1 Описание проекта
1.1 Обоснование актуальности проекта
В настоящее время существует большой спрос на диоксид титана, который широко используется в бумажно-целлюлозной, химической, фармацевтической промышленности, а также в деятельности лакокрасочных предприятий, предприятий по производству пластмасс и других отраслях промышленности. Также в процессе производства диоксида титана можно извлекать ценное металлургическое сырье, продукт прямого восстановления, который используется для производства стальной заготовки, необходимой в металлургической промышленности (в частности, в производстве металлоконструкций, трубопрокатном, машиностроительном производстве).
Большинство предприятий-потребителей вынуждены закупать диоксид титана невысокого качества за рубежом по достаточно высокой цене вследствие использования сырьевых добавок, устаревших технологий, а также высокой себестоимости сырья и транспортных издержек.
Данный проект предполагает создание импортозамещающего производства диоксида титана на Южном Урале.
По сущности, проект заключается в строительстве завода по производству диоксида титана и стальной заготовки на базе Медведевского месторождения титаномагнетитовых руд. Производство основано на современной технологии превращения концентрата титаномагнетита в высококачественные продукты.
Следует отметить следующие преимущества производства:
- «чистота» титаномагнетитовых руд, отсутствие вредных примесей в природном сырье;
- низкие транспортные издержки;
- приемлемая цена продукции;
- создание новых рабочих мест;
- современное производство.
Приобретение диоксида титана и стальной заготовки отечественного производства позволит предприятиям использовать высококачественное сырье по приемлемой цене и отказаться от импортных закупок. Реализация данного проекта способствует развитию экономики региона и страны в целом.
1.2 Расположение и схема завода
Новый завод по производству диоксида титана и стальной заготовки будет построен на Южном Урале вблизи Медведевского месторождения титаномагнетитовых руд в 10 км от города Златоуст Челябинской области. Медведевское месторождение ильменит-титаномагнетитовых руд и строительного камня принадлежит ООО «Медведевский горно-обогатительный комбинат». По оценкам экспертов запасов сырья на месторождении достаточно на ближайшие 100 лет [1].
План завода (площадь около 0,6 км2) представлен на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 – План завода
Строительство будет осуществляться в 2 очереди. Первая предполагает строительство дорог, коммуникаций, административного корпуса, транспортного и сталеплавильного цехов, вторая – строительство химического цеха.
Организационная структура завода изображена на рисунке 1.2.
Важно отметить, что предприятие будет работать в непрерывном режиме по 3 смены в сутки, следовательно, необходимо выделить 4 бригады рабочих, одна из которых – подменная.
1.3 Технология производства
При использовании предлагаемой технологии в производственном процессе (рисунок 1.3) получается два продукта: диоксид титана и стальная заготовка.
Стальная заготовка
(продукт первой очереди)
Производственный процесс
Диоксид титана
(продукт второй очереди)
Рисунок 1.3 – Продукты производственного процесса
Производство будет организовано в два этапа: в производство первой очереди будет входить производство стальной заготовки, далее через два года начинается производство второй очереди – диоксида титана. Важно отметить, что титаномагнетитовые руды Медведевского месторождения являются единым сырьем для производства двух наших продуктов.
Рисунок 1.2 – Организационная структура завода
Технология производства диоксида титана и стальной заготовки представлена на рисунке 1.4.
Рисунок 1.4 – Технология производства
В качестве исходного сырья используется титаномагнетитовый концентрат Медведевского месторождения определенного химического состава, который представлен в таблице 1.1.
