В начало Написать нам Карта сайта | RSS
Уральский рынок металлов


Предлагаем Вам разместить информацию в бегущую строку - 1000 рублей в месяц - за каждые 10 слов | Ежедневно посетители сайта смогут видеть информацию о Вашем предприятии. | Минимальные затраты - максимальный результат!!!
Новости Журнал О компании Статьи Аналитика Тендеры Рекламодателям Подписчикам Форумы Бизнес-навигатор Карта сайта Мероприятия Вопросы-ответы
В начало // Журнал / Все номера / УРМ №1 (январь 2006) / ТИТАНОМАГНИЕВЫЕ РУДЫ - ПЕРСПЕКТИВНАЯ СЫРЬЕВАЯ БАЗА МЕТАЛЛУРГИИ
← оглавление номера

Экономический анализ:

ТИТАНОМАГНИЕВЫЕ РУДЫ - ПЕРСПЕКТИВНАЯ СЫРЬЕВАЯ БАЗА МЕТАЛЛУРГИИ

Даниил Вышегородский, ГНЦ РФ ОАО ?Уральский институт металлов? 

Рост мирового потребления металлов обострил вопрос сырьевого обеспечения металлургической промышленности мира. Наряду с традиционными рудными источниками металлического сырья, комплексные руды также могут стать важной ресурсной базой для мировой и российской металлургии. К таким рудам относятся титаномагнетиты, которые содержат железо, титан и ванадий.

Характеристика титаномагнетитовых руд

Ванадийсодержащие титаномагнетитовые руды образуются в основной и ультраосновной витрузивной породе, которой свойственно повышенное содержание ванадия и титана. За рубежом с этим промышленным типом руд связано 6,5% подтвержденных запасов железных руд, около 60% запасов TiO2 и более 90% запасов V2O5. Для России эти цифры составляют соответственно 18,54 и 80%. Страны, обладающие крупнейшими запасами таких руд, – Китай, Россия, Канада, Норвегия, ЮАР, США, Финляндия и Бразилия. Песчаные месторождения обнаружены в Австралии, Индии и прибрежных странах Африки. В табл. 1 приведена характеристика крупных месторождений титаномагнетитовых руд мира.

Содержание и соотношение титана, ванадия и железа в титаномагнетитовых рудах значительно варьируются: руды могут быть существенно титановыми или существенно железными. Промышленную ценность месторождений повышает наличие ванадия, который во многих случаях относится к основным компонентам руды. Кроме того, в ряде месторождений выявлены извлекаемые количества меди, кобальта, никеля, золота, платины, палладия и др. В породообразующих минералах отмечаются высокие содержания редких элементов, в том числе скандий в пироксенах (до 240 г/т).

Из-за расхождения природы руд разные страны используют различные стратегии для разработки этих ресурсов. Компания «Отанмяки» в Финляндии концентрируется на переработке ванадия из-за высокого его содержания в этих рудах. Она производит железо и титан только как побочные продукты. После магнитной сепарации и флотации получают ванадийсодержащий железный концентрат с содержанием Fe – 69%, TiО2 – 2,5% и V2O5 – 1,07%; титановый концентрат с содержанием TiО2 – 45% и S-Co концентрат с содержанием S – 45% и Co – 0,6%. Ванадий в железном концентрате путем гидрометаллургического концентрирования извлекается в ванадиевые продукты, которые экспортируются в Европу, где занимают большую долю рынка.

На месторождении Мапочс Бушвельдского массива в ЮАР, руды которого содержат V2О5 1,4-1,7% , Fe – 53-57% и TiО2 – 12-15%, полностью перерабатывается ванадий, а титан не извлекается. ЮАР является крупнейшим в мире поставщиком ванадиевой продукции, которую экспортируют в Европу, Америку и Японию. Ванадийсодержащие титаномагнетиты перерабатывают двумя путями для производства стали и ванадиевых продуктов. Последовательность первого: чугун>V-шлак>сталь, второго: содовый обжиг>выщелачивание>пентаоксид ванадия. Руды дробят, сортируют и измельчают до 32-6 мм кусков, которые поставляют в качестве сырья для изготовления высоко ванадийсодержащего чугуна. Фракция-6 мм обогащается магнитной сепарацией, затем обжигается и выщелачивается с производством чешуйчатого пентаоксида ванадия.

