СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИОКСИДА ТИТАНА Российский патент 2000 года по МПК C01G23/07 C09C1/36 

Изобретение относится к получению диоксида титана по хлоридной технологии и может быть использовано при получении пигментов для лакокрасочной промышленности, а также в других отраслях промышленности - при производстве бумаги, искусственных волокон и пластмасс.

Диоксид титана, имеющий рутильную форму, более устойчив к воздействию солнечного излучения и других факторов внешней среды, поэтому целевой продукт, имеющий более высокое содержание диоксида титана в этой форме, характеризуется более высоким качеством при использовании его в качестве пигмента.

Известен способ получения диоксида титана, включающий генерацию плазмы кислорода или кислородсодержащего газа, смешение исходных реагентов путем введения в плазменный поток тетрахлорида титана, последующее окисление тетрахлорида титана в плазме в присутствии паров хлорида алюминия, охлаждение образовавшихся продуктов реакции и отделение целевого продукта (Заявка Франции N 2187699, кл. C 01 G 23/00, 1974 г).

Недостатком способа является необходимость испарения хлористого алюминия и ввода паров в зону синтеза диоксида титана, что требует наличия специального оборудования для испарения хлористого алюминия и дозирования его паров.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения диоксида титана, включающий генерацию плазмы кислорода или кислородсодержащего газа, введение в плазменный поток при температуре 2500-3000^oC тетрахлорида титана в жидком состоянии, последующее окисление тетрахлорида титана в плазме, охлаждение образовавшихся продуктов реакции и отделение целевого продукта (Патент РФ N 2057714, кл. C 01 G 23/047, 1996 г).

Недостатком известного способа является то, что при наличии в тетрахлориде титана примесей ванадия, кремния, ниобия, фосфора массовой концентрацией 0,01% и более содержание диоксида титана рутильной формы в целевом продукте снижается до 60-80%.

Задача изобретения - разработать способ получения диоксида титана, обеспечивающий получение в целевом продукте диоксида титана в рутильной форме не менее 95% и при использовании в качестве сырья тетрахлорида титана с примесями ванадия, кремния или ниобия.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения диоксида титана, включающем генерацию плазмы кислорода или кислородсодержащего газа, введение в плазменный поток при температуре 2500 - 3000^oC тетрахлорида титана в жидком состоянии, последующее окисление тетрахлорида титана в плазме, охлаждение образовавшихся продуктов реакции и отделение целевого продукта, согласно изобретению в плазменный поток вводят металлический алюминий в виде суспензии порошка алюминия в тетрахлориде титана с массовой концентрацией от 0,05 до 1%.

Предпочтительно в качестве алюминиевого порошка использовать алюминиевую пудру с размером частиц до 50 мкм, т.к. суспензия тетрахлорида титана с алюминиевой пудрой с размером частиц до 50 мкм является более устойчивой и ее подача в зону реакции по трубопроводу возможна при небольших скоростях жидкости в трубопроводе. Имеет значение также и то, что алюминиевая пудра производится промышленностью в значительных объемах и является доступным материалом.

Для ввода металлического алюминия в зону реакции в виде суспензии порошка алюминия в тетрахлориде титана требуется только одна дополнительная операция - смешение алюминиевого порошка с тетрахлоридом титана, причем дозирование алюминиевого порошка не вызывает затруднений. Кроме того, большая величина энергии экзотермической реакции алюминия с кислородом благоприятно сказывается на кинетике процесса получения диоксида титана и на качестве получаемого продукта, т.к. известно, что с повышением температуры процесса увеличивается содержание рутильной формы диоксида титана в получаемом продукте.

Способ получения диоксида титана осуществляют следующим образом. Кислород или кислородсодержащий газ непрерывно подают в плазмотрон, где в результате нагрева газовой среды до высоких температур образуется плазма кислорода или кислородсодержащего газа. Из плазмотрона поток плазмы поступает в зону реакции. Туда же непрерывно подают суспензию алюминиевого порошка в тетрахлориде титана с содержанием алюминиевого порошка 0,05 - 1 мас.%. Суспензию приготавливают путем загрузки алюминиевого порошка в емкость с тетрахлоридом титана при перемешивании последнего. В зоне реакции суспензия с помощью форсунки распыливается на мелкие капли, которые под воздействием высоких температур испаряются. Пары тетрахлорида титана и частицы алюминиевого порошка окисляются по реакциям:
TiCl₄ + O₂ = TiO₂ + 2Cl₂,
4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃.

В результате реакций окисления образуются частицы диоксида титана с оксидом алюминия. Наличие оксида алюминия в диоксиде титана стимулирует образование рутильной формы диоксида титана. По выходе из реактора продукты охлаждают, затем целевой продукт отделяют от газовой фазы известными способами.

Предлагаемое изобретение поясняется следующими примерами.

Пример 1. В плазмотрон мощностью 350 кВт непрерывно подают кислород с расходом 144 кг/ч. В реакторах с мешалками готовят суспензию тетрахлорида титана содержащего 0,02 мас.% тетрахлорида кремния, 0,01 мас.% пентахлорида ванадия и 0,02 мас.% пентахлорида ниобия с порошком алюминиевой пудры, массовая концентрация порошка алюминия составляет 0,05%. Суспензию из реактора непрерывно под давлением подают в зону реакции, где суспензия с помощью центробежной форсунки распыляется на мелкие капли.

После охлаждения продуктов реакции в теплообменнике типа "Труба в трубе" диоксид титана из пылегазового потока осаждают в циклоне и рукавном фильтре. Содержание рутильной формы, определяемое рентгенофазовым анализом, составляет 95,2%.

Последующие примеры проводят по методике примера 1, отличие состоит в количестве вводимого в тетрахлорид титана порошка алюминиевой пудры. Данные о влиянии концентрации порошка алюминия на содержание диоксида титана рутильной формы в получаемом продукте приведены в таблице.

Из представленных в таблице результатов испытаний патентуемого способа следует, что при массовой концентрации порошка алюминия в тетрахлориде титана менее 0,05% содержание диоксида титана рутильной модификации менее 95%, что ниже требований действующих стандартов на пигментный диоксид титана рутильной модификации. При массовой концентрации порошка алюминия в тетрахлориде титана 1% содержание диоксида титана рутильной модификации составляет 100% и дальнейшее повышение концентрации порошка алюминия не имеет смысла.

Использование: получение диоксида титана для пигментов и наполнителей. Генерируют плазму кислорода или кислородсодержащего газа. В жидкий тетрахлорид титана вводят порошок алюминия с размером частиц до 50 мкм. Получают суспензию порошка алюминия в тетрахлориде титана с массовой концентрацией 0,05-1%. Суспензию вводят в плазму при 2500-3000°С. Полученные продукты реакции охлаждают и отделяют. Получают диоксид титана (не менее 95%) в рутильной форме. Способ пригоден для использования исходного тетрахлорида титана с примесями ванадия, кремния и ниобия. 1 табл.

Способ получения диоксида титана, включающий генерацию плазмы кислорода или кислородсодержащего газа, введение в плазменный поток при 2500 - 3000^oС тетрахлорида титана в жидком состоянии, последующее окисление тетрахлорида титана в плазме, охлаждение образовавшихся продуктов реакции и отделение целевого продукта, отличающийся тем, что в плазменный поток вводят металлический алюминий в виде суспензии порошка алюминия в тетрахлориде титана с массовой концентрацией 0,05 - 1%, причем размеры частиц алюминиевого порошка в суспензии не превышают 50 мкм.