СПОСОБ РАЗЛОЖЕНИЯ ТИТАНОКРЕМНИЕВОГО СЫРЬЯ Российский патент 2005 года по МПК C22B34/12 C22B3/08 

Описание патента на изобретение RU2264477C1

Изобретение относится к технологии переработки титанокремниевого сырья и может быть использовано для производства высококачественных продуктов на основе титана.

Известен способ разложения титанокремниевого сырья (см. авт. свид. СССР №235883, МПК2 С 22 В 34/12, 1966), в частности лейкоксенового концентрата, включающий обработку измельченного концентрата, содержащего, мас.%: 45,0 TiO2; 50,0 SiO2; 3,0 Fe2Oз; 0,20 Р2O5, 92%-ной серной кислотой при массовом соотношении кислоты и концентрата, равном 1,2:1 (массовое соотношение H2SO4:TiO2=2,67:1), в присутствии железной стружки, нагревание смеси до температуры 250-300°С при перемешивании воздухом с получением сухого пористого плава, который выдерживают при температуре 280°С в течение 2 ч. Затем плав охлаждают с продувкой воздухом до температуры 80°С и выщелачивают подкисленной водой в течение 6-8 ч. Полученный сернокислый раствор титана имеет кислотный фактор (отношение свободной серной кислоты к диоксиду титана) 1,80-1,85. Извлечение титана в раствор составляет не более 93%.

Недостатками способа являются недостаточно высокое извлечение титана в раствор, большой расход серной кислоты и, как следствие, повышенный кислотный фактор получаемых сернокислых растворов титана, высокая температура обработки концентрата и спекание реакционной массы в монолит. Кроме того, недостатками способа являются сложное аппаратурное оформление, связанное с повышенным коррозионным разрушением и необходимостью продувки реакционной массы нагретым воздухом и улавливания сернокислых паров, а также большая (около 12 ч) длительность процесса.

Известен также способ разложения титанокремниевого сырья (см. Разложение сильноизмененных титансодержащих концентратов серной кислотой /В.Ф.Чуприк, В.Н.Кузьмин, И.В.Барсукова, Н.Я.Дубровская // Лакокрасочные материалы и их применение. 1976. - №4. - С.15-16), в частности лейкоксенового концентрата, включающий обработку измельченного концентрата, содержащего, мас.%: 47,8 TiO2; 42,0 SiO2; 4,5 Al2O3; 3,5 Fe2O3; 0,13 Р2O5; 0,005% Cr2O3; около 2% - прочие, 95%-ной серной кислотой при массовом соотношении кислоты и концентрата, равном 1,1 (массовое соотношение Н2SO4:TiO2=2,3:1), нагревание до температуры 210-270°С и формирование реакционной массы путем непрерывной продувки горячим (250°С) воздухом до получения сухого пористого плава, который выдерживают при температуре нагрева в течение 2-3 ч. Затем плав охлаждают до температуры 60°С и выщелачивают подкисленной водой в течение 4 ч. Полученный сернокислый раствор титана имеет кислотный фактор 2,4. Извлечение титана в раствор достигает 95%.

Известный способ характеризуется недостаточно высоким извлечением титана в раствор, повышенным расходом серной кислоты и высокой температурой обработки концентрата, что приводит к спеканию реакционной массы в монолит, повышенной энергоемкости процесса и ускоренному коррозионному износу аппаратуры. Получаемый сернокислый раствор титана имеет высокий кислотный фактор, в то время как для дальнейшей переработки кислотный фактор раствора должен находиться в пределах 1,4-1,6.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи увеличения степени извлечения титана в раствор при одновременном повышении технологичности способа за счет уменьшения расхода кислоты, снижения энергоемкости процесса и исключения спекания реакционной массы в монолитный плав. Изобретение также решает задачу повышения качества получаемого сернокислого раствора титана за счет снижения кислотного фактора.

Поставленная задача решается тем, что в способе разложения титанокремниевого сырья, включающем обработку его концентрированной серной кислотой, нагревание реакционной массы и ее формирование, выдержку массы при температуре нагрева, ее охлаждение и выщелачивание водой с получением сернокислого раствора титана, согласно изобретению в качестве исходного сырья используют титанокремниевый продукт азотно-фторидного разложения сфенового концентрата, при этом серную кислоту берут с концентрацией 80-85%, нагревание осуществляют до температуры 150-160°С, а формирование реакционной массы производят перед нагреванием путем ее брикетирования.