В Канаде разработка титаномагнетитов широко не распространена. Однако на месторождении Аллард-Лейк в Квебеке ильменит срастается с очень тонкими пластинами гематита (15% руды). Из-за этого руду называют «гематит-ильменит», которую компания Sorel использует в производстве улучшенного титанового шлака. Это месторождение обладает резервами гематита-ильменита, который содержит в среднем 34% TiO2 и 40% Fe. После сепарации руды в тяжелых жидкостях и винтовом сепараторе оксиды титана и железа обогащаются. Ежегодная мощность переработки руды – 2,5 млн. т. Фракции руды 38-3,4 мм используются в качестве флюса (для защиты печи) в плавке. Минералы после апробации руды в тяжелых жидкостях и винтового сепаратора отводят в барабанную печь на заводе Sorel для прокаливания и десульфуризации, следуемых за плавкой в электропечи для производства Ti-шлака, содержащего TiO2 70-72%, и качественного чугуна. Некоторое количество чугуна используется для изготовления железного порошка.

Китай обладает богатым резервом ванадийсодержащих титаномагнетитов, которые распределены на обширной территории. Объем их резервов и добычи занимают третье место среди железных руд в Китае. Существуют достоверные запасы в 6,19 млрд. т. Крупнейшим месторождением является район Панчжихуань-Сичанг. Предприятие Панчжихуань выпускает ванадийсодержащий железный концентрат, титановый концентрат и S-Co-концентрат, которые являются сырьем для китайских металлургических комбинатов Panzhihua Steel Group и Titanium Industry Co.

Таблица 1. Характеристика крупнейших в мире месторождений титаномагнетитовых руд

МесторождениеСодержание, %
 FeобщFe2O3 (перерасчет)TiO2V2O5
Бушвельдский массив (ЮАР)53-5775,8-81 ,5131,4-1,9
Аллард-Лейк (Канада)4057,2340,3
Сент-Урбин (Канада)4057,2480,1-0,3
Ля-Блен (Канада)4868,420,5нет свед.
Паньчжихуань (КНР)3245,8100,32
Чэнджэнь (КНР)35,851,28,90,37
Тахароа (Новая Зеландия)2231,54,30,14
Коатес (Австралия)Н.д.Н.д.3,1-5,50,5-1,5
Барамби (Австралия)2637,210,0-15,00,7
Тахавус (США)3448,6190,45
Отанмяки и Муста-Вааре (Финляндия)2231,58,30,33
Сторганген (Норвегия)Н.д..Н.д.190,14
Телнес (Норвегия)57,118Н.д.

Из табл. 1 видно, что содержание железа, титана и ванадия в титаномагнетитовых рудах колеблется в широких пределах. В промышленности для получения товарных титановых шлаков используются лишь богатые по титану руды канадских месторождений. Все остальные титаномагнетитовые руды, за редким исключением, перерабатываются только на железо и ванадий. Некоторые из них, содержащие свободный ильменит, подвергаются предварительно специальному обогащению для выделения ильменитового концентрата, который перерабатывается отдельно как собственно титановое высококачественное сырье. При наличии в титаномагнетитовых рудах титана выше определенных количеств (5% ТiO2) возникают трудности в доменном процессе выплавки чугуна. Основные осложнения связаны с восстановлением титана твердым углеродом: через ряд промежуточных оксидов образуется гамма тугоплавких соединений титана на основе двухвалентного титана и его карбонитридов. Эти соединения вызывают ряд негативных явлений в доменном процессе: образуются густые шлаки, ухудшается дренаж продуктов плавки в горне, требуется снижение температуры плавки, повышаются потери железа со шлаками и т.д. Практически для нормального хода доменной плавки содержание ТiO2 в исходном сырье не должно превышать 2-4%. Титаномагнетитовые руды и концентраты с более высоким содержанием диоксида титана могут использоваться в доменном процессе в шихте с обычными железными рудами. Для самостоятельного использования титаномагнетитовые богатые по железу руды, особенно содержащие ильменит, должны подвергаться предварительному обогащению для выделения из них титанового концентрата и снижения содержания ТiO2 в титаномагнетитовом концентрате, что экономически целесообразно при содержании ильменита в руде более 5%.

