СОДЕРЖАЩИЙ ТИТАН ЗАПОЛНИТЕЛЬ, СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ, И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ Российский патент 2017 года по МПК C04B18/14 C21B3/04 C01G23/47 C22B7/04 C22B34/12 

Изобретение относится к содержащему титан заполнителю, к способу его изготовления и к его применению в металлургических процессах, в частности при загрузке в вагранку, плавильную печь, так же, как и в шахтную и доменную печь, в качестве заполнителя и/или наполнителя для бетона, цемента, асфальта, огнеупорных материалов, составов, которые применяют для ремонтных работ, грунтовок, для покрытий, которые являются почти непроницаемыми для воды, таких как покрытия полигонов, для тампонирования стволов шахт и подземных пустот, для упрочения и укрепления подстилающего грунта, для ландшафтных или дорожных конструкций, и для применения в металлургии с целью увеличения износостойкости футеровки печи и/или в качестве шлакообразующего агента, для регулирования вязкости шлака в металлургических емкостях, для понижения температуры плавления шлаков, в качестве обогатителя или заполнителя (сырья) для изготовления цемента, или в качестве катализатора.

При изготовлении диоксида титана, применяя сульфатный способ, содержащую диоксид титана шихту (шлак, ильменит) сушат и размалывают, а потом дигерируют с концентрированной серной кислотой. Реакцию между шихтой и концентрированной серной кислотой проводят отдельными порциями в реакторах технологической линии. Во время реакции дигерирования, все оксиды металлов, которые присутствуют в шихте, которые вступают в реакцию с серной кислотой, превращаются в соответствующий сульфат металла. После реакции, твердую массу (осадок дигерирования) оставляют, после чего растворяют водой и/или разбавляют серной кислотой. Раствор дигерирования, который известен как черный щелок, полностью освобождают от нерастворенных ингредиентов (остатки дигерирования, пустая порода) с помощью процессов осаждения и фильтрации. Далее, ниже по потоку в указанном способе, из свободного от твердых веществ раствора дигерирования с помощью гидролиза получают суспензию метатитановой кислоты. Метатитановую кислоту прожаривают во вращающейся печи после промывания, выщелачивания и необязательной обработки солью, а также фильтрации.

Остатки дигерирования, которые, в зависимости от применяемой шихты, в основном состоят из диоксида титана, диоксида кремния, оксида алюминия и оксида железа и адсорбированных сульфатов металлов, например, сульфата титанила, сульфата железа, сульфата магния, сульфата алюминия, так же, как и адсорбированной серной кислоты, отделяют с помощью обычных способов твердого/жидкого отделения, таких как осаждение и фильтрация. Указанные стадии способа удаляют большинство, но не все, растворимых компонентов остатков дигерирования, все еще адсорбированных на TiO₂, и остаточных адсорбированных сульфатов металлов и серной кислоты. Остатки дигерирования, которые получают во время способов твердого/жидкого отделения в виде осадка или отфильтрованного осадка, растирают водой и/или разбавляют серной кислотой, и после нейтрализации, обычно с применением гидроксида кальция в суспензии, а также повторной фильтрации, выбрасывают.

С точки зрения экономии, недостатком указанной процедуры являются увеличение в способе количества оборудования и стадий, а также большое потребление дорогих нейтрализующих агентов, таких как Ca(OH)₂, которые являются необходимыми по тот причине, что серная кислота адсорбируется на остатках дигерирования и не вымывается. Сульфаты металлов, которые адсорбируются на остатках дигерирования, составляют другую проблему. В дополнение, смесь остатков дигерирования и гипса не может быть высушена надлежащим образом. Указанное делает обработку и транспортировку более сложными, так как указанная смесь имеет остаточное содержание влажности, которое составляет значительно больше чем 25%, и также при этом ведет себя таксотропно. Более того, фильтраты из нескольких стадий фильтрации и промывания, которые имеют разные составы и разные значения pH (от кислого до слегка щелочного), должны быть обработаны и подготовлены таким образом, чтобы они могли надлежащим образом откладываться.

Во время изготовления диоксида титана, применяя хлоридный способ, на первой стадии, получают тетрахлорид титана с помощью хлорирования содержащей титан шихты. Хлорирование проводят при температурах, которые составляют приблизительно 1000°C, в реакторе с псевдоожиженным слоем в присутствии кокса. Указанное дает летучие хлориды металлов, которые, когда покидают реактор, также увлекают тонкоизмельченный материал слоя, образованный из непрореагированной шихты TiO₂ и других компонентов, таких как, например, SiO₂ и кокс. Указанную отделенную циклонную пыль затем промывают и, в сухом состоянии, она обычно имеет следующий состав:

TiO₂ 15%-80% по массе Углерод 20%-60% по массе SiO₂ 5%-15% по массе

в качестве основных компонентов. Содержание влажности отфильтрованного осадка на начальном этапе обычно составляет 20%-40% по массе.

