бывшем СССР был создан крупнейший в мире Ло-возерский горнообогатительный комбинат (Ловозерский ГОК, Мурманской обл., нос. Ревда) по производству лопаритовых концентратов - ценнейшего комплексного сырья для получения ниобия, тантала, редкоземельных металлов
И их химических соединений. Одновременно были созданы заводы по переработке лопаритовых концентратов в г.Соликамске (Российская Федерация) и в г.Силумяэ (Эстония). Оксиды ниобия и тантала, хлориды редкоземельных элементов с Соликамского магниевого завода направлялись в Усть-Каменогорск (Казахстан) для дальнейшей переработки и выпуска металлических ниобия, тантала, индивидуальных оксидов и металлов редкоземельных элементов. Завод в г.Силумяэ (Минатом РФ) производил из лопаритовых концентратов металлические ниобий, тантал и индивидуальные оксиды или металлы редкоземельных элементов.
Таким образом, Ловозерский ГОК, Соликамский магниевый завод и заводы в г.Силумяэ и г.Усть-Каменогорске полностью обеспечивали потребности бывшего СССР по редким (ниобий, тантал) и редкоземельным металлам.
Распад СССР привел к разрыву многих технологических циклов, в том числе по выпуску ниобия, тантала, редкоземельных элементов и их соединений. За границами России остались заводы, производившие ниобий и тантал (Казахстан, Эстония), редкоземельные металлы и их соединения (Казахстан, Эстония и Киргизия).
В условиях рыночной экономики Ловозерский ГОК акционировался в 1993 году в акционерное общество открытого типа АО "Севредмет". Единственным потребителем лопаритовых концентратов в настоящее время является Соликамский магниевый завод (СМЗ), способный перерабатывать до 12 тыс. тонн концентратов в год с выпуском товарной продукции только в виде оксидов ниобия, тантала, титана и смеси хлоридов или карбонатов редкоземельных элементов, что составляет менее 50% имеющейся мощности АО "Севредмет". Снижение выпуска лопаритовых концентратов приводит к резкому ухудшению технико-экономических показателей деятельности АО "Севредмет", вплоть до его банкротства. Отсутствие выпуска в России металлических ниобия, тантала и редкоземельных металлов, жесткая экономическая зависимость АО " Севредмет", от единственного перерабатывающего лопаритовые концентраты завода диктуют необходимость в создании в России производства с полным технологическим циклом по выпуску ниобия, тантала, титана, редкоземельных металлов и их соединений (оксидов, фторидов, карбидов и нитридов).
Целью предлагаемого к осуществлению проекта является создание в России, непосредственно у производителя лопаритовых концентратов, завода по его переработке с выпуском высокорентабельной конечной продукции. Стратегией проекта предусматривается поэтапное внедрение экологически чистой и малоотходной, по сравнению с известными технологическими схемами (хло-ридной, сернокислотной и гидрофторидной), фторидной технологии переработки лопаритовых концентратов с выпуском редких (ниобий тантал) редкоземельных металлов и их оксидов пигментного диоксида титана высокого качества высокочистых порошков фторидов карбидов и нитридов титана ниобия тантала сегнетоэлектриков пьезокерамики и другой товарной продукции имеющей постоянный спрос на отечественном и мировом рынках.
Предлагаемый проект ориентирован, в первую очередь : на отечественный рынок, а в перспективе, после проведения соответствующих маркетинговых мероприятий, возможен постепенный выход и на международный рынок.
Предлагаемый проект носит характер нового строительства с использованием свободных площадей и инфраструктуры действующего предприятия -Акционерного общества открытого типа "Севредмет" (нос. Ревда Мурманской области).
Стратегией проекта предусматривается создание завода по переработке исходного сырья производительностью 15000 т/год лопаритовых концентратов с выделением пускового минимума завода производительностью 10000 т/год лопаритовых концентратов.
Основная номенклатура выпускаемой товарной продукции:
- пигментный диоксид титана;
- металлические порошки ниобия и тантала;
- концентрат (до 70%) смеси фторидов редкоземельных элементов.
Вспомогательная номенклатура выпускаемой товарной продукции:
- смесь высокочистых фторидов титана, ниобия и тантала;
- высокочистый тетрафторид титана (TiF4);
- высокочистая смесь пентафторидов ниобия и тантала (NbF5+TaF5);
- индивидуальные высокочистые пентафториды ниобия (NbFз) и тантала (TaF5);
- индивидуальные высокочистые оксиды, карбиды, нитриды ниобия, тантала и титана, сегнетоэлектрики (ВаТіОз, NaTaCb, КТаОз) и пьезокерамика.
6.3.1.2. Производственная мощность по товарной продукции Основная номенклатура продукции представлена в табл. 6.4
Место расположения производства - свободные площади и инфраструктура промплощадки "Умбозеро" АО "Севредмет" (пос. Ревда Мурманской области).
- общая стоимость проекта завода - 50 млн. долл. США;
- срок осуществления проекта - 2 года;
- потребности в финансировании проекта составляют 35 млн долл. США;
- тип финансирования: заемный кредит инвестора;
- источник возврата: прибыль завода, полученная при переработке лопа-ритовых концентратов.
Обеспечение по возврату заемного кредита и кредитных начислений (до 10% годовых) осуществляется в течение 3-го - 5-го годов заемного кредита.
Стратегией предлагаемого проекта предусматривается более глубокая переработка редкоземельной продукции при создании 2-ой очереди завода с выпуском индивидуальных оксидов и металлов редкоземельных элементов.