Титаномагнетиты России

В России перспективными регионами по ресурсам титаномагнетитов являются Урал, Кольский полуостров, Сибирь и Дальний Восток (рис. 1). В табл. 2 представлена характеристика некоторых месторождений титаномагнетитовых руд России. Наиболее значимыми из эксплуатируемых месторождений являются руды Качканарского рудного комплекса: Гусевогорское и собственно Качканарское на Среднем Урале. Из эксплуатируемых месторождений наиболее значимы руды Качканарского рудного комплекса на Среднем Урале. Качканарский ГОК обладает производительностью 45 млн. т в год ванадийсодержащего железного концентрата (Fe 62% и V2О5 0,5-0,7%), который поставляет в Нижний Тагил и Чусовую.

В титаномагнетитовых рудах наряду с железом, ванадием, титаном содержатся цветные, редкие и благородные металлы. Из руд уральских месторождений (Волковское, Первоуральское) наряду с титаномагнетитовым концентратом получают высококачественный медный концентрат. Практически постоянными элементами-примесями всех титаномагнетито вых руд являются редкие элементы: скандий, галлий, германий и др., а также платина, палладий, иридий, радий и золото.

Использование титаномагнетитовых руд как железорудного сырья можно считать решенной промышленностью задачей. В Уральском регионе они являются ведущим типом руд. Важным условием их использования является обязательное обогащение руд с целью получения высокожелезистого (Feобщ – 55-65%) титаномагнетитового концентрата и снижения содержания в нем диоксида титана.

Рис 1. Размещение месторождений титаномагнетитовых руд на территории России

image5720106_1024

Практически все технологические типы титаномагнетитовых руд и получаемых из них одноименных концентратов содержат 0,5-1,5% пентоксида ванадия (5-15 кг/т V2O5). Для России они являются основным источником получения ванадиевой продукции. Существенный вклад в решение задачи комплексной металлургической переработки титаномагнетитовых руд, в частности проблем ванадия, вносит Государственный научный центр РФ ОАО «Уральский институт металлов». Промышленная технология производства ванадиевой продукции освоена на металлургических заводах Урала и Тульской области. В связи с этим ценность титаномагнетитовых руд как высококачественного ванадиевого сырья является важнейшим фактором их высокой промышленной оценки.

Перспективы потребления ванадия в мире

Более 85% ванадия в мире используется для легирования стали, ванадий добавляется к стали, в основном, в виде феррованадия и нитрида ванадия. Приблизительно 5% используются в сфере цветных металлов, например титановые сплавы. Ванадий добавляется к металлическому титану в виде ванадиевого алюминия для усиления свойств титана. Около 5% используются в химической промышленности, где ванадий главным образом используется в качестве катализаторов в форме оксидов или ванадатов. Остальные 5% применяются в специальных материалах для электроники, телекоммуникаций, в окислительно-восстановительной батареях питания и суперпроводниковых материалах. Для расширения потенциального рынка во многих странах исследованы новые области применения ванадия.

Перспективы ванадия в новой энергетике

1) Ванадиевые источники питания. За последнее десятилетие в мире появился большой интерес к ванадийсодержащим окислительно-восстановительным источникам питания. Эти источники питания являются экологически благоприятными элементами. Как энергоаккумулирующий источник питания ванадиевая батарея используется главным образом для регулирования пиковых нагрузок на электростанциях; для преобразования энергии солнечного света в электричество; в системах хранения энергии ветряной энергетики и для передачи энергии на отдаленные территории; в системах бесперебойного электропитания и аварийных источниках электропитания. Австралийская корпорация PINNACLE запатентовала технологию производства окислительно-восстановительных источников питания с ванадием. Коммерческое применение ванадиевых окислительно-восстановительных источников питания может удвоить или утроить мировой спрос на ванадий.