Недостатком указанных отфильтрованных осадков является то, что, когда их обрабатывают далее, то отфильтрованный осадок вступает в реакцию как кислота вследствие указанного вида обработки и, таким образом, имеет высокое коррозионное влияние во время последующей обработки или применения, например, в металлургических процессах. Для того чтобы отфильтрованный осадок имел возможность применяться экономически рентабельным образом, отфильтрованный осадок должен быть нейтрализован; при этом указанное сложно осуществить традиционным путем, и при этом оно имеет небольшое экономическое преимущество.

Остаток дигерирования из сульфатного способа может все еще содержать 20%-60% по массе диоксида титана, в зависимости от шихты, которую применяют, и выхода реакции дигерирования. Вместо выбрасывания указанного остатка, может быть желательным обладать возможностью осуществления применения того содержания TiO₂, который все еще присутствует.

Так, DE 2951749 C2 описывает способ, в котором 5%-95% по массе остатка дигерирования, который содержит диоксид титана, получаемого с помощью фильтрации с применением вращающегося барабана с последующим промываниям, дигерируют вместе с 95%-5% по массе тонкоизмельченного шлака в серной кислоте, содержание которой составляет >86% по массе. DE 4027105 A1 описывает способ, в котором остаток дигерирования дигерируют концентрированной серной кислотой с подачею электроэнергии, например, в винтовых конвейерах, вращающихся модулях или в подобном оборудовании.

В соответствии с описанным способом, остатки дигерирования, которые не подвергались каким-либо другим предварительным обработкам, кроме фильтрации с применением вращающегося барабана и промывания, сложно обрабатывать вследствие высокого остаточного содержания влажности (например, 30% по массе) в них и, таким образом, указанное требует более высоких концентраций серной кислоты и подачи электроэнергии для реакции дигерирования и, вследствие содержания адсорбированной серной кислоты, имеют более высокое коррозионное влияние.

DE 19725018 B4 и DE 19725021 B4 раскрывают способы обработки остатков дигерирования, стадии способа и технологические процессы которых все еще возможно оптимизировать, несмотря на попытки усовершенствований по сравнению с предшествующим уровнем техники.

В соответствии с EP 1443121 A1, остатки дигерирования, которые получают в результате дигерирования серной кислотой шихты, которая содержит диоксид титана, фильтруют в мембранном фильтр-прессе, и отфильтрованный осадок, который содержит остатки дигерирования, может быть нейтрализован раствором или суспензией, которые вступают в реакцию в качестве основы.

В общем, все из указанных способов имеют тот недостаток, что с экономической точки зрения, необходимо много оборудования и стадий способа, а также при этом необходимо большое потребление дорогих нейтрализующих агентов, таких как Ca(OH)₂ или NaOH. Недостатком указанного способа также является тот факт, что после последнего промывания, остатки дигерирования все еще имеют сильную кислотность и должны быть впоследствии нейтрализованы с применением щелочных или щелочноземельных оксидов, гидроксидов или карбонатов для того, чтобы иметь возможность применять их в качестве заполнителя или наполнителя.

Применение остатков указанного типа из процесса изготовления TiO₂ (остатки TiO₂) в качестве заполнителя в металлургической промышленности является известным.

Так, DE-C-4419819 раскрывает содержащий титан заполнитель, который состоит из остатков TiO₂ и других веществ. DE-C-19705996 раскрывает способ изготовления содержащего TiO₂ заполнителя. В этом патенте, смесь остатков TiO₂ и железа или соединений железа подвергают термической обработке при температуре от 200°C до 1300°C. Одним из недостатков указанного технического решения являются громоздкие регулирования подачи и смешивания, так же, как и последующая термическая обработка остатков TiO₂ с применением соответствующих дополнительных компонентов заполнителя.

ЕР-А-0611740 описывает применение остатков из процесса изготовления TiO₂ (остатки TiO₂) с другими компонентами в качестве содержащего титан заполнителя, для увеличения износостойкости огнеупорной футеровки печи. В этом отношении, изготавливают содержащие TiO₂ формованные изделия, такие как брикеты, гранулы или грануляты.

Действие остатков из процесса изготовления TiO₂ при загрузке в металлургические емкости основано на образовании соединений Ti(C, N) с высокой стойкостью к действию температур и высокой износостойкостью, которые имеют зависимую от температуры растворимость в чугуне. Ниже границы растворимости, что может, в частности, иметь место в поврежденных участках корпуса вследствие повышенного отвода тепла наружу, соединения Ti(C, N) выделяются из чугуна, при этом они откладываются на более значительно изношенных участках конструкции стены, и указанное приводит к собственному "эффекту теплового восстановления". Элементы углерод и азот необходимы для того, чтобы образовывать карбонитриды титана. В частности, недостаток азота в металлургических емкостях ограничивает образование карбонитридов титана и, таким образом, нитридов титана.

Таким образом, целью изобретения является предложение экономически эффективной обработки и применения остатков, которые получают во время изготовления диоксида титана, и которые, как описано выше, в первую очередь реагируют как кислоты.

