СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИОКСИДА ТИТАНА Российский патент 2013 года по МПК C01G23/53 C22B3/08 

Изобретение относится к области пирогидрометаллургии, в частности к технологии получения диоксида титана из титансодержащего сырья, предназначено для усовершенствования технологических процессов переработки и растворения титановых руд, и может быть использовано в лакокрасочной промышленности для получения белого пигмента, в производстве катализаторов, пластмасс, диэлектриков и других отраслях промышленности

Известен способ переработки титансодержащего сырья, основанный на увеличении растворимости минерала за счет спекания его с фторидным реагентом с последующей термообработкой профторированной массы для разделения продуктов фторирования путем возгонки (RU 2365647 С2, 2009 г.), недостатком которого является использование агрессивных фторидных сред и дорогостоящих реагентов, таких как фторид аммония.

Этот недостаток устранен в сульфатных способах получения диоксида титана с использованием концентрированной серной кислоты, однако, как следует из известных аналогов, выщелачивание диоксида титана из ильменита сульфатным способом требует большого количества концентрированной серной кислоты,

Так известен сульфатный способ получения диоксида титана (RU 2102324 С1, 1998 г.), включающий обработку сырья (тетрахлорида титана) 20-55% раствором серной кислоты с образованием промежуточного продукта, содержащего растворенный гидрат титанилсульфата, кристаллизацию гидрата титанилсульфата путем нагрева до 130-150°С в присутствии 60-70% раствора серной кислоты, отделение кристаллизованного гидрата титанилсульфата посредством фильтрации и растворение в водной среде, гидролиз этого раствора, фильтрацию и обжиг полученного гидратированного диоксида титана.

Недостатками этого аналога являются, во-первых, использование серной кислоты высокой концентрации, что уменьшает срок службы оборудования, а во-вторых, высокие требования к исходному сырью, т.к. в качестве титансодержащего сырья в нем можно использовать только тетрахлорид титана.

Наиболее близким аналогом (прототипом) изобретения является способ получения диоксида титана (патент RU 2315123 С2, 2008 г.), основанный на сульфатном методе получения конечного продукта и включающий в себя формирование шихты, при котором измельчают титансодержащее сырье; выщелачивание титансодержащего материала раствором серной кислоты концентрации 40-70% с образованием щелока; осаждение сульфата железа из щелока; экстракцию из щелока растворителем титанилсульфата; гидролиз титанилсульфата с образованием TiO(OH)₂ и заключительный обжиг TiO(OH)₂ с образованием TiO₂ в виде механически устойчивых гранул.

К недостаткам прототипа следует отнести необходимость значительных затрат, связанных с высоким расходом концентрированной серной кислоты и, соответственно, высокими требованиями к оборудованию, обусловленными протеканием процесса в агрессивной среде повышенного уровня.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, направлена на устранение недостатков прототипа и разработку технологии, которая позволяет проводить процесс получения диоксида титана из титансодержащего сырья с меньшими затратами путем снижения уровня агресивности среды.

Технический результат, получаемый при реализации изобретения, заключается в снижении концентрации серной кислоты на стадии выщелачивания сырья за счет повышения растворимости титансодержащего сырья.

Технический результат достигается тем, что в способ получения диоксида титана, при котором проводят формирование шихты, выщелачивание в растворе серной кислоты с образованием титанилсульфата TiOSO₄ и сульфатов железа FeSO₄ и Fe₂(SO₄)₃, последующие осаждение сульфата железа FeSO₄ и гидролиз титанилсульфата TiOSO₄ с получением гидратированного диоксида титана TiO(OH)₂ и заключительный его обжиг, согласно изобретению формирование шихты ведут с добавлением в нее гидросульфата калия KHSO₄, перед выщелачиванием полученную смесь сплавляют при температуре 300-400°С с получением плава, содержащего титанат калия K₂TiO₃, после чего осуществляют выщелачивание плава, используя раствор серной кислоты концентрацией 5-10%.

При этом при формировании шихты титансодержащий концентрат смешивают с гидросульфатом калия в массовом соотношении 1:7.

В частных случаях реализации способа для ускорения процесса выщелачивание плава ведут при постоянном или периодическом подогреве используемого раствора.

Поскольку на стадии формирования шихты титансодержащий компонент (например, ильменит) смешивается с гидросульфатом калия и подвергается сплавлению при определенной температуре, в образовавшемся плаве в результате химической реакции между титансодержащим компонентом и гидросульфатом калия, титан переходит в состав более растворимого соединения - титаната калия K₂TiO₃, что обеспечивает возможность проведение следующей стадии - выщелачивания плава - в растворе серной кислоты с меньшей, чем в известных аналогах и прототипе, концентрацией (5-10%.). Это позволяет уменьшить количество серной кислоты на стадии выщелачивания, а достигаемое снижение концентрации серной кислоты способствует увеличению срока службы оборудования, т.к. уменьшается скорость коррозии.

Предлагаемый сульфатный способ получения диоксида титана включает в себя следующие технологические этапы:

- Формирование шихты, при котором титансодержащии концентрат смешивают с гидросульфатом калия в массовом соотношении 1:7 и измельчают.