2) Основанные на ванадии твердые растворы для сплавов хранения водорода. Сплав хранения водорода (сплав, способный растворять большое количество водорода между кристаллическими решетками) может обратимо поглощать и выпускать водород при определенных значениях температуры и давления. Обладая способностью хранить водород в 1000 раз больше, чем его размер, сплав хранения водорода может использоваться для решения проблем, связанных с традиционными емкостями для водорода: недостаточная безопасность, высокое энергопотребление, низкая жизнестойкость, маленький объем хранения водорода. Эти сплавы широко используются для хранения и перемещения водорода в топливных элементах, электромобилях.

Пока основными сплавами хранения водорода, которые применяются в мире, являются редкоземельная система AB5 с коэффициентом хранения водорода менее чем 1,3% и титаноциркониевая система AB2 с коэффициентом хранения водорода менее чем 2,0%. Остальные сплавы редко используются из-за их высокой стоимости или их слабых характеристик по абсорбции/испусканию водорода.

Ванадий – единственный металл, который поглощает и выпускает водород в нормальных условиях с теоретическим коэффициентом хранения водорода до 3,8%. Как подходящий материал хранения водорода он является объектом интереса во многих странах, например в Японии, где разработаны многие типы ванадиевых твердых растворов для сплавов хранения водорода. Однако высокая стоимость из-за дороговизны ванадия, используемого как легирующий элемент, предотвращает применение сплавов.

В 2003 г. в Китае разработан сплав хранения водорода, основанный на ванадиевом твердом растворе. Сплав способен абсорбировать водород с коэффициентом 3,3% и выпускать его с коэффициентом 2,3%. В настоящее время разрабатывается технология для использования оксидов, которые могут замещать дорогой металлический ванадий, что резко снизит стоимость производства сплавов. Если процесс окажется успешным, то этот вид водородного сплава хранения будет широко использоваться в мире.

Таблица 2. Крупнейшие месторождения титаномагнетитовых руд в России

МесторождениеМинеральный тип рудИсходная руда, %
FeобщTiO2V2O5Feобщ/TiO2
ГусевогорскоеТитаномагнетитовые с ильменитом (до 1%)16,551,250,1413,2
Собственно Качканарское- " -16,601,30,1412,7
СуроямскоеАпатит-титано-магнетитовые13,91,260.1611,0
ПодлысанскоеТитаномагнетитовые24,78,00,103,0
Медведевское- " -14,737,00.04-0.262,1
Гремяха-Вырмес
(Юго-Вост. уч-к)
Титаномагнетит-ильменитовые35,010-130,33,0
Большой
Сейим
Ильменит-титаномагнетитовые17,98-140,12,1
КуранахскоеИльменит-титаномагнетитовые39,014,10,452,8
Джугджурское- " -25-405-320,2-0,52-4
КручининскоеАпатит-ильменит-магнетитовые15-188,4до 0,12,0
ЧинейскоеТитаномагнетитовые с ильменитом33,56,50,525-6
ПудожгорскоеТитаномагнетитовые с сульфидами29-308,00,4-0,53,5
АфрикандаПеровскит-титаномагнетитовые17-1814-16-1,2
Хибинская
группа
Апатит-нефелиновые со сфеном и титаномагнетитом-1,0--
РучарскоеИльменит-титано-магнетитовые пески1682,50,096,7

3) Литиевая ячейка электропитания. Существующие ныне аноды для литиевого гальванического элемента сделаны из литиевого оксида кобальта. Если литиевый оксид ванадия использовать как замену дорогого литиевого оксида кобальта, то можно снизить издержки производства элементов питания.

Использование нано-формы V2O5

1) Химический катализатор. Пентаоксид ванадия служит основным катализатором в окислительной реакции получения серной кислоты. Наноформа V2O5, заменяющая обычный V2O5, может улучшить каталитическую активность и коэффициент преобразования. В Китае результаты маломасштабных экспериментов показали, что при умеренной температуре катализа использование нано V2O5 может дать каталитическую активность при том, что потребление V2O5 снижается на 11-20%.

2) Экологически дружественный катализатор. Последние исследования показали, что композит, сделанный из нано V2O5 и нано TiO2, проявляет хорошую микроорганическую устойчивость в зоне 13-14 мм подавления бациллы кишечной палочки. Кроме того, он может быть использован при катализе ядов автомобильных выхлопов с утилизацией до 90%.

