Каким образом используется шлак ванадия и титана и как его помолоть?

Введение в ванадиево-титановые шлаки

Ванадиево-титановый шлак является важным промышленным побочным продуктом, образующимся в процессе плавки руды магнетита, содержащей ванадий и титан. Этот специализированный материал содержит значительные количества ванадия (V) и титана (Ti); их содержание обычно составляет от 10–25% эквивалента V₂O₅ и от 30–50% TiO₂. Уникальный химический состав и физические свойства ванадиево-титанового шлака делают его ценным сырьем для множества отраслей промышленности, в частности для производства стали, химической промышленности и разработки передовых материалов.

Обработка шлака ванадия и титана требует специализированного оборудования и технологий для максимизации извлечения и использования его ценных компонентов. Надлежащая помолка крайне важна для выделения минералов ванадия и титана из матрицы шлака, что создает оптимальную площадь поверхности для последующей химической обработки. В данной статье рассматриваются различные области применения шлака ванадия и титана, а также наиболее эффективные технологии его помолки для обработки этого сложного материала.

Основные области применения шлака ванадия-титана

Производство стали и сплавов

Шлак ванадия и титана является основным сырьем для производства сплавов ванадия, которые играют важную роль в производстве высокопрочной стали. При добавлении в сталь в небольших количествах (обычно от 0,05 до 0,15%) ванадий образует мелкие карбиды и нитриды, значительно улучшающие прочность, устойчивость к износу и пластичность материала. Сплавы стали, подвергнутые микроаллинированию ванадием, находят широкое применение в строительстве (арматура, конструкционные балки), автомобильных компонентах (оси, коленчатые валы) и инструментах.

Содержание титана в шлаке также способствует улучшению свойств стали за счет связывания азота и снижения количества оксидных включений. При производстве нержавеющей стали титан служит стабилизатором, предотвращающим образование карбидов хрома на границах зерен, тем самым повышая их устойчивость к коррозии. Двойная польза от ванадия и титана делает этот шлак особенно ценным для производства специализированных стальных сортов.

Применение в химической промышленности

После соответствующей обработки шлак ванадия и титана становится исходным материалом для производства множества химических соединений. Пентоксид ванадия (V₂O₅), получаемый из этого шлака, используется в качестве катализатора при производстве соляной кислоты по контактному способу. Уникальные каталитические свойства соединений ванадия также обуславливают их важность в системах контроля загрязнения, особенно в установках селективного каталитического восстановления (SCR), предназначенных для снижения выбросов оксидов азота из электростанций и промышленных предприятий.

Диоксид титана (TiO₂), получаемый из шлака, является одним из важнейших белых пигментов в мире и находит применение в красках, покрытиях, пластике, бумаге и косметике. Высокий показатель преломления и яркость TiO₂ обеспечивают изделиям отличную непрозрачность и белизну. Кроме того, тетрахлорид титана (TiCl₄), производимый из TiO₂, полученного из шлака, используется в качестве прекурсора для производства металлического титана и в качестве катализатора при изготовлении полиолефинов.

Продвинутые материалы и новые области применения

Недавние технологические достижения расширили возможности применения шлака ванадия и титана в производстве передовых материалов. Ванадиево-оксидно-редукционные поточные батареи (VRFB) представляют собой быстрорастущий рынок для соединений ванадия и предлагают решения для хранения энергии в больших масштабах для систем, использующих возобновляемые источники энергии. Уникальные свойства ванадиевых электролитов позволяют этим батареям обеспечивать длительный срок службы, быструю реакцию на изменения нагрузки и возможность глубокой разрядки без снижения эффективности работы.

Сплавы титана, изготовленные из титана, полученного из шлака, играют ключевую роль в аэрокосмической промышленности, медицинских имплантатах и оборудовании для химической переработки благодаря их исключительному соотношению прочности и веса, а также устойчивости к коррозии. Среди новых областей применения титана — использование в качестве фотокатализаторов для очистки воздуха и воды, ванадия в покрытиях для умных окон, а также сочетание обоих элементов в различных электронных компонентах.