Поставленная задача решается также тем, что используют титанокремниевый продукт состава, мас.%: 48,80-50,90 TiO2; 36,50-38,10 SiO2; 1,78-1,85 CaO; 0,64-0,66 Fe2O3; 0,23-0,24 Al2O3; 0,50-0,52 (Ta2O5+Nb2O5); 0,020-0,021 Ln2O3; 2,20-2,30 F; 5,41-9,33 Н2O.

Поставленная задача решается и тем, что серную кислоту и титанокремниевый продукт берут в количестве, отвечающем массовому соотношению H2SO4:TiO2=1,5-1,6:1.

Сущность изобретения заключается в том, что используемый в качестве исходного сырья титанокремниевый продукт содержит титан в анатазной форме, что позволяет осуществить разложение сырья при более низкой концентрации серной кислоты (80-85%) и пониженном массовом соотношении H2SO4:TiO2. При этом возникает возможность формирования реакционной массы перед нагреванием путем ее брикетирования с сохранением формы брикетов при нагревании, которое ведут при пониженной (150-160°С) температуре.

Использование серной кислоты с концентрацией менее 80% приводит к разжижению реакционной массы, что затрудняет формирование брикетов, а при концентрации кислоты более 85% проявляется склонность сульфатизированной массы к цементации за счет образования малорастворимого титанилсульфата, что повышает прочность получаемого плава и снижает извлечение титана в раствор.

Массовое соотношение Н2SO4: TiO2 менее 1,5:1 приводит к снижению извлечения титана, а массовое соотношение H2SO4:TiO2 более 1,6:1 - к разжижению реакционной массы и невозможности формирования брикетов.

Температурный интервал 150-160°С способствует сульфатизации титана в форме водорастворимого титанилсульфата моногидрата TiOSO4·H2O в течение 3-5 ч. Температура ниже 150°С приводит к снижению извлечения титана и увеличению времени термообработки, а температура выше 160°С не приводит к существенному повышению извлечения титана или сокращению времени процесса, но увеличивает вероятность получения нерастворимых солевых форм титана.

Брикетирование реакционной массы позволяет увеличить реакционную поверхность плава, что приводит к сокращению времени выщелачивания. При этом исключается спекание реакционной массы в монолитный плав, обеспечивается непрерывная подача в сульфатизатор реакционной массы, ее перемещение в аппарате и разгрузка, что улучшает организацию процесса и делает его более технологичным.

Сущность и преимущества заявляемого изобретения могут быть проиллюстрированы следующими Примерами.

Пример 1. 1000 г титанокремниевого продукта, содержащего, мас.%: 48,80 TiO2; 36,50 SiO2; 1,78 CaO; 0,64 Fe2O3; 0,23 Al2O3; 0,50 (Ta2O5+Nd2O5); 0,02 Ln2O3; 2,20 F; 9,33 Н2O, обрабатывают 530 мл 80%-ной серной кислоты (массовое соотношение H2SO4:TiO2=1,5:1). Реакционную массу формируют при атмосферном давлении вальцеванием валками с рифленой поверхностью в виде прямоугольных брикетов размерами 20×20×40 мм, нагревают до 160°С и выдерживают при этой температуре в течение 4 ч. Спекшиеся хрупкие пористые брикеты охлаждают до температуры 50°С и выщелачивают водой при Т:Ж=1:2,3 в течение 3 ч. Пульпу фильтруют и получают сернокислый раствор титана, содержащий 202 г/л TiO2 и 312 г/л H2SO4 (кислотный фактор 1,54). Извлечение титана в раствор составляет 95,2%.

Пример 2. 500 г титанокремниевого продукта, содержащего, мас.%: 50,90 TiO2; 38,10 SiO2; 1,85 CaO; 0,66 Fe2O3; 0,24 Al2O3; 0,52 (Та2O5+Nd2O5); 0,021 Ln2O3; 2,30 F; 5,41 H2O, обрабатывают 295 мл 80%-ной серной кислоты (массовое соотношение H2SO4:TiO2=1,6:1). Реакционную массу брикетируют аналогично Примеру 1, нагревают до 150°С и выдерживают при этой температуре в течение 4 ч. Спекшиеся хрупкие пористые брикеты охлаждают до температуры 55°С и выщелачивают водой при Т:Ж=1:2,3 в течение 3 ч. Пульпу фильтруют и получают сернокислый раствор титана, содержащий 195,5 г/л TiO2 и 324,5 г/л H2SO4 (кислотный фактор 1,66). Извлечение титана в раствор составляет 96,0%.

