Способ переработки сфенового концентрата Советский патент 1992 года по МПК C01G23/00 C09C1/36 

Недостатком этого способа является относительно невысокое извлечение титана в пигмент (как указано в описании данного изобретения, оно составляет .до 92%). Кроме того, поскольку процесс разложения сфеноЕ(Ого концентрата по данному способу состоит из отдельных стадий, которые могут протекать одновременно (подробнее об этом показано ниже), реализация способа в промышленных условиях затруднена (возможно самопроизвольное осаждение твердых сульфатов титана в осадок до начала выдерживания жидкой части и вследствие этого снижение выхода по процессу).

Целью изобретения является повышение извлечения титана в конечный продукт.

Известно, что процесс разложения различных титансодержащих материалов раствором серной кислоты, содержащей 95..0 1100 г/м H2S04, реализуется через ряд стадий. Сначала происходит разрушение крист аллической решетки материала и образование (применительно к сфену) сульфата кальция, гидратированного диоксида кремния, сульфатополититановых соединений, в которых молярное отношение SOa/TiOa менее 1. Затем происходит дальнейшая сульфатизация сульфатополититановых соединений, приводящая к увеличению молярного отношения ЗОз/ТЮ2 до 1 и к накоплению в растворе сульфатов титана (IV). Вследствие малой растворимости последних в концентрированных растворах серной кислоты начинается кристаллизация твердых сульфатов титана (IV), в которых отношение 50з/Т02 также равно 1.

Приведенная разбивка процесса сульфатизации на отдельные стадии является достаточно условной, поскольку четких временных границ отдельных стадий нет, они (стадии), как правило, совмещены во времени. К тому же, продукты реакции находятся в неравновесных условиях(пересыщенные по TiOa серно-кислые растворы, содержащие и значительные количества твердой фазы), что также дестабилизирует процесс и может снижать извлечение ТЮ2 на операции разложения. Особенно это заметно при реализации данного способа в опытных и опытно-промышленных условиях (где требуется определенное время на нагрев, охлаждение реакционной смеси, накопление, опорожнение аппаратов, отделение твердой фазы и т.д.), так, как правило, наступает самопроизврльная кристаллизация твердых сульфатов титана (IV) до отделения (или при отделении) кальциево-силикатной фазы от раствора сульфатов титана (iV).

Установлено, что разложение сфенового концентрата . с высоким выходом по ТЮа можно осуществить при 130- 155°С растворами серной кислоты, содержащим 700 800 г/дм H2S04. Поскольку температуры кипения этих растворов составляют 124,4°С (для кислоты с массовой концентрацией H2S04 700 г/дм, массовой долей H2S04 50%) и 132,0°С(для кислоты с массовой концентрацией H2S04 800 г/дм, массовой долей H2S04 55%), учитывая, что в ходе процесса сульфатизации массовая концентрация H2S04 в растворе снижается, процесс сульфатизации необходимо проводить

5 в герметичном annapaje (автоклаве). Развиваемые при этом давлении не превышают 2,4 атм и могут быть рассчитаны по известной формуле.

Процесс, разложения сфенового концентрата по предлагаемому способу можно проводить в стальных эмалированных аппаратах.с перемешивающими устройствами, серийно выпускаемых отечественной промышленностью и применяемых в настоящее время на отдельных стадиях производства пигментного диоксида титана.

Существенность отличий заключ.ается в следующем.

По известному способу (прототипу) для

0 разложения сфенового концентрата используются растворы серной кислоты, содержащие 950 - 1100 г/дм H2S04 (массовая доля H2S04 62,5 - 69,0%). По предлагаемому способу используются растворы серной кислоты, содержащие 700 - 800 г/дм, H2S04 (массовая доля H2S04 50 - 55%). То есть в последнем случае выше растворимость сульфатов титана (IV), меньше пересыщение в системе, а значит, снижена возможность

0 преждевременной, неуправляемой кристаллизации твердых сульфатов титана (IV) из жидкой части. Применение для разложения менее концентрированных растворов серной кислоты обеспечивается путем

5 использования автоклавной аппаратуры. Укрепление жидкой части перед выдерживанием концентрированной серной кислотой до содержания 950 - 1100 г/дм обеспечивает возможность более полного

0 проведения кристаллизации твердых сульфатов титана (IV) из раствора. За счет изменения массовой концентрации серной кислоты на отдельных стадиях разложения и использования автоклавного оборудования, решена задача повышения извлечения диоксида титана в растворимые сульфаты титана (IV) пблупродукт производства пигментного диоксида титана.

Ниже проводятся конкретные примеры осуществления процесса разложения сфенового концентрата растворами серной кислоты,

П р и м е р 1 (по прототипу). Берут 0,5 кг сфенового концентрата, содержащего 30 мас.% диоксида титана, смешивают его с 1,5 дм раствора серной кислоты, содержащей 1030 г/дмЗ HaSO. Смесь нагревают до 140°С и выдерживают в течение 3,5 ч. Суспензию (I) охлаждают до 110°С в течение 0,2 ч, твердый осадок отделяют на воронке Бюхнера от жидкой фазы, Масса твердого осадка (f) 0,805 кг, массовая доля Т102 в нем 1,7%. Жидкую фазу (I) нагревают до 140°С и выдерживают при этой температуре 3,0 ч до массовой концентрации в ней Ti02 1,0 г/дм. Суспензию (II) твердых сульфатов титана (IV) после охлаждения до 60°С фильтруют, на воронке Бюхнера (объем фильтрата 1,1 дм. Получают 0,340 кг осадка (II) с массовой долей TI02 39,8%,

Выход ТЮ2 из сфенового концентраТ1а в твердые сульфаты титана (1 составляет 90,2 мас,%.

