СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИОКСИДА ТИТАНА РУТИЛЬНОЙ МОДИФИКАЦИИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2018 года по МПК C01G23/53 C09C1/36 

Изобретения относятся к обработке соединений титана и могут быть использованы в пищевой, фармацевтической и лакокрасочной промышленности, для производства пластики и печатных красок.

Известен способ получения диоксида титана рутильной модификации [SU 929670 А1, МПК5 С09С 1/36, опубл. 23.05.1982], заключающийся в том, что солеобработку суспензии гидротированной двуокиси титана проводят сульфатом калия и фосфорной кислотой или сульфатом калия и сульфатом цинка в присутствии рутилизирующих зародышей, с последующей фильтрацией суспензии и прокаливанием отдельной пасты. На солеобработку дополнительно вводят титаниламмонийсульфат в количестве 2-3% по TiO₂ к двуокиси титана в суспензии.

Недостатком указанного способа является большое количество технологических операций, связанных с осаждением и промывкой осадка, а рутилизирующие добавки используют применительно к конечному осадку.

Известен способ получения диоксида титана рутильной модификации [RU 2061657 С1, МПК6 C01G 23/07, опубл. 10.06.1996], который включает в себя предварительное сжигание в горелке горючего и кислородсодержащего газов, подачу тетрахлорида титана и воды в реакционную зону, проведение процесса термогидролиза с получением диоксида титана. Предварительно перед подачей в реакционную зону жидкий тетрахлорид титана и воду диспергируют. Процесс сжигания в горелке производят при объемном соотношении природный газ: воздух, 1:(11-20), а процесс термогидролиза проводят при массовом отношении тетрахлорида титана к суммарному количеству водяных паров в реакционной зоне 0,3-3,0 при температуре в реакционной зоне 500-1500°С.

Недостатком этого способа является высокая температура термообработки.

Известен способ получения пигментного диоксида титана рутильной модификации [SU 1611905 А1, МПК 5 С09С 1/36, опубл. 07.12.1990], выбранный в качестве прототипа, включающий гидролиз сернокислого раствора титана, обработку полученной при этом суспензии гидратированного диоксида титана соединениями калия, магния, или оксидом алюминия, или оксидом цинка в присутствии рутилирующих зародышей и прокалку продукта (при использовании оксида алюминия прокалку ведут в течение 2 ч при 900°С). В качеств соединений магния используют оксид магния, обожженный при 700-900°С, который вводят в суспензию перед прокалкой в количестве 0,15-0,25% по отношению к диоксиду титана. Далее проводят поверхностную обработку или SiO₂, или Al₂O₃, или ZnO с последующей промывкой, фильтрацией сушкой и измельчением.

Недостатками указанного способа являются высокая температура прокалки продукта и большое количество технологических операций.

Предложенное изобретение позволяет получить пигментный диоксид титана рутильной модификации из аморфного диоксида титана.

Способ получения пигментного диоксида титана рутильной модификации так же, как в прототипе, включает обработку гидратированного диоксида титана в присутствии рутилизирующей добавки - оксида цинка, с дальнейшей промывкой продукта, фильтрацией и прокалкой.

Согласно изобретению используют аморфный диоксид титана, полученный путем осаждения раствора фтораммонийных комплексных солей титана с последующей сушкой осадка, который растворяют в дистиллированной воде и к полученной суспензии приливают соляную кислоту до pH=2. Добавляют в качестве рутилизирующей добавки или оксид цинка, или металлический цинк. Одновременно подогревают раствор до температуры 40°С и перемешивают в течении не более 3 часов, удаляют не прореагировавший металл и приливают 25% раствор аммиачной воды до pH=8. Осадок отделяют от раствора, промывают дистиллированной водой, фильтруют и прокаливают при температуре 800-850°С в течение не менее 5 часов.

Во втором варианте способ получения пигментного диоксида титана рутильной модификации так же, как в прототипе, включает обработку гидратированного диоксида титана в присутствии рутилизирующей добавки - оксида алюминия, с последующей промывкой, фильтрацией и прокалкой.

В отличие от прототипа используют аморфный диоксид титана, полученный путем осаждения раствора фтораммонийных комплексных солей титана с последующей сушкой осадка, который растворяют в дистиллированной воде, и к полученной суспензии приливают соляную кислоту до pH=2. Добавляют в качестве рутилизирующей добавки или оксид алюминия, или металлический алюминий. Одновременно подогревают раствор до температуры 40°С и перемешивают в течении не более 3 часов, удаляют не прореагировавший металл и приливают 25% раствор аммиачной воды до pH=8. Образовавшийся осадок отделяют от раствора, промывают дистиллированной водой и прокаливают при температуре 800-850°С в течение не менее 5 часов.

По сравнению с прототипом снижена температура прокалки продукта, и для получения пигментного диоксида титана рутильной модификации требуется меньшее количество технологических операций.

На фиг. 1 представлена рентгенограмма образца аморфного диоксида титана.

На фиг. 2 показана рентгенограмма образца 1, полученного предложенным способом при добавлении рутилизирующей добавки - металлического цинка.