Пример 3. 1000 г титанокремниевого продукта, содержащего, мас.%: 48,80 TiO2; 36,50 SiO2; 1,78 CaO; 0,64 Fe2O3; 0,23 Al2O3; 0,50 Ta2O5+Nd2O5); 0,02 Ln2O3; 2,20 F; 9,33 Н2O, обрабатывают 500 мл 83%-ной серной кислоты (массовое соотношение H2SO4:TiO2=1,5:1). Реакционную массу брикетируют по Примеру 1, нагревают до 155°С и выдерживают при этой температуре в течение 4 ч. Спекшиеся хрупкие пористые брикеты охлаждают до температуры 50°С и выщелачивают водой при Т:Ж=1:2,4 в течение 3 ч. Пульпу фильтруют и получают сернокислый раствор титана, содержащий 196,8 г/л TiO2 и 303,1 г/л H2SO4 (кислотный фактор 1,54). Извлечение титана в раствор составляет 96,8%.

Пример 4. 500 г титанокремниевого продукта, содержащего, мас.%: 50,90 TiO2; 38,10 SiO2; 1,85 CaO; 0,66 Fe2O3; 0,24 Al2O3; 0,52 (Ta2O5+Nb2O5); 0,021 Ln2O3; 2,30 F; 5,41 Н2O, обрабатывают 260 мл 85%-ной серной кислоты (массовое соотношение H2SO4: TiO2=1,55:1). Реакционную массу брикетируют по Примеру 1, нагревают до 150°С и выдерживают при этой температуре в течение 3 ч. Спекшиеся хрупкие пористые брикеты охлаждают до температуры 55°С и выщелачивают водой при Т:Ж==1:2,0 в течение 3 ч. Пульпу фильтруют и получают сернокислый раствор титана, содержащий 249,1 г/л TiO2 и 393,6 г/л H2SO4 (кислотный фактор 1,58). Извлечение титана в раствор составляет 97,9%.

Пример 5. 1000 г титанокремниевого продукта, содержащего, мас.%: 48,80 TiO2; 36,50 SiO2; 1,78 CaO; 0,64 Fe2O3; 0,23 Al2O3; 0,50 (Ta2O5+Nb2O5); 0,02 Ln2O3; 2,20 F; 9,33 Н2O, обрабатывают 515 мл 85%-ной серной кислоты (массовое соотношение H2SO4:TiO2=1,6:1). Реакционную массу брикетируют аналогично Примеру 1, нагревают до 160°С и выдерживают при этой температуре в течение 3 ч. Спекшиеся пористые хрупкие брикеты охлаждают до температуры 50°С и выщелачивают водой при Т:Ж=1:2,4 в течение 3 ч. Пульпу фильтруют и получают сернокислый раствор титана, содержащий 199,7 г/л TiO2 и 323,5 г/л H2SO4 (кислотный фактор 1,62). Извлечение титана в раствор составляет 98,2%.

В Примерах 6-7 разложение титанокремниевого сырья ведут при использовании запредельных значений концентрации серной кислоты.

Пример 6. 600 г титанокремниевого продукта, содержащего, мас.%: 50,90 TiO2; 38,10 SiO2; 1,85 CaO; 0,66 Fe2O3; 0,24 Al2O3; 0,52 (T2O5+Nd2O5); 0,021 Ln2O3; 2,30 F; 5,41 Н2O, обрабатывают 280 мл 90%-ной серной кислоты (массовое соотношение H2S04:TiO2=1,5:1). Реакционную массу брикетируют аналогично Примеру 1, нагревают до 160°С и выдерживают при этой температуре в течение 3 ч. Спекшиеся жесткие малопористые брикеты охлаждают до температуры 55°С и выщелачивают водой при Т:Ж=1:2,2 в течение 3 ч. Пульпу фильтруют и получают сернокислый раствор титана, содержащий 218,9 г/л TiO2 и 345,8 г/л H2SO4 (кислотный фактор 1,58). Извлечение титана в раствор составляет 94,6%.