Изобретатели неожиданно выявили, что с помощью превращения металлических шлаков, в частности шлаков, которые получают во время изготовления стали и железа, или во время их повторного использования, с применением содержащих титан материалов, которые представляют собой остатки, которые получают во время изготовления диоксида титана с применением сульфатного и/или хлоридного способа, получают продукт, который может быть применен в качестве заполнителя и/или наполнителя для бетона, цемента, асфальта, огнеупорных материалов, для покрытий, которые являются почти непроницаемыми для воды, таких как покрытия полигонов, для тампонирования стволов шахт и подземных пустот, для упрочения и укрепления подстилающего грунта, для ландшафтных или дорожных конструкций, и для применения в металлургии с целью увеличения износостойкости футеровки печи и/или в качестве шлакообразующего агента, для регулирования вязкости шлака в металлургических емкостях, или в качестве обогатителя или заполнителя (сырья) при изготовлении цемента.

Содержащие титан материалы, которые применяют для изготовления заполнителя в соответствии с изобретением, как правило, содержат от 10% до 100% по массе, предпочтительно 20%-95% по массе TiO₂, обычно в качестве TiO₂ или в качестве титаната с другими металлами. Содержащие диоксид титана искусственные материалы, которые могу применяться, могут представлять собой материалы из процесса изготовления диоксида титана с применением сульфатного или хлоридного способа, в качестве промежуточного продукта или продукта сочетания или остатков из повторяемого процесса изготовления TiO₂. Также является возможным, чтобы применяемые искусственные материалы, содержащие титан, представляли собой остатки или отходы химической промышленности или бумажной промышленности, или процесса изготовления титана.

Типичные остатки, содержащие титан, представляют собой содержащие титан остатки из процесса изготовления TiO₂ с применением сульфатного способа или хлоридного способа. Подобным образом, содержащие титан отработанные катализаторы, например, катализаторы DENOX или катализаторы процесса Клауса, могут предпочтительно применяться в контексте этого изобретения. Более того, такие материалы, как природные титансодержащие материалы, например, ильменит, ильменитовый песок, рутиловый песок и/или титановые шлаки (например, магнезиальный шлак), которые могут образовывать огнеупорные карбонитриды титана в условиях на месте реакции в доменной печи, могут применяться. Упомянутые выше искусственные и природные материалы, содержащие титан, могут применяться отдельно или в качестве смесей в процессе изготовления.

Применяемые остатки из процесса изготовления TiO₂ могут применяться в виде отфильтрованного влажным способом осадка или в виде порошка. В дополнение, указанные остатки могут применяться в кислом, промытом, не нейтрализованном, частично нейтрализованном или нейтрализованном виде, для изготовления заполнителя в соответствии с изобретением.

В дополнение к остаткам из процесса изготовления TiO₂, заполнитель в соответствии с изобретением может содержать другие искусственные и/или природные материалы, содержащие диоксид титана, выбранные из следующих материалов или их смесей:

- промежуточных продуктов, продуктов сочетания и/или готовых продуктов из процесса изготовления диоксида титана. В этом отношении, материалы могут быть получены как из процесса изготовления диоксида титана с применением сульфатного способа, так и из процесса изготовления диоксида титана с применением хлоридного способа. Промежуточные продукты и продукты сочетания могут извлекаться из повторяемого процесса изготовления TiO₂;

- остатков химической промышленности, например, катализаторов, содержащих TiO₂, опять в качестве примера приводятся катализаторы DENOX, или отходов изготовления бумаги (известны как геттеры);

- титановых руд, титановых шлаков так же, как и рутилового или ильменитового песка.

В зависимости от запланированного применения, заполнитель в соответствии с изобретением может содержать другие технологические материалы и/или добавки, например, содержащие углерод материалы, материалы, которые восстанавливают углерод, и/или оксиды металлов, при этом оксид железа может быть приведен в качестве дополнительного примера.

В дополнение к металлическим шлакам и остаткам из процесса изготовления TiO₂, заполнитель в соответствии с изобретением может также содержать другие содержащие диоксид титана материалы, выбранные из титановых руд, шлаков, обогащенных диоксидом титана, содержащих диоксид титана искусственных материалов, или смесей двух или большего количества указанных материалов.

Как правило, содержащие диоксид титана искусственные материалы, которые применяют для изготовления заполнителя в соответствии с изобретением, содержат приблизительно 10%-100% по массе, предпочтительно 20%-95% по массе TiO₂ (рассчитанных относительно общего содержания титана).

В зависимости от состава и вида применения, заполнитель может подвергаться термической обработке, предпочтительно сушке, в частности, предпочтительно термической обработке при температурах в диапазоне от 100°C до 1200°C.

Заполнитель в соответствии с изобретением содержит 5%-90%, предпочтительно 10%-85%, в частности предпочтительно 20%-85%, в частности более предпочтительно 30%-80% по массе TiO₂ (рассчитанных относительно общего содержания титана).

В одном варианте осуществления, заполнитель в соответствии с изобретением может иметь гранулометрический состав в диапазоне от 0 до 15 см, в частности в диапазоне >0-10 см, в частности предпочтительно в диапазоне >0-8 см, и в частности более предпочтительно в диапазоне >0-5 см, при этом соответствующие верхние границы включены.