Проблемы при шлифовке шлака ванадия и титана

Шлак ванадия и титана представляет собой значительный вызов для процессов измельчения; его свойства требуют оптимального выбора оборудования и улучшения технологических процессов. Из-за высокой абразивности материала (твердость по шкале Мооса 6–7) и наличия твердых минеральных фаз компоненты измельчающего оборудования подвергаются быстрому износу. Такая абразивность обусловлена сложной минералогической структурой шлака, в которой присутствуют такие минералы, как аносовит, спинел и другие огнеупорные вещества.

Постоянно меняющийся состав шлака ванадия и титана может зависеть от исходного сырья и условий плавки, что приводит к неоднородности его поддачи под измельчение. Для обеспечения стабильного качества продукта в условиях изменений сырья необходимы измельчающие системы с достаточной гибкостью. Кроме того, для эффективной последующей обработки требуется получение частиц определенного размера (часто 325–2500 меш), что предполагает использование точных систем сортировки для предотвращения чрезмерного измельчения и повышения энергоэффективности процесса.

Термическая чувствительность представляет собой ещё одну серьёзную проблему: чрезмерное нагревание во время шлифования может приводить к фазовым преобразованиям, снижающим химическую активность компонентов на основе ванадия и титана. Для сохранения ценных свойств материала крайне важно правильно управлять тепловым состоянием с помощью систем охлаждения и оптимизированных технологий шлифования.

Технологии измельчения шлака ванадия и титана

Решения для сверхтонкого помола

Для применений, требующих использования частиц очень мелкого размера (325–2500 ячеек сита), специализированное оборудование для ультратонкого измельчения обеспечивает наилучшие результаты.Мельница SCM UltrafineПредставляет собой передовое решение, специально разработанное для обработки сложных материалов, таких как шлак ванадиево-титанового сплава. Мельница обеспечивает размер частиц в диапазоне от 325 до 2500 меш (D97 ≤ 5 мкм) и производственную мощность от 0,5 до 25 тонн в час в зависимости от модели. Она включает в себя ряд технологических инноваций, направленных на преодоление уникальных сложностей, связанных с переработкой такого шлака.

Серия SCM оснащена системой вертикального распределения турбин, которая обеспечивает точный контроль размера частиц без загрязнения крупным порошком. Её интеллектуальная система управления автоматически отслеживает и регулирует рабочие параметры, чтобы поддерживать стабильное качество продукта независимо от изменений в свойствах сырья. Специально разработанная камера измельчения с износостойкими роликовыми и кольцевыми компонентами, изготовленными из сплавов с высоким содержанием хрома, позволяет увеличить срок службы оборудования при обработке абразивного шлака ванадия и титана. Энергоэффективность значительно повышена благодаря оптимизированным механизмам измельчения, которые снижают потребление электроenerгии на 30% по сравнению с традиционными струйными мельницами.

Для операций, требующих средней или тонкой обработки материалов (с размером зерна от 30 до 325 меш), при высоких требованиях к производительности, рекомендуется использование…Мельница серии MTW с трапециевидной формой корпусаОборудование обладает высокой производительностью и может обрабатывать материалы в объемах от 3 до 45 тонн в час. Конформная конструкция воздуховодов минимизирует сопротивление потоку воздуха, а разделенные, износостойкие лопатки снижают расходы на техническое обслуживание. Централизованная система смазки и коническая шестеренчатая передача обеспечивают надежную работу устройства с эффективностью передачи, достигающей 98%. Благодаря этим характеристикам серия MTW особенно подходит для предварительных этапов шлифования или работ, где не требуется получение сверхтонких частиц.

Применение вертикальных валковых мельниц

Вертикальные валковые мельницы представляют собой эффективное решение для операций переработки слагов ванадия и титана в больших масштабах.Горизонтальный валковый мельничный комплекс серии LMИнтегрирует функции дробления, измельчения, сушки и сортировки в одном компактном блоке, значительно сокращая необходимую площадь для размещения. Мощность этих мельниц варьируется от 3 до 250 тонн в час, а степень измельчения регулируется в диапазоне от 30 до 325 меш (у специальных моделей достигается даже 600 меш), что обеспечивает исключительную гибкость в эксплуатации.

