СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ КИСЛЫХ ТИТАНСОДЕРЖАЩИХ РАСТВОРОВ Российский патент 2023 года по МПК C01G23/00 C22B3/26 B01D11/04 

Изобретение относится к области цветной металлургии и, в частности, к способу переработки кислых титансодержащих растворов с получением диоксида титана или солей титана (III), для нужд различных отраслей промышленности. В качестве основных потребителей можно обозначить получение катализаторов, реагентов для аналитических целей и очистки воды.

Известен способ переработки кислых титансодержащих растворов производства диоксида титана из ильменита, включающий термическое разложение с получением SO₂ и нейтрализации известковым молоком с получением гипса для стройматериалов и попутным извлечением гидроксида титана [Гимаев Р.Н., Кондаков Д.И., Сюняев З.И. и др. Современные методы утилизации сернокислотных отходов нефтепереработки и нефтехимии. М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1973. - 97 с.].

Высокая технологическая и экологическая опасность и крайне высокие энергозатраты.

Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является способ переработки жидких отходов производства диоксида титана (Патент RU 2651019, 18.04.2018), включающий в себя последовательные процессы экстракции скандия и титана с последующей реэкстракцией кислотами и щелочами.

Недостатком описанного способа является отсутствие возможности прямого получения высокодисперсного нанокристаллического диоксида титана из десорбата сорбции титана ввиду большого содержания серной кислоты и высокого уровня загрязнения кремнием.

Известен способ переработки кислых титансодержащих растворов, включающий процессы двухстадийной экстракции и реэкстрации с использованием кислот, щелочей и пероксида водорода (RU 2016137413, 19.09.2016)

Недостатками указанного способа является сложная аппаратурная схема и высокие энергозатраты.

Наиболее близким к заявляемому изобретению (прототип) по технической сущности и достигаемому результату является способ переработки гидролизной серной кислоты, включающий экстракцию соединений титана на ионитах, с последующей реэкстракцией, осаждением и отжигом (Патент RU 2709369, 17.12.2019)

Недостатками изобретения являются высокие энергозатраты на процесс обжига, высокий расход щелочных реагентов и многоступенчатость процесса

Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение стоимости процесса, использование в качестве сырья крупнотоннажных отходов, расширение спектра получаемых продуктов.

Поставленная задача решается способом переработки кислых титансодержащих растворов, включающий экстракционное извлечение титана из кислого раствора ди-(2-этилгексил) фосфорной кислотой, обработку полученного экстрагента раствором серной или соляной кислотой с добавкой пероксида водорода, при этом в качестве исходных растворов используют кислые сульфат-титансодержащие растворы переработки диопсида или красного шлама с содержанием соединений титана от 5 до 20 г/л, сульфатный раствор, полученный в результате обработки экстрагента раствором серной или соляной кислоты с добавкой пероксида водорода, подвергают электролизу на титановых, алюминиевых или железных электродах при плотности тока 10-30 А/дм2 с получением сульфата титана (III) и диоксида титана в форме титановой кислоты H4TiO4.

Сущность предлагаемого способа и достигаемые результаты более наглядно могут быть проиллюстрированы следующими примерами

ПРИМЕР 1

Сернокислый раствор (10% масс.) объемом 1 литр переработки диопсида с содержанием соединений титана 10 г/л обрабатывают 100 мл Ди-(2-Этилгексил) фосфорной кислоты. Степень извлечения титана из раствора составила 99%. Полученный жидкий экстрагент обрабатывают раствором серной кислоты 10% масс с добавкой 2% пероксида водорода. Степень извлечения соединений титана в раствор - 95%. Полученный сульфатный раствор подвергают электролизу на алюминиевом электроде при плотности тока 10 А/дм² в течение 30 минут. Выход сульфата титана (III) - 53%, диоксида титана в форме титановой кислоты - 47% (H₄TiO₄).

ПРИМЕР 2

Сернокислый раствор (10% масс.) переработки диопсида объемом 1 литр с содержанием соединений титана 5 г/л обрабатывают 50 мл Ди-(2-Этилгексил) фосфорной кислоты. Степень извлечения титана из раствора составила 99%. Полученный жидкий экстрагент обрабатывают раствором серной кислоты 10% масс с добавкой 2% пероксида водорода. Степень извлечения соединений титана в раствор - 95%. Полученный сульфатный раствор подвергают электролизу на титановом электроде при плотности тока 30 А/дм² в течение 10 минут. Выход сульфата титана (III) - 17%, диоксида титана в форме титановой кислоты - 83% (H₄TiO₄).

