СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЛЕЙКОКСЕНОВОГО КОНЦЕНТРАТА Российский патент 1996 года по МПК C01G23/00 

Изобретение относится к производству пигментного диоксида титана из лейкоксеновых концентратов по сернокислотной технологии.

Известен способ получения диоксида титана из лейкоксенового концентрата [1] включающий его размол, смешение с концентрированной серной кислотой в массовом соотношении Т:Ж 1,2:1,0, нагрев смеси до температуры 250 - 300^oС, выдержку в течение двух часов при 280^oС, охлаждение до 80^oС продувкой воздухом и выщелачивание.

Недостатком этого способа является высокая температура разложения, обусловленная тем, что оксиды титана в лейкоксеновом концентрате находятся в форме рутила и анатаза, имеющих низкую реакционную способность. По условиям экологии и стойкости оборудования такая температура не может быть реализована на имеющихся предприятиях, так как не должна превышать 200 210^oС (см. например, Хазин А.Г. Двуокись титана. Л. Химия, 1970, с. 25 28).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемым результатам является способ (прототип) переработки лейкоксенового концентрата [2] согласно которому концентрат обжигают в окислительной атмосфере при температуре 600 700^oС в течение 3 4 часов, охлаждают, размалывают до крупности менее 75 мкм, обрабатывают 40 43% серной кислотой при Т:Ж 1,5 и температуре 120 130^oС в течение 6 8 часов; затем сушат при 100 - 200^oС, смешивают с концентрированной серной кислотой при Т:Ж 1,2:1, нагревают до 270^oС, выдерживают при этой температуре 1,5 2 часа, охлаждают и выщелачивают.

Таким образом, цели дополнительных по сравнению с аналогом операций в прототипе, в частности, предварительной обработки концентрата 40 43% серной кислотой (удаление хромофорных примесей и активация оксидов титана) полностью не достигаются и существенным недостатком прототипа остается необходимость проведения основной стадии (разложение концентрированной серной кислотой) при высокой температуре (270^oС), уменьшение которой до приемлемого уровня (180 200^oС) сопровождается снижением степени разложения с 95 98% до 20 30%
В этой связи возникает задача упростить технологию и повысить эффективность предварительной активации оксидов титана, для решения которой в известном способе переработки лейкоксенового концентрата, включающем предварительную активацию оксидов титана, измельчение, смешивание с концентрированной серной кислотой, разложение и выщелачивание предлагается активацию оксидов титана осуществлять путем плавки в электропечи лейкоксенового концентрата в смеси с кальцийсодержащей добавкой, отношение которой к лейкоксеновому концентрату устанавливают в пределах от (0,2/СаО + 0,7 TiO₂) до (0,4/СаО + 20 TiO₂) кг на 1 кг лейкоксенового концентрата, где СаО и TiO₂ массовые доли оксидов кальция и титана в кальцийсодержащей добавке. В качестве последней используют перовскитовый концентрат и сырой или обожженный известняк или известь.

Способ осуществляют следующим образом.

Выбирают кальцийсодержащую добавку, в соответствии с химическим составом которой устанавливают пределы отношения ее к лейкоксеновому концентрату. Например, для перовскита (СаО 0,365, TiO₂ 0,635) от 1 (0,2/0,365 + 0,7/ 0,035) до 14 кг на 1 кг лейкоксенового концентрата; для известняка (СаО 0,56, TiO₂ 0,0) от 0,36 до 0,71; для извести (СаО 1,0, TiO₂ 0,0) от 0,2 до 0,4. Из полученных пределов выбирают конкретное значение отношения, исходя из ресурсов имеющихся материалов и руководствуясь данными, приведенными в табл. 1, из которой следует, что нижний предел отношения (0,2/СаО + 0,7 TiO₂) обосновывается тем, что дальнейшее его уменьшение вынудит поднять температуру в ванне электропечи (температуру, обеспечивающую жидкоподвижность расплава) выше 1550^oС, что приведет к повышению расхода электроэнергии и усилению неравномерности восстановления оксидов титана, т.е. к восстановлению части их до низших валентностей (вплоть до карбидов) при выдержанной средней заданной (расходом твердого восстановителя) степени восстановления. В свою очередь это отрицательно скажется на степени разложения шлака серной кислотой.

Верхний предел (0,4/СаО + 20 TiO₂) для перовскита обосновывается этой же причиной, а для известняка (извести) тем, что дальнейшее его повышение приведет к уменьшению концентрации TiO₂ в расплаве без компенсации этого эффекта понижением температуры плавления.