На фиг. 3 показана рентгенограмма образца 2, полученного предложенным способом при добавлении рутилизирующей добавки - металлического алюминия.

На фиг. 4 показана рентгенограмма образца 3, полученного предложенным способом при добавлении рутилизирующей добавки - оксида цинка.

На фиг. 5 показана рентгенограмма образца 4, полученного предложенным способом при добавлении рутилизирующей добавки - оксида алюминия.

На фиг. 6 показана рентгенограмма для диоксида титана рутильной модификации, используемая в качестве эталона, при сравнении результатов.

В таблице 1 представлены результаты получения диоксида титана рутильной модификации.

Для осуществления способа получения диоксида титана рутильной модификации использовали аморфный диоксида титана, полученный путем осаждения раствора фтораммонийных комплексных солей титана с последующей сушкой осадка при температуре 200°С в течение 5 часов [RU 2365647 С1].

Навеску аморфного диоксида титана массой 11 г перенесли в химический стакан, растворили в дистиллированной в воде из расчета 200 г/л по TiO₂, прилили соляную кислоту до pH=2 и добавили рутилизирующую добавку (или Zn, или Al, или Al₂O₃, или ZnO). Используя мешалку с подогревом, одновременно подогрели раствор до температуры 40°С и перемешивали в течение 3-х часов. По истечении времени реагирования из раствора удалили не прореагировавший металл и прилили 25% раствор аммиачной воды до pH=8. Образовавшийся осадок отделили от раствора с помощью фильтрации и промыли дистиллированной водой. Термообработку полученного осадка провели в муфельной печи при температуре 800-850°С в течение 5 часов.

В зависимости от вида рутилизирующей добавки количество ее определяется в интервале 1-8% в пересчете на количество соответствующего оксида в образце TiO₂ (таблица 1).

Структуру кристаллической решетки полученных образцов по опыту №1-4 определили с помощью рентгенофазового анализа на рентгеновском дифрактометре XRD-7000S фирмы Shimadzu. В результате термообработки происходит перекристаллизация анатазной формы (фиг. 1) в рутильную (фиг. 2-5).

Как видно из сравнения рентгенограмм на фиг. 6, предложенный способ позволяет получить пигментный диоксид титана с содержанием 97% рутильной формы кристаллической решетки из аморфного диоксида титана.

Полученный пигментный диоксид титана представляет собой порошок, который может быть использован в лакокрасочной промышленности.

Изобретение может быть использовано в пищевой, химической, фармацевтической и лакокрасочной промышленности. Способ получения пигментного диоксида титана рутильной модификации включает обработку гидратированного диоксида титана в присутствии рутилизирующей добавки. Используют аморфный диоксид титана, полученный путем осаждения раствора фтораммонийных комплексных солей титана с последующей сушкой осадка. Осадок растворяют в дистиллированной воде. К полученной суспензии приливают соляную кислоту до pH=2. В качестве рутилизирующей добавки вводят оксид цинка, или металлический цинк, или оксид алюминия, или металлический алюминий. Одновременно подогревают раствор до температуры 40°C и перемешивают в течение не более 3 часов. Удаляют непрореагировавший металл и приливают 25% раствор аммиачной воды до pH=8. Осадок отделяют от раствора, промывают дистиллированной водой, фильтруют и прокаливают при температуре 800-850°C в течение не менее 5 часов. Изобретение позволяет снизить температуру прокалки продукта, уменьшить количество технологических операций. 2 н.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

1. Способ получения пигментного диоксида титана рутильной модификации, включающий обработку гидратированного диоксида титана в присутствии рутилизирующей добавки с дальнейшей промывкой продукта, фильтрацией и прокалкой, отличающийся тем, что используют аморфный диоксид титана, полученный путем осаждения раствора фтораммонийных комплексных солей титана, с последующей сушкой осадка, который растворяют в дистиллированной воде и к полученной суспензии приливают соляную кислоту до pH=2, добавляют в качестве рутилизирующей добавки или оксид цинка, или металлический цинк, одновременно подогревают раствор до температуры 40°C и перемешивают в течение не более 3 часов, удаляют непрореагировавший металл и приливают 25% раствор аммиачной воды до pH=8, осадок отделяют от раствора, промывают дистиллированной водой, фильтруют и прокаливают при температуре 800-850°C в течение не менее 5 часов.

2. Способ получения пигментного диоксида титана рутильной модификации, включающий обработку гидратированного диоксида титана в присутствии рутилизирующей добавки с последующей промывкой, фильтрацией и прокалкой, отличающийся тем, что используют аморфный диоксид титана, полученный путем осаждения раствора фтораммонийных комплексных солей титана, с последующей сушкой осадка, который растворяют в дистиллированной воде и к полученной суспензии приливают соляную кислоту до pH=2, добавляют в качестве рутилизирующей добавки или оксид алюминия, или металлический алюминий, одновременно подогревают раствор до температуры 40°C и перемешивают в течение не более 3 часов, удаляют непрореагировавший металл и приливают 25% раствор аммиачной воды до pH=8, образовавшийся осадок отделяют от раствора, промывают дистиллированной водой и прокаливают при температуре 800-850°C в течение не менее 5 часов.