В другом варианте осуществления, заполнитель в соответствии с изобретением может в частности также иметь тонину, которая составляет >0-100 мм, предпочтительно >0-10 мм, и в частности предпочтительно >0-3 мм, при этом соответствующие верхние границы включены.

Для нейтрализации остатков, в соответствии с изобретением, в качестве неметаллических веществ применяют шлаки, которые получают во время производства металлов из применяемой шихты. Эти шлаки представляют собой смеси оксидов, сформированных из основных оксидов, которые образуются во время извлечения металлов в процессе плавки руды, и которые имеют свойства как пористых, так и плотных материалов. Шлаки также применяют в качестве вторичного сырья в гражданском строительстве как заполнитель для дорожных оснований или в качестве добавки для цемента. Указанные неметаллические материалы известны в уровне техники как металлургический шлак и железистый шлак.

Металлургические шлаки представляют собой шлаки, которые получают во время производства металлов, таких как алюминий, хром, медь, свинец и т.д. Они также известны как алюминиевые, хромовые, медные и свинцовые шлаки. Предпочтительно, в качестве металлургического шлака применяют шлак, известный как алюминиевый соляной шлак. В дополнение к Al₂O₃, указанный шлак также содержит значительные количества нитрида алюминия. Фракция нитрида алюминия может составлять до 30% по массе, или больше, в зависимости от процедуры и проведенного способа. Вследствие содержания AlN, как правило, алюминиевые соляные шлаки не могут применяться после контакта с воздухом или водой, AlN вступает в реакцию с образованием нежелательного газообразного аммиака. Способы обработки и повторного использования таких алюминиевых соляных шлаков являются известными. В одном способе обработки, соляной шлак измельчают и отделяют от металлической части с помощью просеивания. Далее, соляные компоненты вымывают водой, и затем образованный газообразный аммиак превращается в сульфат алюминия с помощью способа газоочистки. После отфильтровывания нерастворяемых в воде оксидов и кристаллизации растворенных солей плавки, получают продукты, которые могут применяться в качестве дешевого сырья для изготовления цементного клинкера и минеральной ваты. При этом, несмотря на сложность изготовления, в продукте остается непрореагированной остаточная фракция алюминия в виде AlN или в виде аммиака, после чего все еще возникает отчетливый запах аммиака. Только термическая обработка, в частности полная сушка, позволяет аммиаку испариться. При этом указанный способ является очень сложным и неэкономичным. Следующим недостатком металлургических шлаков является в основном то, что они вступают в реакцию как сильные щелочи, и в результате этого, возможности их последующего применения являются очень ограниченными.

Присутствие нитрида во время применения в соответствии с изобретением, однако, имеет то преимущество, что после изготовления заполнителя в соответствии с изобретением, например, во время загрузки в металлургические плавильные печи, выход образования и откладывания нитрида титана и/или карбонитрида титана на огнеупорной футеровке может быть значительно ускорен.

Железистые шлаки представляют собой доменные шлаки, сталеплавильные и вторичные металлургические шлаки. Сталеплавильные шлаки классифицируют в соответствии со способом изготовления стали. В качестве примера, ЛД шлаки (ЛДШ) получают во время изготовления стали, применяя процесс Линц-Донавитцкого, электропечные шлаки получают во время изготовления стали, применяя процесс плавки в электрической печи, и СМ шлаки получают во время изготовления стали, применяя Сименс-Мартеновский процесс. Преимущественное большинство железистых шлаков применяется в гражданском строительстве и в дорожных конструкциях.

Сталеплавильные шлаки, а также ЛД шлаки или электропечные шлаки могут применяться в контексте этого изобретения. Указанные шлаки имеют то преимущество, что с одной стороны, для нейтрализации остатков из процесса изготовления TiO₂ применяют чистые СаО и MgO, с другой стороны, другие компоненты, такие как СаО, MgO, Al₂O₃, двухкальциевый силикат, трехкальциевый силикат, двухкальциевый феррит, вюстит кальция, вюстит магния, Fe₂O₃, FeO могут применяться в качестве шлакообразующих агентов и/или для регулирования вязкости шлака и/или для понижения температуры плавления шлака. Более того, при загрузке в металлургические емкости, содержание железа является полезным, тем самым, экономя сырье и, таким образом, защищая природные ресурсы.

Таким образом, железистые шлаки содержат SiO₂, Al₂O₃, СаО и/или MgO в качестве основных компонентов. Они также содержат оксид железа, чистое железо и оксиды металлов, так же, как и гидроксиды металлов. Вследствие минералогического и химического состава, а также физических свойств указанных шлаков, как правило, до того, как шлаки могут применяться, необходимы дополнительные стадии обработки.

Как пример, сталеплавильные шлаки в основном всегда содержат чистые оксиды, в частности чистую известь (СаО); с другой стороны, обогащенные MgO шлаки также содержат чистый MgO (Таблица 2).