Таблица 1.1 – Химический состав концентрата Медведевского месторождения, %
Fe |
TiO2 |
V2O5 |
MnO |
SiO2 |
Al2O3 |
MgO |
59,02 |
11,78 |
1,05 |
1,09 |
1,94 |
1,35 |
0,85 |
Согласно данным таблицы 1.1 исходное содержание оксидов железа в концентрате составляет около 82%, что соответствует 59 % в пересчете на чистое железо. В агрегате ITmk3 происходит выделение и восстановление оксидов железа в продукт прямого восстановления, который представляет собой чистое железо. Это железо выделяется и отправляется на переплав в ДСП. Оставшаяся часть концентрата это оксиды титана, ванадия марганца, кремния, алюминия и магния. В первоначальном концентрате их доля составляет 18%, после выделения железа доля этих оксидов составляет 100%. Соответственно возрастает доля каждого оксида в концентрате (шлак ITmk3 идущий на производство диоксида титана), доля диоксида титана будет составлять порядка 50%.
Восстановление железа из оксидов производится в установке ITmk3. Восстановителем может являться каменный уголь любых марок, графит или любой углеродистый материал фракцией 1-3 мм. Исходные материалы хранятся в закромах и по мере надобности загружаются в агрегат. Цикл восстановления длится 8 минут. В результате получается продукт прямого восстановления, содержащий 98% железа и 2% углерода и концентрат, содержащий около 50% диоксида титана (TiO2). Годовая производительность агрегата 500 тыс.т/г металлического.
Полученный продукт бадьями загружается в дуговую сталеплавильную печь (ДСП) емкостью 55 т и годовой производительностью 450 тыс. т по жидкой стали. В ходе плавки в расплав подаются легирующие материалы и шлакообразующие. Шлак вспенивается с помощью кислородных фурм и сходит самотеком через рабочее окно.
После выплавки окисленный полупродукт подвергается обработке на агрегате ковш-печь с цель удаления серы и доведения стали до заданного химического состава. Во время обработки металл продувают аргоном, этим достигается гомогенизация объема металла по химическому составу и температуре.
Шлак, образующийся в процессе плавки в ДСП и доводки металла на АКП, отправляется в шлаковые отвалы на захоронение.
Полученная сталь разливается на машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) в круглые (сечением от 200 до 400 мм) и квадратные заготовки (сечением от 120 до 300 мм). Полученная заготовка режется на мерные длины и отправляется потребителю.
Шлак, полученный на установке ITmk3, отправляется в цех переработки шлаков для извлечения диоксида титана. Извлечение диоксида титана производится по сульфатной технологии.
Технология производства состоит из трёх этапов:
1. Получение растворов сульфата титана (путём обработки ильменитовых концентратов серной кислотой). В результате получают смесь сульфата титана и сульфатов железа (II) и (III) (формула (1.1)), последний восстанавливают металлическим железом до степени окисления железа +2. После восстановления на барабанных вакуум-фильтрах отделяют растворы сульфатов от шлама. Сульфат железа (II) отделяют в вакуум-кристаллизаторе (формула (1.2)).
FeTiO3 + 2H2SO4 → TiOSO4 + FeSO4 + 2H2O (1.1)
TiOSO4 + H2O → TiO2 + H2SO4 (1.2)
2. Гидролиз раствора сульфатных солей титана. Гидролиз проводят методом введения зародышей (их готовят осаждая Ti(OH)4 из растворов сульфата титана гидроксидом натрия). На этапе гидролиза образующиеся частицы гидролизата (гидратов диоксида титана) обладают высокой адсорбционной способностью, особенно по отношению к солям Fe3+, именно по этой причине на предыдущей стадии трёхвалентное железо восстанавливается до двухвалентного. Варьируя условия проведения гидролиза (концентрацию, длительность стадий, количество зародышей, кислотность и т. п.) можно добиться выхода частиц гидролизата с заданными свойствами, в зависимости от предполагаемого применения.
3. Термообработка гидратов диоксида титана. На этом этапе, варьируя температуру сушки и используя добавки (такие, как оксид цинка, хлорид титана и используя другие методы можно провести рутилизацию (то есть перестройку оксида титана в рутильную модификацию). Для термообработки используют вращающиеся барабанные печи длиной 40-60 м. При термообработке испаряется вода (гидроксид титана и гидраты оксида титана переходят в форму диоксида титана), а также диоксид серы.
Конечной продукцией является пигментный диоксид титана. Продукт фасуется в тару и отправляется потребителю.