Способ получения технического диоксида титана

 

Использование: в производстве металлического титана и его соединений. Сущность: титановую стружку при нагревании обрабатывают 20-30%-ной серной кислотой , полученный раствор выдерживают при 65-80° С в течение 4-8 ч при одновременном пропускании через раствор сжатого воздуха, после выдержки раствор обрабатывают газом-окислителем, фильтруют, гидролизуют, выпавший осадок отделяют и прокаливают. Выход конечного продукта составил 92,5-93,0%. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 01 G 23/053

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4854511/26 (22) 26.07.90 (46) 30.11.92. Бюл. ¹ 44 (71) Челябинский филиал Научно-исследовательского и проектного института неорганических пигментов и судовых покрытий (72) Г.Г.Самойлова, А.И.Криворуков, В.А. Григорович и Л.С. Смирнов (56) Хазин Л.Г, Двуокись титана. Л.: Химия, 1970, с, 62-67.

Авторское свидетельство СССР

N- 986859, кл. С 01 G 23/053, 1983.

Разовый технологический регламент производства двуокиси титана марок PK u

ТСМ ¹ 336-46, г. Челябинск, 1989, ЧФ НИПРОИНС.

Изобретение относится к производству диоксида титана сернокислотным способом, а именно технического (непигментного) диоксида титана.

Известен способ получения технического диоксида титана, включающий разложение ильменитового концентрата. концентрированной серной кислотой (С

H2SO4 более 92%), растворение твердых продуктов сульфатизации. восстановление катионов железа ((11) в растворе металлическим железом, очистку растворов от шлама отстаиванием с последующей контрольной фильтрацией, кристаллизацию избыточного сульфата железа (II) в виде железного купороса и очистку растворов от него,гидролиз и прокалку гидролизата.

Недостатками способа являются высокие до 15% потери TIO2 на стадиях подготовки раствора к гидролизу (очистка от шлама, очистка от железного купороса) и Ы 1778072 А1 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ДИОКСИДА ТИТАНА (57) Использование: в производстве металлического титана и его соединений. Сущность: титановую стружку при нагревании обрабатывают 20 — 30%-ной серной кислотой, полученный раствор выдерживают при

65 — 80 С в течение 4 — 8 ч при одновременном пропускании через раствор сжатого воздуха, после выдержки раствор обрабатывают газом-окислителем, фильтруют, гидролизуют, выпавший осадок отделяют и прокаливают. Выход конечного продукта составил 92,5-93,0%. 1 табл. низкая производительность стадии очистки от шлама, вследствие необходимости осу- ществления очистки в два приема (отстаивание и фильтрация), что обусловлено высокой концентрацией шлама 20 — 25 г/дмз. Потери диоксида титана обусловлены потерями

TiO2 в составе шлама до 5% а также механическим захватом технологического раствора со шламом до 7% TIOz и железным С купоросом до 2% Т102.

Известен способ получения технического диоксида титана включающий разложение ильменитового концентрата серной

l кислотой (С HgSO4 более 92%), растворение твердых продуктов сульфатизации, восстановление катионов .железа (Iii) в растворе металлическим титаном, очистку растворов от шлама отстаиванием с последующей контрольной фильтрацией, гидролиз и прокалку гидролиэата. При этом металлический титан (титановая стружка) предварительно обра1778072 батывается 20 — 30%-ной серной кислотой при массовом отношении твердого к кислоте (мнг)=0,5:0,6 и температуре 80 — 100 С.

Использование металлического титана в качестве восстановителя вместо металлического железа позволяет исключить из технологической схемы стадию кристаллизации железного купороса и потери TiOz с купоросом, а также уменьшить потери TlOg со шламом.

Тем не менее потери Ti02 остаются высокими (10%}, что является недостатком способа, наряду с недостаточной производительностью стадии очистки раствора от шлама, концентрация которого остается высокой 15-20 г/дм, Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является промышленна освоенный способ, представляющий собой процесс получения технического диокСида титана из металлического титана (титановой стружки). Способ включает обработку. титановой,.стружки 20-300/ной серной кислотой при массовом отношении твердого и кислоты (мн г)=0,5:0;6 л при нагреве смеси кислоты-и стружки паром до 80 — 90 С с дальнейшим подъемом температуры за счет зкзотермичности взаимодействия до 100-110 С и выдержку при этой температуре 4-8 ч, охлаждейие раствора до 65-70 С, окисление катионов титана (1И) кислородом воздуха в присутствии катализатора, очистку окисленного раствора фильтрацией, гидролиз и прокалку гидролизата.