Примеры компонентов основного шлака из вагранки, в % по массе, являются следующими:

SiO₂ 25%-30% СаО 45%-55% FeO 0,5%-2,5% Al₂O₃ 5%-15% MgO 1%-2% MnO 1%-2%

Применение указанных шлаков в гражданском строительстве, например, в виде гранулятов для цемента или для дорожных конструкций при изготовлении дорожных оснований, часто ограничено по причине содержания чистой извести и/или чистого MgO, которая/которые присутствует/присутствуют. Как чистая известь, так и чистый MgO могут гидратироваться, как только добавляют воду; это связано с увеличением объема. Указанный процесс гидратации означает, что шлаки могут распадаться и могут даже распасться полностью. Указанное приводит к нежелательному расширению плит проезжей части дорожных конструкций или расширению бетона.

Фракция чистой извести в сталеплавильном шлаке может составлять до 10% по массе, или больше. Чистая фракция MgO может составлять 8% по массе, или быть более высокой. В зависимости от содержания извести ЛД шлаков, указанные шлаки могут быть подходящими в качестве материалов дорожных конструкций (с низким содержанием извести), или могут быть переработаны в удобрения. Указанное означает, что сталеплавильные шлаки являются высокощелочными, что означает, что их применение является значительно ограниченным.

Упомянутые выше шлаки могут применяться отдельно или в качестве смеси, для изготовления содержащих титан заполнителей.

Заполнитель в соответствии с изобретением может быть изготовлен с помощью смешивания содержащих титан остатков из процесса изготовления диоксида титана со шлаками из процесса извлечения металлов. Для изготовления заполнителя в соответствии с изобретением, предусматриваются разные способы; и сейчас они будут описаны в качестве примера.

Металлические шлаки смешивают с остатками из процесса изготовления TiO₂, например, с помощью смешивания в миксере. Шлаки, которые применяют, могут иметь гранулометрический состав, который составляет от 0 док 200 мм, предпочтительно 0-50 мм, и в частности предпочтительно <5 мм. Остатки из процесса изготовления TiO₂ с применением сульфатного способа и хлоридного способа могут применяться отдельно или в качестве смеси в виде отфильтрованного осадка.

Более того, металлические шлаки могут быть смешаны с остатками из процесса изготовления TiO₂ с помощью смешивания, например, в миксере, а затем высушены в комбинированном устройстве, где осуществляют размол и сушку (таком как шаровая мельница), и микронизированы в то же время. В этом случае, применяемые металлические шлаки могут иметь гранулометрический состав, который составляет 0-80 мм, предпочтительно 0-50 мм, и в частности предпочтительно <20 мм. Остатки из процесса изготовления TiO₂ с применением сульфатного способа могут применяться отдельно или в качестве смеси в виде отфильтрованного осадка. При этом может быть получен тонкоизмельченный, сухой заполнитель с гранулометрическим составом, 100% которого составляет <4 мм, предпочтительно <2 мм, и в частности предпочтительно <1 мм.

В зависимости от вида применения, металлические шлаки и остатки из процесса изготовления TiO₂ могут быть смешаны с помощью смешивания, например, в миксере, а затем брикетированы, гранулированы или агломерированы на агломерационной ленте, применяя способы, которые известны в уровне техники. Формованные изделия указанного типа могут иметь размер зерна в диапазоне от 0,5 см до 10 см, предпочтительно 2-8 см.

Крупные металлические шлаки могут быть измельчены в дробилке, а затем размолоты. Также является возможным вначале размалывать металлические шлаки в комбинированном устройстве, где осуществляется размол и сушка, или высушивать их в сушильне перед измельчением/размолом. Далее, размолотый шлак смешивают с отфильтрованными в условиях влажности остатками из процесса изготовления TiO₂. Если необходимо, смесь впоследствии может быть высушена или термически обработана.

После размола, применяемый шлак имеет 100% крупных фракций, что составляет <5 мм, в частности 100% <3 мм, и в частности 100% <1 мм. Конечный продукт заполнителя имеет гранулометрический состав, который составляет >0-5 мм, предпочтительно >0-3 мм, и в частности предпочтительно >0-1 мм.

Для того чтобы нейтрализовать кислые остатки из процесса изготовления диоксида титана, в соответствии с изобретением, применяют металлические шлаки, которые реагируют химически как основы. Термин "основные металлические шлаки", как его используют в соответствии с изобретением, должен пониматься как такой, который означает металлические шлаки, которые реагируют химически как основы. Указанные металлические шлаки могут иметь основность, которая задается числом шлака, которое составляет больше чем 0,8, в частности больше чем 1, в частности больше чем 1,2 и особенно больше чем 1,5. Указанная основность шлака представляет собой пропорцию B металлургического шлака, и основана на молярном соотношении щелочных компонентов, таких как СаО, MgO, и кислых компонентов в шлаке, таких как SiO₂, которая известна как число шлака. Пропорция B шлака является эмпирическим параметром, который в своем наиболее простом виде отображает соотношение по массе СаО и SiO₂ в металлургических шлаках. Поскольку это не очень похоже на реальные условия, другие компоненты шлака (например, MgO, Al₂O₃) также относят к основным и кислым фракциям. "В" в термине "основность шлака B" по этой причине не соответствует химической основности. Основность, которая составляет больше чем единица, означает, что шлак называют основным, и основность, которая составляет меньше чем единица, означает, что шлак называют кислым шлаком.