Основное преимущество вертикальных валковых мельниц заключается в принципе их работы: материал измельчается под действием давления, а не удара. Благодаря этому показатель энергоэффективности значительно снижается на 30–40% по сравнению с традиционными шаровыми мельницами. Безконтактная конструкция между валками и диском, а также использование современных материалов для защиты от износа увеличивают срок службы компонентов в три раза при обработке абразивной шлаковой смеси ванадия и титана. Интегрированные интеллектуальные системы управления позволяют осуществлять автоматизированный процесс с возможностью удаленного мониторинга, что снижает потребность в труде и обеспечивает стабильное качество продукции.

Традиционные системы шлифовки

Хотя передовые технологии помола обладают значительными преимуществами, традиционные системы, такие как шаровые мельницы, по-прежнему находят применение в определенных процессах переработки шлака ванадия и титана. Шаровые мельницы обеспечивают надежную работу при сложности обслуживания и особенно подходят для влажных процессов помола, в которых одновременно происходят операции помола и выщелачивания. Широкий диапазон размера получаемых частиц (0,074–0,8 мм) позволяет удовлетворять различные требования последующей переработки; однако энергоэффективность таких мельниц, как правило, ниже, чем у современных вертикальных роликовых мельниц или специализированных систем для ультратонкого помола.

На этапах предварительного сокращения размера вялковые мельницы эффективно перерабатывают шлак ванадия и титана: размер измельчаемого материала снижается с начальных 40 мм до 0–3 мм. Высокие ударные нагрузки, создаваемые вращающимися молотками, позволяют действенно разрушать хрупкие составляющие шлака; однако необходим тщательный контроль, чтобы свести к минимуму излишнее измельчение более пластичных металлических фаз. Современные конструкции вялковых мельниц оснащены передовыми средствами защиты от износа и системами динамического балансирования, обеспечивающими стабильную работу при переработке абразивных материалов.

Выбор оптимального решения для шлифования

Выбор подходящей системы измельчения для шлака ванадия и титана требует тщательного учета ряда факторов, включая распределение размеров частиц, требования к производственной мощности, цели энергоэффективности и общие эксплуатационные затраты. Для ультратонких применений (мелкозернистости 325–2500 щелей) при умеренных потребностях в производственных мощностях предпочтительнее использовать соответствующие технологии.Ультратонкий мельницы SCMОбеспечивает исключительную производительность благодаря интегрированной системе классификации и износостойким компонентам, специально разработанным для использования с абразивными материалами.

Крупномасштабные операции, направленные на получение продукции средней тонкости (размер частиц 30–325 меш), получают преимущества благодаря высокой эффективности и интегрированному подходу к процессу производства.Вертикальные валковые мельницы серии LMДанные конструкции позволяют минимизировать потребность в пространстве и одновременно максимизировать энергоэффективность. Вертикальная компоновка обеспечивает отличные условия для сушки материалов с остатками влаги, а модульная структура упрощает техническое обслуживание с минимальными периодами простоя.

Комплексная техническая оценка должна включать пилотное тестирование с использованием репрезентативных образцов шлака с целью проверки параметров работы оборудования и оптимизации его настройок. Поставщики оборудования, обладающие специальным опытом в области обработки минералов, особенно в случаях использования абразивных материалов, могут предоставить ценные рекомендации по выбору и настройке системы. Интеграция вспомогательных систем, таких как оборудование для подачи сырья, системы сбора пыли и автоматизированные системы управления, значительно влияет на общую эффективность работы системы и должна учитываться на этапе ее выбора.

Заключение

Шлак ванадия и титана представляет собой ценный промышленный ресурс с широким спектром применений в различных секторах. Эффективное использование данного материала требует современных технологий измельчения, способных учитывать его абразивные свойства и обеспечивать однородное распределение размеров частиц, оптимизированное для последующей обработки. Современное оборудование для измельчения, в частности специализированные ультратонкие мельницы и вертикальные роликовые мельницы, обладает необходимыми характеристиками, позволяющими максимально повысить ценность шлака ванадия и титана при минимизации операционных затрат.

Дальнейший прогресс в технологиях шлифования, включая улучшение материалов, применяемых для снижения износа, разработку интеллектуальных систем управления и энергоэффективные конструкции, еще больше повышает экономическую жизнеспособность переработки шлака ванадия и титана. По мере роста спроса на ванадий и титан как в традиционных, так и в новых сферах применения, оптимизированные решения для шлифования будут играть все более важную роль в устойчивом использовании ресурсов.