Пример 7. 500 г титанокремниевого продукта, содержащего, мас.%: 50,90 TiO2; 38,10 SiO2; 1,85 CaO; 0,66 Fe2O3; 0,24 Al2O3; 0,52 (Та2O5+Nd2O5); 0,021 Ln2O3; 2,30 F; 5,41 Н2O, обрабатывают 360 мл 70%-ной серной кислоты (массовое соотношение H2SO4: TiO2=1,6:1). Расплывшуюся реакционную массу, не поддающуюся брикетированию, нагревают до 150°С и выдерживают при этой температуре в течение 5 ч. Плав охлаждают до температуры 55°С и выщелачивают водой при Т:Ж=1:2,5 в течение 3 ч. Пульпу фильтруют и получают сернокислый раствор титана, содержащий 188,5 г/л TiO2 и 324,2 г/л H2SO4 (кислотный фактор 1,72). Извлечение титана в раствор составляет 92,6%.

Основные технологические параметры и полученные результаты по Примерам 1-5 согласно заявленным параметрам, а также по Примерам 6-7 с запредельными значениями концентрации серной кислоты представлены в Таблице.

ТаблицаПример №Концентрация кислоты, %Массовое соотношение H2SO4:TiO2Температура нагревания, °СПредел прочности при сжатии брикетов, МПаКислотный фактор полученного раствора титанаИзвлечение титана в раствор, %1801,51601,71,5495,22801,61501,81,6696,03831,51552,11,5496,84851,551503,01,5897,95851,61603,11,6298,26901,51606,81,5894,67701,6150Потеря формы1,7292,6

Как видно из приведенных Примеров и Таблицы, использование предлагаемого способа обеспечивает увеличение степени извлечения титана в раствор до 95,2-98,2% при одновременном повышении технологичности способа за счет уменьшения расхода кислоты на 24-29%, снижения энергоемкости процесса и исключения спекания реакционной массы в монолитный плав. Кроме того, способ повышает качество получаемого сернокислого раствора титана за счет понижения кислотного фактора до 1,54-1,66.

Похожие патенты RU2264477C1

название год авторы номер документа
Способ переработки перовскитового концентрата 2022
  • Герасимова Лидия Георгиевна
  • Николаев Анатолий Иванович
  • Артеменков Анатолий Григорьевич
  • Маслова Марина Валентиновна
  • Тренин Андрей Дмитриевич
RU2801582C1
СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ БАДДЕЛЕИТОВОГО КОНЦЕНТРАТА 2006
  • Лебедев Валерий Николаевич
  • Локшин Эфроим Пинхусович
  • Попович Валерий Филиппович
  • Бармин Игорь Семенович
  • Ахметшина Лидия Николаевна
RU2344080C2
СПОСОБ ОЧИСТКИ БАДДЕЛЕИТОВОГО КОНЦЕНТРАТА 2006
  • Лебедев Валерий Николаевич
  • Локшин Эфроим Пинхусович
  • Бармин Игорь Семенович
  • Ахметшина Лидия Николаевна
  • Забальский Дмитрий Викторович
RU2356839C2
СПОСОБ ОЧИСТКИ БАДДЕЛЕИТОВОГО КОНЦЕНТРАТА 1998
  • Локшин Э.П.
  • Лебедев В.Н.
  • Богданович В.В.
  • Новожилова В.В.
  • Попович В.Ф.
RU2139250C1
СПОСОБ ОБОГАЩЕНИЯ ЛЕЙКОКСЕНОВОГО КОНЦЕНТРАТА 1993
  • Голдин Б.А.
  • Истомин П.В.
  • Рябков Ю.И.
  • Секушин Н.А.
  • Швейкин Г.П.
RU2075529C1
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТИТАНСОДЕРЖАЩЕГО КОНЦЕНТРАТА 2011
  • Герасимова Лидия Георгиевна
  • Николаев Анатолий Иванович
  • Маслова Марина Валентиновна
  • Яковенчук Виктор Нестерович
  • Иванюк Григорий Юрьевич
  • Кривовичев Сергей Владимирович
RU2467953C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОЕДИНЕНИЙ ВАНАДИЯ 1998
  • Фетисов В.И.
  • Комратов Ю.С.
  • Тетюхин В.В.
  • Мизин В.Г.
  • Малышев С.В.
  • Суслов А.П.
  • Кузовков А.Я.
  • Гришечкин А.И.
  • Добош В.Г.
  • Глаголенко Ю.В.
  • Дрожко Е.Г.
  • Уфимцев В.П.
  • Холодков А.В.
  • Грибов А.А.
  • Куклинский М.И.
  • Беловодченко А.И.
  • Аршанский М.И.
  • Трубин А.Н.
  • Аликин В.И.
  • Александров В.К.
  • Светлаков С.В.
RU2124479C1
СПОСОБ ОЧИСТКИ БАДДЕЛЕИТОВОГО КОНЦЕНТРАТА 2006
  • Попович Валерий Филиппович
  • Бармин Игорь Семенович
  • Ахметшина Лидия Николаевна
  • Забальский Дмитрий Викторович
RU2343117C2
СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЛАНТАНОИДОВ ИЗ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ 2010
  • Локшин Эфроим Пинхусович
  • Тареева Ольга Альбертовна
RU2443630C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОАГУЛЯНТА 1992
  • Захаров В.И.
  • Петрова В.И.
RU2039711C1