Если остатки из процесса изготовления TiO₂ применяют в качестве кислых отфильтрованных осадков, в частности промытых, то добавление в соответствии с изобретением определенного количества металлического шлака, который реагирует как сильный щелок, означает, что может быть получен нейтральный продукт, который идеально подходит для применений, упомянутых выше. Таким образом, неблагоприятные в ином случае щелочные свойства шлаков используются для нейтрализации остатков из процесса изготовления TiO₂, которые реагируют как кислоты. Как правило, шлаки и остатки из процесса изготовления TiO₂ могут быть смешаны в количестве, которое зависит от их значений pH, в результате чего получают значение pH продукта, которое является приблизительно нейтральным. Продукт, полученный таким образом, часто имеет значение pH, которое составляет 5-11, предпочтительно 6-10. Гранулометрический состав находится в диапазонах, приведенных выше.

В соответствии с изобретением, таким образом, для уменьшения количества адсорбированных кислот, кислые остатки из процесса изготовления диоксида титана могут быть смешаны с основными металлическими шлаками непосредственно из камерного фильтр-пресса или после промывания, но без применения водных растворов, которые содержат нейтрализующие агенты. Таким образом, в соответствии с изобретением, содержащие титан остатки, и основные металлические шлаки применяют в таком количестве, чтобы полученная смесь имела pH в нейтральном диапазоне, который составляет 5-12, предпочтительно 6-10 или более предпочтительно 6-8. Как правило, указанное получают с применением приблизительного количества, которое находится в диапазоне между 50 и 90 частями по массе остатков из процесса изготовления диоксида титана и 50-10 частями по массе основных металлических шлаков.

Таким образом, изобретение обеспечивает заполнитель, образованный из содержащих титан остатков из процесса изготовления диоксида титана и шлаков из извлечения металлов, который может применяться в качестве заполнителя и/или наполнителя, и который может быть изготовлен с помощью способа в соответствии с изобретением, который при этом являются недорогим, энергоэффективным и технически простым в подготовке металлических шлаков и остатков, полученных из процесса изготовления TiO₂.

Более того, изобретение обеспечивает содержащий титан заполнитель, предназначенный для применения в металлургических процессах, в частности в металлургических емкостях и на металлургических комбинатах, в частности заполнитель, предназначенный для применения в доменных печах, вагранках и шахтных печах.

Настоящее изобретение, кроме того, обеспечивает содержащий титан заполнитель, предназначенный для применения в огнеупорных материалах, в торкрет-материалах, материалах для водостоков и/или в составах, которые применяются для ремонтных работ.

Дополнительной целью настоящего изобретения является обеспечение заполнителя для применения в грунтовках, для образования тонкого покрытия на форме для литья, формовочных стержнях или сборных железобетонных изделиях. Указанное удовлетворяет разным требованиям, таким как термоизоляция, гладкость, отделение и т.д.

В еще одном аспекте этого изобретения, содержащий титан заполнитель обеспечивается для введения в металлургические печи с целью увеличения износостойкости футеровки печей, а также для регулирования вязкости шлака в металлургической печи.

В еще одном аспекте этого изобретения, содержащий титан заполнитель обеспечивается для загрузки в металлургические печи для того, чтобы увеличить износостойкость футеровки печей и одновременно действовать в качестве шлакообразующего агента.

В еще одном аспекте этого изобретения, содержащий титан заполнитель обеспечивается для загрузки в металлургические печи для того, чтобы увеличить износостойкость футеровки печей и одновременно действовать в качестве шлакообразующего агента и регулировать вязкость шлака.

В еще одном аспекте этого изобретения, содержащий титан заполнитель обеспечивается для загрузки в металлургические печи для того, чтобы увеличить износостойкость футеровки печей и одновременно действовать в качестве шлакообразующего агента и понизить температуру плавления шлака.

В еще одном аспекте этого изобретения, содержащий титан заполнитель обеспечивается для применения в материале для летки.

В еще одном аспекте этого изобретения, содержащий титан заполнитель обеспечивается для применения в качестве заполнителя для строительных материалов, например, для бетона и/или цемента и в дорожных конструкциях.

В еще одном аспекте этого изобретения, содержащий титан заполнитель обеспечивается для применения в качестве наполнителя и/или пигмента.

В еще одном аспекте этого изобретения, содержащий титан заполнитель обеспечивается для покрытий с низкой водопроницаемостью, таких как покрытия полигонов, для тампонирования стволов шахт и подземных пустот, для упрочения и укрепления подстилающего грунта, для ландшафтных или для дорожных конструкций.