Расход твердого восстановителя (коксик, нефтяной кокс и др.) принимают равным в пересчете на углерод 5 кг на каждые 100 кг TiO₂ с поправкой (по практическим данным) на расход электродов и угар углерода.

Лейкоксеновый концентрат, кальцийсодержащую добавку и восстановитель перемешивают, загружают в электропечь, нагревают до расплавления, выдерживают 40 50 минут для завершения процессов восстановления и повышения однородности расплава и производят выпуск в изложницу (конвейерную разливочную машину), или в припечную грануляционную установку. Полученный шлак измельчают, смешивают с концентрированной серной кислотой при Т:Ж 1,2:1, нагревают смесь до 180 200^oС, выдерживают при этой температуре 1,5 2 часа, охлаждают и выщелачивают.

Таким образом, сущность предполагаемого изобретения состоит в том, что лейкоксеновый концентрат плавят в электропечи с получением за счет использования кальцийсодержащих добавок жидкоподвижного расплава, поддающегося дальнейшей обработке по существующей технологии.

Примеры осуществления.

Способ проверен в лабораторных условиях применительно к лейкоксеновому концентрату, содержащему, TiO₂ 48,0, SiO₂ 40,7, FeO 2,5, Al₂O₃ 2,4, MgO 0,5, СаО 0,28. В качестве кальцийсодержащих добавок использовали известь (обожженный известняк) состава, СаО 92,5, MgO 2,8, SiO₂ 2,6, Al₂O₃ 0,9 и перовскитовый концентрат: TiO₂ 47,9, СаО 34,1, Fe₂O₃ 4,2, SiO₂ 5,8, Al₂O₃ 0,6, MgO 1,5.

Пределы расходов кальцийсодержащих добавок определили по ее составу: нижний (0,2/СаО + 0,7 TiO₂) для перовскита и извести составил 0,9 и 0,22 кг/кг концентрата соответственно, верхний 10,75 и 0,43 кг/кг. Дополнительно исследовали соотношение добавок и концентрата в середине интервала и отличающееся от них на 10% Концентрат, добавку и коксик фракции 0 3 мм перемешивали и загружали в электрическую печь сопротивления (печь Таммана), нагревали до образования жидкоподвижного расплава, выдерживали 40 минут и выливали в изложницу. Полученный шлак измельчали до крупности 75 мкм, смешивали с концентрированной серной кислотой при Т:Ж 1,2:1, нагревали до 200^oС, выдерживали при этой температуре 1,5 часа, охлаждали, выщелачивали водой и по выходу диоксида титана определяли степень разложения шлака. Результаты опытов приведены в табл. 1, из которой видно, что средняя степень разложения шлака серной кислотой составила внутри пределов 89,8% (что соответствует аналогичному показателю, достигнутому в прототипе). Видно также, что в качестве параметра, накладывающего ограничения на состав шихты, целесообразно выбрать температуру образования жидкоподвижного расплава, которая определяется расходом кальцийсодержащей добавки, зависящим, в свою очередь, от ее состава.

Таким образом, предлагаемый способ переработки лейкоксенового концентрата обеспечивает возможность активации оксидов титана более простым по сравнению с прототипом и аналогами методом, обеспечивающим, кроме того, расширение сырьевой базы пигментной промышленности за счет использования перовскитовых концентратов.

Использование: неорганическая химия, производство пигментного диоксида титана. Сущность способа: лейкоксеновый концентрат плавят в электропечи с кальцийсодержащей добавкой и коксиком. Отношение добавки к лейкоксеновому концентрату (0,2/СаО + 0,7•TiO₂) до (0,4/СаО + 20•TiO₂) кг на 1 кг концентрата, где СаО и TiO₂ - массовые доли оксида кальция и оксида титана в кальцийсодержащей добавке. В качестве добавки используют перовскитовый концентрат или известняк. Шлак после плавки измельчают, разлагают серной кислотой, выщелачивают водой. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ переработки лейкоксенового концентрата, включающий активацию исходного материала, его измельчение, смешивание с концентрированной кислотой, разложение и выщелачивание, отличающийся тем, что активацию ведут восстановительной плавкой в присутствии кальцийсодержащей добавки при массовом соотношении добавки и концентрата
(0,2/СаО+ 0,7 • TiО₂) (0,4/СаО + 20 • TiО₂):1
где СаО и TiО₂ массовые доли оксида кальция и оксида титана в кальцийсодержащей добавке. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве кальцийсодержащей добавки используют перовскитовый концентрат. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве кальцийсодержащей добавки используют известняк или известь.