- Сплавление шихты проводят при температуре 300-400°С с образованием плава, в котором в результате химической реакции между титансодержащим сырьем и гидросульфатом калия образуется титанат калия - химически более активный компонент в сравнении с титанатом железа, основно компонента титансодержащего сырья - ильменита.

- Выщелачивание полученного плава в растворе серной кислоты с концентрацией 5-10% с подогревом раствора или без подогрева.

- Осаждение сульфата железа, при котором восстанавливают в полученном после выщелачивания растворе (щелоке) трехвалентное железо до двухвалентного. Образовавшийся раствор отстаивают и подают на черную фильтрацию. В отфильтрованном растворе при охлаждении выкристаллизовывают железный купорос и отделяют его от исходного раствора на центрифугах.

- Экстракцию из щелока титанилсульфата.

- Гидролиз титанилсульфата. Гидролиз проводят методом введения зародышей (их готовят, осаждая TiO(OH)₂ из растворов сульфата титана гидроксидом натрия). На этапе гидролиза образующиеся частицы гидратов диоксида титана обладают высокой адсорбционной способностью, особенно по отношению к солям Fe3+, именно по этой причине на предыдущей стадии трехвалентное железо восстанавливается до двухвалентного. Варьируя условия проведения гидролиза (концентрацию, длительность стадий, количество зародышей, кислотность и т.п.), можно добиться выхода частиц гидролизата с заданными свойствами, в зависимости от предполагаемого применения.

- Обжиг гидрата диоксида титана. В процессе обжига отщепляется гидратированная влага и полученному диоксиду титана придаются пигментные свойства. Продукт измельчают в две стадии и передают на поверхностную обработку.

Пример 1.

При формирование шихты, измельченный титансодержащий концентрат (ильменит) массой 100 г смешивают с гидросульфатом калия массой 700 г. После сплавления шихты с образованием плава проводят его выщелачивание в растворе серной кислоты с концентрацией 10%. В полученном после выщелачивания растворе (щелоке) трехвалентное железо восстанавливают до двухвалентного. Образовавшийся раствор отстаивают и подают на черную фильтрацию. В отфильтрованном растворе при охлаждении выкристаллизовывают железный купорос и отделяют его от исходного раствора на центрифугах. После экстракции из щелока титанилсульфата его подвергают гидролизу с образованием TiO(OH)₂, который подвергают обжигу с образованием TiO₂.

Пример 2.

При формирование шихты, измельченный титансодержащий концентрат (ильменит) массой 100 г смешивают с гидросульфатом калия массой 700 г. После сплавления шихты с образованием плава проводят его выщелачивание в растворе серной кислоты с концентрацией 5%, разогревая реагирующую смесь до 80°С. В полученном после выщелачивания растворе (щелоке) трехвалентное железо восстанавливают до двухвалентного. Образовавшийся раствор отстаивают и подают на черную фильтрацию. В отфильтрованном растворе при охлаждении выкристаллизовывают железный купорос и отделяют его от исходного раствора на центрифугах. После экстракции из щелока титанилсульфата его подвергают гидролизу с образованием TiO(OH)₂, который подвергают обжигу с образованием TiO₂.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Для получения диоксида титана формируют шихту, проводят выщелачивание в растворе серной кислоты для образования титанилсульфата TiOSO₄ и сульфатов железа FeSO₄ и Fe₂(SO₄)₃, последующее осаждение сульфата железа FeSO₄ и гидролиз титанилсульфата TiOSO₄ с получением гидратированного диоксида титана TiO(ОН)₂ и обжиг. Формирование шихты ведут с добавлением в нее гидросульфата калия KHSO₄. Перед выщелачиванием полученную смесь сплавляют при температуре 300-400°С с получением плава, содержащего титанат калия K₂TiO₃. После этого осуществляют выщелачивание плава, используя раствор серной кислоты концентрацией 5-10%. Изобретение позволяет снизить концентрацию серной кислоты, используемой при выщелачивании, увеличить срок службы технологического оборудования. 2 з.п. ф-лы, 2 пр.

1. Способ получения диоксида титана, при котором проводят формирование шихты, выщелачивание в растворе серной кислоты для образования титанилсульфата TiOSO₄ и сульфатов железа FeSO₄ и Fe₂(SO₄)₃, последующее осаждение сульфата железа FeSO₄ и гидролиз титанилсульфата TiOSO₄ с получением гидратированного диоксида титана TiO(OH)₂ и заключительный его обжиг,
отличающийся тем, что
формирование шихты ведут с добавлением в нее гидросульфата калия KHSO₄, перед выщелачиванием полученную смесь сплавляют при температуре 300-400°С с получением плава, содержащего титанат калия K₂TiO₃, после чего осуществляют выщелачивание плава, используя раствор серной кислоты с концентрацией 5-10%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при формировании шихты титансодержащий концентрат смешивают с гидросульфатом калия в массовом соотношении 1:7.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс выщелачивания плава ускоряют путем постоянного или периодического подогрева используемого раствора серной кислоты.