В еще одном аспекте этого изобретения, содержащий титан заполнитель обеспечивается для применения в качестве обогатителя или заполнителя (сырья) для изготовления цемента.

В одном варианте осуществления изобретения, раствор дигерирования из процесса изготовления TiO₂ с применением сульфатного способа нейтрализуют до фильтрации с металлическими шлаками, затем фильтруют и, если это необходимо, промывают.

В другом варианте осуществления изобретения, раствор дигерирования из процесса изготовления TiO₂ с применением сульфатного способа, или циклонную пыль из процесса изготовления TiO₂ с применением хлоридного способа вначале фильтруют и промывают для того, чтобы удалить сульфат или хлорид, соответственно. Далее, отфильтрованный осадок сцеживают в воду и нейтрализуют с помощью добавления металлического шлака, и отфильтровывают. Фильтрацию и промывание проводят в соответствии с методами предшествующего уровня техники.

В дополнительном варианте осуществления изобретения, остатки из процесса изготовления TiO₂ добавляют непосредственно после получения расплава шлака, во время плавления стали при высоких температурах. Добавление может быть осуществлено непосредственно при указанных высоких температурах или во время охлаждения расплава. Более того, добавление также может быть осуществлено на стадии ниже по потоку во время получения металлических шлаков, непосредственно в соответствующих устройствах для получения.

Таким образом, может быть изготовлен содержащий титан заполнитель, который имеет гранулометрический состав, который составляет до 15 см. В соответствии с предшествующим уровнем техники, заполнитель может быть разбит на разные размеры зерна, и изготовлен в разных фракциях просеивания. Установленный гранулометрический состав зависит от вида применения заполнителя.

В соответствии с изобретением, также являются возможным, чтобы остатки из процесса изготовления диоксида титана подвергались стадии измельчения вместе со шлаками, такой как размол, дробление или похожие способы, с помощью чего особенно тщательное смешивание и, таким образом, особенно однородная нейтрализация в смеси могут быть достигнуты. Заполнитель, полученный таким образом, может иметь гранулометрический состав, который составляет 0,01 мкм-3 мм, в частности 0,1 мкм-2 мм, и он являются особенно подходящим для введения в металлургические емкости с помощью фурм для подачи.

Если заполнитель применяют в металлургической емкости, например, в доменной печи, то в случае добавления через верхнюю часть печи, гранулометрический состав так называемого столба шихтовых материалов может составлять до 150 мм, предпочтительно до 100 мм. При этом если содержащий титан заполнитель, вводят в доменную печь через фурмы для введения, то гранулометрический состав регулируют с помощью дробления или размола до <10 мм, предпочтительно <5 мм, и в частности <3 мм. В указанном варианте осуществления, остатки из процесса изготовления TiO₂ могут применяться непромытыми, частично непромытыми и частично или полностью нейтрализованными, промытыми но кислыми, или промытыми и частично или полностью нейтрализованными. Остатки из процесса изготовления TiO₂ могут применяться в виде отфильтрованного в условиях влажности осадка или в виде сухого материала.

В соответствии с изобретением, может быть обеспечен способ, который, с помощью образования соединений Ti(C, N) с высокой стойкостью к действию температур и износостойкостью, с одной стороны, может защищать футеровку печи от преждевременного износа и, с другой стороны, может уменьшать вязкость шлака, который образуется в доменной печи, и таким образом может улучшать поток газа в печи, что позволяет легко удалять шлак после выпуска металла, а также может оптимизировать согласованность качества жидкого доменного шлака с соответствующим продуктом доменного шлака.

Преимуществами указанного заполнителя в соответствии с изобретением, при его загрузке в металлургическую емкость, такую как доменная печь, является то, что загрузка диоксида титана или титановых соединений улучшает газовый поток в печи вследствие образования соединений Ti(C, N) с высокой стойкостью к действию температур и износостойкостью, которые имеют зависимую от температуры растворимость в чугуне, и таким образом могут влиять на вязкость жидкого чугуна; также, вязкость жидкого доменного шлака уменьшается вследствие дополнительных компонентов, таких как СаО, Al₂O₃ и/или MgO. В дополнение, когда расплав выпускают из доменной печи, то шлак предпочтительно является настолько жидким, насколько это является возможным, и имеет низкую вязкость. Если указанное не происходит, то проблемы с выпуском чугуна и шлака могут возникать в сточной системе и, в частности в устройстве гранулирования, например, в котором жидкий шлак гранулируют для применения в дорожных конструкциях или для применения в качестве добавок к цементу.