Использование способа привело к снижению концентрации шлама до 8 — 10 г/дм, з что позволило увеличить производительность стадии очистки растворов от шлама, исключив операцию очисткй отстаиванием, и несколько снизить потери Ti02. . Недостатками способа являются высокие до 7 потери Т!02 со шламом и недостаточная скорость фильтоации окисленных растворов 80-100 дм /м ч. Основные потери TIO2 до 5% обусловлены образованием на стадии окисления растворов шлама, представляющего собой гидратированный диоксид титана ГДТ, вследствие низкой стабильности растворов 200 250 усл,. ед, В свою очередь присутствие ГДТ- является причиной низкой скорости фильтрации окисленных растворов.

Целью изобретения является повышение выхода Т102 в виде ГДТ и увеличение скорости фильтрации окислейных растворов.

Поставленная цель достигается изменением.температурного режима обработки титановой стружк.и :20-30 -.íî,é. серной кислотой, а именно: после нагрева паром смеси металлического титана с серной кислотой (как в прототипе) в систему подают сжатый воздух и выдерживают 4-8 ч при

5 температуре 65-80 С. При этом воздух подают в течение всего времени выдержки в количестве, достаточном для поддержания указанной температуры 65 — 80 С.

Сущность способа заключается в сни10 жении гидролитической активности (способности к гидролизу) соединений титана при снижении температуры обработки, что проявляется в увеличении стабильности получаемых растворов до 400-700 усл.ед.

15 Подача воздуха в систему, кроме функции охлаждения, способствует перемешиванию среды, за счет чего производительность стадии сохраняется на.прежнем уровне т.е. длительность и роцесса обработки составля20 ет 4-8 ч, как в прототипе, несмотря на снижение температуры обработки.

Окисление полученных растворов происходит беэ образования ГДТ (исключаются потери TiOz на этой стадии), в результате

25 чего скорость фильтрации окисленных растворов увеличивается.

Приведенные пределы по температуре выдержки 65 — 80 С обусловлены снижением производительности стадии при темпе30 ратуре ниже 650 С и уменьшением стабильности растворов при температуре свыше 80 С до значений менее 400 усл. ед., при которых на стадии окисления растворов начинает образовываться ГДТ.

35 Интервал значений расхода воздуха в

Каждом конкретном случае зависит от размера и материала реактора, температуры окружающей среды и т.п. Поэтому здесь он не оговаривается, чтобы.не сужать пределы

40 заявленного технического решения.

Эффективность заявленного технического решения в сравнении с прототипом иллюстрируется следующими примерами, для которых использована титановая струж45 ка марки ВТ-3-1 с содержанием Т1 86 мас. .

Пример 1 (no прототипу). В стакан, вместимостью 1 дм загружают 100 r титановой стружки и 730 см 20%-ной серной кислоты (массовое отношение твердого-и

- 50 кислоты 0,6). Содержимое стакана нагревают до 90 С, затем ставят в асбестовый чехол .. и- выдерживают при температуре кипения раствора 102-1050 С. в течение 8 ч. Для под-. держания постоянного обьема в системе в

55 стакан добавляют горячую воду (90-95 С) каждый час выдержки. 700 см раствора отделяют (сливают декантацией) от непрореа-. гировавшей титановой стружки.

Последнюю используют на следующей one.l

1778072 рации растворения, предварительно дополнив ее массу свежей стружкой до 100 r.

Раствор анализируют на содер>кание сульфата титана (в пересчете на TiOz) и кислоты и расчитывают кислотный фактор (m H2S04 активной) в ПОг который должен быть в интервале t,7 — 1,9, определяют стабильность раствора, затем помещают в стакан, емкостью 2 дм и подвергают

3 окислению в присутствии угольного катализатора (5 ат массы Ttaz в растворе) при температуре 60 С в течению 1.5-2,5 ч до остаточной концентрации сульфата железа (tlt) 3 — 4 г/дм в пересчете на TIOz. Окисление проводят кислородом воздуха, пропуская сжатый воздух через систему. Расход воздуха,500 дм /ч.