Реферат патента 2005 года СПОСОБ РАЗЛОЖЕНИЯ ТИТАНОКРЕМНИЕВОГО СЫРЬЯ

Изобретение относится к технологии переработки титанокремниевого сырья и может быть использовано для производства высококачественных продуктов на основе титана. В качестве исходного сырья используют титанокремниевый продукт азотно-фторидного разложения сфенового концентрата и обрабатывают его 80-85%-ной серной кислотой. Титанокремниевый продукт имеет состав, мас.%: 48,80-50,90 TiO2; 36,50-38,10 SiO2; 1,78-1,85 CaO; 0,64-0,66 FeO3; 0,23-0,24 Al2O3; 0,50-0,52 (Ta2O5+Nb2O5); 0,020-0,021 Ln2O3; 2,20-2,30 F; 5,41-9,33 H2O. Серную кислоту и титанокремниевый продукт берут в количестве, отвечающем массовому соотношению H2SO4:TiO2=1,5-1,6:1. Реакционную массу формируют путем ее брикетирования, нагревают до 150-160°С и выдерживают при температуре нагрева. Спекшиеся хрупкие пористые брикеты охлаждают и выщелачивают водой с получением сернокислого раствора титана. Техническим результатом является повышение степени извлечения титана в раствор при одновременном повышении технологичности способа за счет уменьшения расхода кислоты, снижения энергоемкости процесса и исключения спекания реакционной массы в монолитный плав. Кроме того, способ повышает качество получаемого сернокислого раствора титана за счет снижения кислотного фактора. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Формула изобретения RU 2 264 477 C1

1. Способ разложения титанокремниевого сырья, включающий обработку его концентрированной серной кислотой, нагревание реакционной массы и ее формирование, выдержку массы при температуре нагрева, ее охлаждение и выщелачивание водой с получением серно-кислого раствора титана, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют титанокремниевый продукт азотно-фторидного разложения сфенового концентрата, при этом серную кислоту берут с концентрацией 80-85%, нагревание ведут до температуры 150-160°С, а формирование реакционной массы производят перед нагреванием путем ее брикетирования.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют титанокремниевый продукт состава, мас.%: 48,80-50,90 TiO2; 36,50-38,10 SiO2; 1,78-1,85 CaO; 0,64-0,66 Fe2O3; 0,23-0,24 Al2O3; 0,50-0,52 (Ta2O5+Nb2O5); 0,020-0,021 Ln2O3; 2,20-2,30 F; 5,41-9,33 Н2O.3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что серную кислоту и титанокремниевый продукт берут в количестве, отвечающем массовому соотношению H2SO4:TiO2=1,5-1,6:1.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2005 года RU2264477C1

ЧУПРИК В.Ф
и др
Разложение сильноизмененных титансодержащих концентратов серной кислотой
Лакокрасочные материалы и их применение
Очаг для массовой варки пищи, выпечки хлеба и кипячения воды 1921
  • Богач Б.И.
SU4A1
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ СФЕНОВОГО КОНЦЕНТРАТА 2000
  • Лебедев В.Н.
  • Руденко А.В.
RU2178769C1
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ПРИРОДНОГО И ТЕХНОГЕННОГО КРЕМНИЙ-КАЛЬЦИЙСОДЕРЖАЩЕГО КОНЦЕНТРАТА С ПРИМЕСЬЮ ФОСФОРА 2000
  • Петров В.Б.
  • Быченя Ю.Г.
  • Плешаков Ю.В.
  • Николаев А.И.
  • Васильева Н.Я.
  • Брусницын Ю.Д.
RU2174561C1
Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. 1921
  • Богач Б.И.
SU3A1
GB 1431552 А, 07.04.1976
US 5181956 A, 26.01.1993.

RU 2 264 477 C1

Авторы

Локшин Э.П.

Седнева Т.А.

Калинников В.Т.

Даты

2005-11-20Публикация

2004-04-29Подача