Доменный шлак образуется в доменной печи в жидком виде при температурах, которые в ней преобладают. Функция шлака состоит в поглощении неуменьшаемых компонентов шихты и обеспечении десульфуризации печи. Доменный шлак в первую очередь состоит из MgO, Al₂O₃, СаО и SiO₂. Качество жидкого доменного шлака определяют в соответствии с его химическим составом и условиями термической обработки. Главным признаком, который влияет на качество кусковатого доменного шлака, в первую очередь является его пористость. На нее можно влиять, среди прочего, с помощью подходящих добавок в жидкий доменный шлак. Указанные добавки предназначены регулировать выделение газов, которые растворены в жидком шлаке. Таким образом, с одной стороны, выделение газов может замедляться или по меньшей мере ограничиваться, или, с другой стороны, оно может усиливаться таким образом, что большинство выделенных газов может покидать шлак до его затвердевания в результате охлаждения. Если на вязкость доменного шлака влияют с помощью указанных добавок таким образом, что его вязкость уменьшается, то выход газов во время затвердевания становится более легким, и таким образом предотвращают захват газовых пузырьков.

Изобретение относится к содержащему титан заполнителю, полученному путем смешивания остатков из процесса изготовления диоксида титана, которые получают во время изготовления диоксида титана с применением сульфатного и/или хлоридного способа, с основными шлаками из процесса производства металлов. Представлен также способ его изготовления, в котором указанные остатки смешивают с основными шлаками из процесса производства металлов, имеющими число шлака В, которое составляет больше 0,8, в количестве, обеспечивающем получение содержащего титан заполнителя, имеющего значение рН в диапазоне 5-12, предпочтительно в диапазоне 6-10. Полученный заполнитель применяют в металлургических процессах, а также для бетона, цемента, асфальта, огнеупорных материалов, составов, которые применяются для ремонтных работ, и грунтовок. Техническим результатом является повышение экономической эффективности процесса. 9 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Содержащий титан заполнитель, полученный смешиванием остатков из процесса изготовления диоксида титана, которые получают во время изготовления диоксида титана с применением сульфатного способа и/или хлоридного способа, с основными шлаками из процесса производства металлов, имеющими число шлака В, которое составляет больше чем 0,8, причем содержащий титан заполнитель имеет значение рН в диапазоне 5-12, предпочтительно в диапазоне 6-10, и гранулометрический состав которого составляет >0 мкм - 100 мм, при этом верхняя граница включена.

2. Содержащий титан заполнитель по п. 1, в котором шлак имеет гранулометрический состав, составляющий >0 мкм - 10 мм, предпочтительно >0 мкм - 3 мм, при этом соответствующие верхние границы включены.

3. Содержащий титан заполнитель по п. 1 или 2, в котором в качестве основного шлака из процесса производства металлов применяют шлаки с числом шлака В, которое составляет больше 1, в частности больше 1,2, предпочтительно больше 1,5.

4. Содержащий титан заполнитель по п. 1 или 2, который в дополнение к остаткам из процесса изготовления диоксида титана TiO₂ содержит другие искусственные и/или природные материалы, содержащие диоксид титана, выбранные из следующих материалов или их смесей:

- промежуточных продуктов, продуктов сочетания и/или готовых продуктов из процесса изготовления диоксида титана с применением сульфатного способа и из процесса изготовления диоксида титана с применением хлоридного способа или из повторяемого процесса изготовления диоксида титана TiO₂,

- остатков химической промышленности, например, содержащих диоксид титана TiO₂ катализаторов, например катализаторов DENOX, или отходов изготовления бумаги известных как геттеры,

- титановых руд, титановых шлаков, а также из рутилового или ильменитового песка.

5. Способ изготовления содержащего титан заполнителя по одному из пп.1-4, в котором остатки из процесса изготовления диоксида титана, которые получают во время изготовления диоксида титана с применением сульфатного способа и/или хлоридного способа, смешивают с основными шлаками из процесса производства металлов, имеющими число шлака В, которое составляет больше чем 0,8, в количестве, обеспечивающем получение содержащего титан заполнителя, имеющего значение рН в диапазоне 5-12, предпочтительно в диапазоне 6-10.

6. Способ по п. 5, в котором полученную смесь дополнительно нейтрализуют.

7. Применение содержащего титан заполнителя по одному из пп. 1-4 в металлургических процессах, в частности в качестве материала для загрузки в вагранку, плавильную, шахтную и доменную печи.

8. Применение содержащего титан заполнителя по одному из пп. 1-4 в качестве заполнителя в строительных материалах, например бетона, цемента, асфальта и огнеупорных материалов.

9. Применение содержащего титан заполнителя по одному из пп. 1-4 в качестве составов для ремонтных работ и грунтовок.

10. Применение содержащего титан заполнителя по одному из пп. 1-4 в качестве материала покрытий, которые являются почти непроницаемыми для воды, таких как покрытия полигонов, для тампонирования стволов шахт и подземных пустот, для упрочения и укрепления подстилающего грунта, для ландшафтных, или дорожных, или водоводных конструкций.

11. Применение содержащего титан заполнителя по одному из пп. 1-4 в металлургии в качестве материала для увеличения износостойкости футеровки печей.

12. Применение содержащего титан заполнителя по одному из пп. 1-4 в металлургии в качестве шлакообразующего агента для регулирования вязкости шлака и понижения температуры его плавления в металлургических емкостях.

13. Применение содержащего титан заполнителя по одному из пп. 1-4 в качестве поглощающего вещества для удаления тяжелых металлов из воды.