Economic analysis of the processing of various titanium-containing raw materials to obtain titanium, vanadium, and niobium

Т.К.  Сарсембеков; Т.А.  Чепуштанова; Е.С.  Меркибаев

doi:10.51301/ejsu.2025.i1.01

Авторы

Т.К. Сарсембеков Satbayev University, Казахстан
Т.А. Чепуштанова Satbayev University, Казахстан
Е.С. Меркибаев Satbayev University, Казахстан

DOI:

https://doi.org/10.51301/ejsu.2025.i1.01

Ключевые слова:

шлак, рутил, затраты, переработка, хлорирование, отходы

Аннотация

В работе представлен экономический анализ переработки различного титансодержащего сырья – титанового шлака и синтетического рутила – методом хлорирования в расплавленной солевой среде в присутствии углерода. Переработка титансодержащего сырья осуществляется по технологии хлорирования в расплавленных солях щелочных металлов (MgCl₂, NaCl, KCl) высококонцентрированным газообразным хлором в присутствии углеродсодержащего восстановителя. В качестве восстановителя используется антрацит, в качестве расплавленной среды – отвальный шлам электролиза магния. Переработка осуществляется в цилиндрических печах хлорирования, футерованных шамотным кирпичом, при температурах 720-800°С. Продукты хлорирования направляются в конденсационную систему. В работе дано описание Сатпаевского месторождения ильменита в Восточном Казахстане, представлен химический состав Сатпаевского ильменитового концентрата, титанового шлака и синтетического рутила, полученных различными способами. Установлена корреляция между содержанием ванадия, ниобия и тантала в ильменитовых концентратах и их распространенностью в земной коре. На основании этой корреляции определен порядок переходных металлов в V группе периодической системы элементов по мере убывания их концентрации в концентратах. Описаны технологические сложности, связанные с переработкой титансодержащего сырья с повышенным содержанием некоторых компонентов, а также некоторые способы получения синтетического рутила. Приведено сравнение себестоимости производства титанового шлака и синтетического рутила. Проведены расчеты материального баланса процесса хлорирования титанового шлака и синтетического рутила различных способов производства для оценки затрат на сырье и затрат на утилизацию отходов. В исследовании сделан вывод о том, что производство синтетического рутила из концентрата ильменита Сатпаевского месторождения экономически целесообразно.

Библиографические ссылки

Zwierynski, A.J., Zlotkowski, A., Solecki, M. L., Balicki, R., Binkowska, W., Janiak, A., Edelmüller, H., Gardynik, A. & Leśniowska M. (2022). Ilmenite, the raw material of the future. Mathematical methods and terminology in geology, 69-74

Mehdilo, A., Irannajad, M. & Rezai B. (2015). Chemical and mineralogical composition of ilmenite: Effects on physical and surface properties. Minerals Engineering, (70), 64-76. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2014.09.002

Schmidt, R. (2019). Magnetic properties of ilmenite Mn₂FeSbO₆. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, (480), 58-63. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2019.02.047

Wei, Lu, Xuewei, Lu, Junyi, Xiang, Kai, Hu, Shiqing, Zhao, Jie, Dang, Kexi, Han & Bing, Song. (2019). Effect of preoxidation on the reduction of ilmenite concentrate powder by hydrogen. International Journal of Hydrogen Energy, 44(2) 4031-4040, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.12.139

Subasinghe, H.C.S., Ratnayake, A.S. (2021). Processing of ilmenite into synthetic rutile using ball milling induced sulphuri-sation and carbothermic reduction. Minerals Engineering, (173), 107197. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2021.107197

Kurmangaliyev, A.A. (2005). Current state and development trends of the raw material base of the titanium-magnesium indus-try in the Republic of Kazakhstan. Geology, Mining, Metallurgy. Bulletin of VKGTU, (4), 13-20.

Dyachkov, B.A., Mochalkina, L.N., Kuzmina, O.N., Bochkova, O.I. & Kravchenko M.M. (2005). Types of weathering crust de-posits in Eastern Kazakhstan. Geology, Mining, Metallurgy. Bul-letin of VKGTU, (4), 6-12.

Kravchenko, M.M., Dyachkov, A.A., Suiekpaev, E.S., Sapar-galiyev, E.M., Azelkhanov, A.Zh., Oitseva, T.A. (2016). Pro-spects for strengthening and developing the raw material base of titanium production in Eastern Kazakhstan. Geology. Bulletin of Perm University, (1), 82-90.

Zabolotskaya, Y.V. (2014). Autoclave de-siliconization of leu-coxene concentrate with calcium hydroxide to obtain synthetic rutile (doctoral dissertation). Moscow

Harald Elsner. (2010). Heavy Minerals of Economic Im-portance. BGR, Hannover, Germany

Zhang, W., Zhu, Zh. & Cheng, Ch.Y. (2011). A literature re-view of titanium metallurgical processes. Hydrometallurgy, (108), 177-188. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2011.04.005

Nadolsky, A.P. (1980). Calculation of processes and apparatus for refractory metal production. Moscow: Metallurgy.