Применение VO2

Покрытие оптического переключателя: VO2 покрытие, приготовленное с помощью соль-гелевого процесса, показывает изменение оптических свойств при изменении температуры окружающей среды. Например, при близкой к комнатной температуре инфракрасный луч и электромагнитная волна будут превращаться из светопроницаемых в светонепроницаемые. Эта технология обладает важным потенциалом применения в аэрокосмической и военной сферах при контроле температуры солнечной энергии и лазерной защите.

Использование кристалла YVO4

Кристалл YVO4 является кристаллом с двойным преломлением, который обладает твердостью стекла, защитой от поглощения влаги из воздуха и простотой в механической обработке и съемке (пленкообразовании). Следовательно, это идеальный материал для оптической поляризации. В коммуникациях из оптического волокна необходим изолятор в интервалах 1 км в оптическом источнике и оптической линии. Дополнительно требуется циркулятор для первого ответвления к пользователям оптических коммуникаций. Необходимы две-три пластины соответственно для каждого изолятора и циркулятора. Следовательно, существует значительный спрос на YVO4, основным источником которого в настоящее время является Китай. Компания Фучжоу является главным поставщиком, который предлагает сотни тысяч пластин YVO4 на мировой рынок по цене, в три раза превышающей цену золота.

Пигментный и цветоизменяемый материал

Ванадий обладает валентным диапазоном от + 1 к +5 и меняет цвета при окислении. Другое свойство, которым обладает ванадий в отличие от других материалов – его сложная атомная структура. Физические и химические свойства, например цвет, будут меняться при изменении структуры. Так что ванадий проявляет различные цветовые изменения, вызванные светом, электрическим полем, температурой, что может широко применяться в мониторинге окружающей среды. В Китае разработан цветоизменяемый материал BiVO4 для температурного контроля, который обладает желтым цветом при комнатной температуре, оранжевым – при 120°C, и красным – при 200°C. Химический институт Китайской академии наук собирается работать над расширением использования ванадия как цветоизменяемого материала.

Кроме того, такие ванадиевые материалы, как V2O5 и NH4VO3 в керамической глазури будут давать усиление эффектов радуги и формировать радужную глазурь и золотую глазурь. V-Zr желтый агент и V-Bi желтый агент уже годны для продажи на рынке. Ванадатовый пигмент может заменять свинцовохроматный и органические пигменты, которые вредны человеку и окружающей среде. Ванадатовый пигмент проявляет отличные комбинированные свойства, безопасен в использовании и не обладает вредными для человека свойствами. Он может быть использован в специальных пигментах – таких, как покрытие для автомобильного корпуса, высокосортная промышленная краска, строительная краска и краситель пластика, каучука, чернила для цветной печати.

Люминесцентные материалы

Люминесцентный материал, смешанный с ванадатом, проявляет высокое поглощение энергии. Он может передать поглощенную энергию эффективно и быстро к активированному материалу, чтобы дать возможность ему легко излучать видимый свет. Ион ванадия, отличающийся по цвету, может испускать видимый свет разных цветов. В результате ванадийсодержащий люминесцентный материал обладает отличным практическим потенциалом.

Таким образом, при комплексной переработке титаномагнетитовых руд можно получать железо, ванадий, титан и другие материалы. Эти руды являются основным источником ванадия, потребление которого в мире растет как за счет увеличения спроса в таких традиционных сферах, как легирование стали и производство титановых сплавов, так и за счет появления новых сфер его потребления в энергетике и химической промышленности.

Журнал

   
Ваше имя:  
Пароль:     
  запомнить меня
  Регистрация  Забыли пароль?

Бизнес-навигатор

   Меткомплекс
   Наука и образование
   Органы власти
   Отраслевые союзы
   Смежные отрасли


Атомстрой комплекс
ЛитМаш
ЗаводЭкоТехнологий
 
Отраслевая наука 


 
        ООО «УралИнфо»
   Телефон/факс: (343) 350 71 71
   г.Екатеринбург, ул.Мамина-Сибиряка, 58, офис 601        
            urm@urm.ru
пїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅ пїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅ
«РЎСѓРјРјР° технологий» «Сумма технологий»
продвижение сайта