В окисленном растворе определяют содержание растворимых сульфатов титана в пересчете на TiOz. По разнице в массе ПО в исходном и окисленном растворе определяют потери TiOz в виде ГДТ на этой стадии. Раствор фильтруют через фильтр

"синяя" лента и намывной слой древесной муки на воронке Бюхнера (ф 77 мм) в течение 4-х мин при фиксированном вакууме (0,4 ат), определяют обьема фильтрата и рассчитывают скорость фильтрации, затем отфильтровывают весь объем раствора.

Очищенный раствор гидролизуют по стандартной методике, гидролизат промывают и прокэливают. Полученный продукт взвешивают и рассчитывают выход TiOz no процессу по отношению к массе TtOz в исходном растворе (полученнам при обработке титановой стружки).

Пример 2 (по прототипу). В стакан, вместимостью 1 дм загружают 100 г титановой стружки и 546 см 30 -най серной кислоты (массавое отношение твердого и кислоты 0,5).Содержимое стакана нагревают до 80 С, затем ставят в асбестовый чехол и выдержива ат при температуре кипения раствора 105-110 С в течение 4 ч, Для поддержания постоянного объема в системе в стакан добавляют горячую воду (90-95 С) каждый час выдержки. 520 см раствора отделяют(сливают декантацией) ат непрареагирававшей титановой стружки, раствор разбавляют до концентрации TiOz 1 10 г/дм . Далее аналогично примеру 1.

Пример 3. Аналогично примеру 1, но после нагрева содержимого стакана до 90 С

5 стакан ставят в асбестовый чехол и выдержива ат при 80 С, пропуская воздух в количестве 300-20 дм /ч в течение 8 ч, постепенно з снижая подачу воздуха, с целью поддержания температуры в системе 80 С в течение

10 всего времени выдержки. Далее аналогично примеру 1, Пример 4. Аналогично примеру 2, но после нагрева содержимого стакана да 80 С стакан ставят в асбестовый чехол и выдержи15 вают при температуре 65 С, пропуская воздух в количестве 500 — 40 дм /ч в течение 4 ч, з постепенно снижая подачу воздуха с целыа поддержания температуры в системе 65 С в течение всего времени выдержки.

20 Далее аналогично примеру 2.

П р и и е р 5. Аналогично примеру 4, но температура выдержки составляет 75 С, а время выдержки 5,5 ч, Пример 6. Аналогично примеру 3, но

25 температура выдержки составляет 90 С.

Пример 7. Аналогично примеру 4, но температура выдержки составляет 55 С, а время выдержки 8 ч.

Полученные результаты приведены в

30 таблице.

Полученные данные показывают, что предлагаемый способ предотвращает образование ГДТ на стадии окисления в результате чего повышается выход Т!О па

35 процессу на 4,5 — 8% и скорость фильтрации окисленных растворов на 50 — 100%.

Формула изобретения

Способ получения тех ического диоксида титана, вкл ача ащий обработку титано40 вай стружки 20 307-ной серной кислотой при нагревании, выдержку нагретого раствора в течение 4 — 8 ч, ега окисление, фильтрацию окисленного раствора, гидролиз, отделение и прокаливание образававшего45 ся осадка, отл и ча ю щи и с я тем, что, с целью повышения выхода конечного продукта и увеличения скорости фильтрации, выдержку раствора ведут при 65-80 С при одновременном прапускании через раствор

50 сжатога воздуха.

17 78072

Показатель эффективности способа

Характеристика растворов после обработки стружки

Температура выдержки, С

Способ

Пример е

Выход .по процессу, Ф

Потери

Ti0> при окислении, 3

Скорость фильтрации, дрР и> Ч

Стабильность усл.ед. к.ф.

3,4

2

5,0

160 отс. отс.

mc.

Предлагаемый вне заявленных пределов

2 5

t10

2,60 (раствор не готов к дальнейаей переработке) Составитель Г.Самойлова

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Т.Палий

Редактор A,Егорова

Заказ 4160 Тираж Подписное

БНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва. Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород. уп Гагарина. 101

Прототип

Прототип

Предлагаемый

Предлагаемый

Предлагаемый

102-105

105-110

1,90

1,70

1,88

1,80

1,75

1,80

650 .

350

88,0

85,0

92,5

93 0

93,0

89.5