ПРИМЕР 3

Сернокислый раствор (10% масс.) переработки диопсида объемом 1 литр с содержанием соединений титана 20 г/л обрабатывают 200 мл Ди-(2-Этилгексил) фосфорной кислоты. Степень извлечения титана из раствора составила 99%. Полученный жидкий экстрагент обрабатывают раствором серной кислоты 10% масс с добавкой 2% пероксида водорода. Степень извлечения соединений титана в раствор - 95%. Полученный сульфатный раствор подвергают электролизу на железном электроде при плотности тока 20 А/дм² в течение 20 минут. Выход сульфата титана (III) - 42%, диоксида титана в форме титановой кислоты - 58% (H₄TiO₄).

ПРИМЕР 4

Сернокислый раствор (10% масс.) переработки красного шлама объемом 1 литр с содержанием соединений титана 5 г/л обрабатывают 50 мл Ди-(2-Этилгексил) фосфорной кислоты. Степень извлечения титана из раствора составила 97%. Полученный жидкий экстрагент обрабатывают раствором серной кислоты 10% масс с добавкой 2% пероксида водорода. Степень извлечения соединений титана в раствор - 93%. Полученный сульфатный раствор подвергают электролизу на железном электроде при плотности тока 20 А/дм² в течение 20 минут. Выход сульфата титана (III) - 39%, диоксида титана в форме титановой кислоты - 61% (H₄TiO₄).

ПРИМЕР 5

Сернокислый раствор (10% масс.) объемом 1 литр переработки красного шлама с содержанием соединений титана 10 г/л обрабатывают 100 мл Ди-(2-Этилгексил) фосфорной кислоты. Степень извлечения титана из раствора составила 97%. Полученный жидкий экстрагент обрабатывают раствором серной кислоты 10% масс с добавкой 2% пероксида водорода. Степень извлечения соединений титана в раствор - 97%. Полученный сульфатный раствор подвергают электролизу на алюминиевом электроде при плотности тока 10 А/дм² в течение 30 минут. Выход сульфата титана (III) - 50%, диоксида титана в форме титановой кислоты - 50% (H₄TiO₄).

ПРИМЕР 6

Сернокислый раствор (10% масс.) переработки красного шлама объемом 1 литр с содержанием соединений титана 20 г/л обрабатывают 200 мл Ди-(2-Этилгексил) фосфорной кислоты. Степень извлечения титана из раствора составила 99%. Полученный жидкий экстрагент обрабатывают раствором серной кислоты 10% масс с добавкой 2% пероксида водорода. Степень извлечения соединений титана в раствор - 98%. Полученный сульфатный раствор подвергают электролизу на железном электроде при плотности тока 20 А/дм² в течение 20 минут. Выход сульфата титана (III) - 47%, диоксида титана в форме титановой кислоты - 53% (H₄TiO₄)..

ПРИМЕР 7

Сернокислый раствор (10% масс.) переработки красного шлама объемом 1 литр с содержанием соединений титана 20 г/л обрабатывают 200 мл Ди-(2-Этилгексил) фосфорной кислоты. Степень извлечения титана из раствора составила 99%. Полученный жидкий экстрагент обрабатывают раствором соляной кислоты 10% масс с добавкой 2% пероксида водорода. Степень извлечения соединений титана в раствор - 91%. Полученный сульфатный раствор подвергают электролизу на железном электроде при плотности тока 20 А/дм² в течение 20 минут. Выход сульфата титана (III) - 43%, диоксида титана в форме титановой кислоты - 57% (H₄TiO₄).

ПРИМЕР 8

Сернокислый раствор (10% масс.) переработки диопсида объемом 1 литр с содержанием соединений титана 20 г/л обрабатывают 200 мл Ди-(2-Этилгексил) фосфорной кислоты. Степень извлечения титана из раствора составила 99%. Полученный жидкий экстрагент обрабатывают раствором соляной кислоты 10% масс с добавкой 2% пероксида водорода. Степень извлечения соединений титана в раствор - 88%. Полученный сульфатный раствор подвергают электролизу на железном электроде при плотности тока 20 А/дм² в течение 20 минут. Выход сульфата титана (III) - 44%, диоксида титана в форме титановой кислоты - 56% (H₄TiO₄).

ПРИМЕР 9

Сернокислый раствор (10% масс.) объемом 1 литр переработки диопсида с содержанием соединений титана 10 г/л обрабатывают 100 мл Ди-(2-Этилгексил) фосфорной кислоты. Степень извлечения титана из раствора составила 99%. Полученный жидкий экстрагент обрабатывают раствором соляной кислоты 10% масс с добавкой 2% пероксида водорода. Степень извлечения соединений титана в раствор - 93%. Полученный сульфатный раствор подвергают электролизу на алюминиевом электроде при плотности тока 10 А/дм² в течение 30 минут. Выход сульфата титана (III) - 59%, диоксида титана в форме титановой кислоты - 41% (H₄TiO₄).

ПРИМЕР 10

Сернокислый раствор (10% масс.) объемом 1 литр переработки красного шлама с содержанием соединений титана 10 г/л обрабатывают 100 мл Ди-(2-Этилгексил) фосфорной кислоты. Степень извлечения титана из раствора составила 97%. Полученный жидкий экстрагент обрабатывают раствором соляной кислоты 10% масс с добавкой 2% пероксида водорода. Степень извлечения соединений титана в раствор - 94%. Полученный сульфатный раствор подвергают электролизу на алюминиевом электроде при плотности тока 10 А/дм² в течение 30 минут. Выход сульфата титана (III) - 57%, диоксида титана в форме титановой кислоты - 43% (H₄TiO₄).

Из представленных примеров можно сделать вывод, что отказ от обжига позволит значительно упростить аппаратурную схему и снизить энергозатраты, при этом проведение процесса электролиза на указанных в примерах анодах позволит получать хлорид или сульфат титана (III) - ценный и востребованный реагент, что позволит дополнительно повысить рентабельность процесса переработки. Проведение процесса на других электродах не позволит получать соединения титана (III), а выход сверх установленных условиями плотностей тока будет приводить к избыточному разогреву реакционной смеси и термогидролитическому разложению соединений титана (III). Более низкие плотности тока существенно замедляют процесс восстановления соединений титана и окисления пероксида водорода. Выход за указанные содержания соединений титана либо снижают эффективность извлечения (при концентрации менее 5 г/л) либо увеличивают время разрушения комплекса (при концентрации свыше 20 г/л) и приводит к перегреву реакционной смеси (увеличение энергозатрат) и разрушению продуктов. В качестве получаемых продуктов можно выделить соли титана (III) - катализаторы, аналитические реагенты, реагенты для очистки воды, а также диоксид титана - пигмент, катализатор, компонент покрытий.

Изобретение относится к области цветной металлургии и, в частности, к способу переработки кислых титансодержащих растворов с получением диоксида титана или солей титана (III) для нужд различных отраслей промышленности. В качестве основных потребителей можно обозначить получение катализаторов, реагентов для аналитических целей и очистки воды. Переработка кислых титансодержащих растворов включает экстракционное извлечение титана из кислого раствора ди-(2-этилгексил) фосфорной кислотой, обработку полученного экстрагента раствором серной или соляной кислоты с добавкой пероксида водорода. В качестве исходных растворов используют кислые сульфат-титансодержащие растворы переработки диопсида или красного шлама с содержанием соединений титана от 5 до 20 г/л. Сульфатный раствор, полученный в результате обработки экстрагента раствором серной или соляной кислоты с добавкой пероксида водорода, подвергают электролизу на титановых, алюминиевых или железных электродах при плотности тока 10-30 А/дм² с получением сульфата титана (III) и диоксида титана в форме титановой кислоты H₄TiO₄. Способ позволяет использовать в качестве сырья крупнотоннажные отходы с расширением спектра получаемых продуктов в виде диоксида титана и соединений титана (III). 10 пр.

Способ переработки кислых титансодержащих растворов, включающий экстракционное извлечение титана из кислого раствора ди-(2-этилгексил) фосфорной кислотой, обработку полученного экстрагента раствором серной или соляной кислоты с добавкой пероксида водорода, отличающийся тем, что в качестве исходных растворов используют кислые сульфат-титансодержащие растворы переработки диопсида или красного шлама с содержанием соединений титана от 5 до 20 г/л, сульфатный раствор, полученный в результате обработки экстрагента раствором серной или соляной кислоты с добавкой пероксида водорода, подвергают электролизу на титановых, алюминиевых или железных электродах при плотности тока 10-30 А/дм² с получением сульфата титана (III) и диоксида титана в форме титановой кислоты H₄TiO₄.