Здесь и далее в примерах для краткости дополнительными индексами обозначаются следующие полупродукты: суспензия (I)суспензия кальциево-силикатной фазы в растворе сульфата титана (IV) после разложения: осадок (I)-осадок кальциево-силикатной фазы после его отделения от суспензии (I); жидкая фаза (I) - раствор сульфата титана (tV) после его отделения от суспензии (I); суспензия (I) - суспензия твердых сульфатов титана (IV) после их кристаллизации из жидкой фазы до остаточной массовой концентрации в ней Ti02 0,5 - 3,0 осадок (II) - осадок твердых сульфатов титана (iV) после его отделения от суспензии (I).

П р и м е р 2 (по прототипу). Аналогичен примеру 1, но смесь сфенового концентрата с раствором серной кислоты выдерживают в течение 4,0 ч.

Масса осадка (I) 0,845 кг, массовая доля Ti022,7%,

Масса осадка (II) 0,315 кг, массовая доля Ti02 в нем 40,2%,

Выход Ti02 из сфенового концентрата в осадок (И) составляет 84,3 мас.%,

П р и м е р 3 (по прототипу). Аналогичен примеру 1, но суспензию (1) охлаждают до 80°С в течение 0,5 ч.

Масса осадка (I) 0,850 кг, массовая доля Ti022,3%.

Масса осадка (II) 0,318 кг, массовая доля ТЮ2 в нем 40,7%.

Выход Ti02 на стадии разложения составляет 86,2 мас.%,

П р и м е р 4 (по изобретению). Берут 0,5 кг сфенового концентрата, содержащего 30 мас.% диоксида титана, смешивают

его с 1,5 дм раствора серной кислоты, содержащей г/дм H2S04. Смесь помещают в автоклав с внутренним эмалевым покрытием, автоклав герметизируют, нагревают до и выдерживают в течение 4,0 ч. Суспензию (I) охлаждают в автоклаве до 80°С в течение 1,0 ч, автоклав раскрывают, твердый осадок отделяют на воронке Бюхнера от жидкой фазы. 0 Масса осадка (I) 0,824 кг, массовая доля 1102 0,7%, Жидкую фазу (I) укрепляют концентрированной серной кислотой до содержания в ней 1030г/дм Н2304, нагревают до 140°С и выдерживают при зтом температуре 3,0 ч до массовой концентрации в ней Т102 1,5 г/дм. Суспензию (II) твердых сульфатов титана (IV) после охлаждения до 60°С фильтруют на воронке Бюхнера (обьем фильтрата 1,5дм. Получают 0,358 кг осадка 0 (II) с массовой долей ТЮ2 39,6%,

Выход Ti02 из сфенового концентрата в осадок (II) составляет 94,5 мас,%.

П р и м е р 5 (по изобретению). Аналогичен примеру 4, но для разложения исполь5 зуют раствор серной кислоты, содержащей 700 г/м H2SO4.

Масса осадка (I) кг, массовая доля Т1020,8%.

Масса осадка (II) 0,354 кг, массовая доля 0 110240,0%.

Выход ТЮ2 в осадок (И) составляет 94,3 мас.%.

Примере (по изобретению). Аналогичен примеру 4, но для разложения исполь5 зуют раствор серной кислоты, содержащей 800 г/дм HaSO/i.

Масса осадка (I) 0,807 кг, массовая доля Ti020,8%,

Масса осадка (II) 0,347 кг, массовая доля 0 ТЮ240,8%.

Выход TI02 в осадок (И) составляет 94,3 мас.%.

В таблице приведены данные по выходу Ti02 из сфенового концентрата в растворимые сульфаты титана по прототипу(1-3) и в соответствии с изобретением (4 - 8), а также при условиях, выходящих за заявленные параметры (9-12).

Таким образом осуществление изобре0 тения позволяет по сравнению с прототипом повысить степень, извлечения (выход) титана в конечный продукт на 2 - 4%. Формула изобретения Способ переработки сфенового концен5 трата, включающий его разложение, раствором серной кислоты при температуре 130 150°С, отделение твердого остатка от сульфатсодержащего раствора титана, выдерживание полученного раствора при этой же температуре до остаточного содержания титана в растворе 0,5 - 3,0 г/дм в пересчете на TI02 и отделение образовавшегося осадка сульфата титана, отличающийся тем, что,с целью повышения извлечения титана в конечный продукт, разложение ведут в

автоклаве раствором, содержащим 700 800 г/дм серной кислоты, и перед выдерживанием сульфатсодержащий раствор доукрепляют серной кислотой до концентрации 950 - 1100 г/м.

Изобретение относится к способам разложения сфенового концентрата и позволяет повысить степень извлечения титана в конечный продукт. Сфеновый концентрат обрабатывают в автоклаве раствором, содержащим 700 - 800 г/дм^ серной кислоты, при 130- ISO^C. Твердый остаток отделяют от сульфатсодержащего раствора титана, раствор доукрепляют серной кислотой до концентрации 950 - 1100 г/дм"^ и выдерживают до содержания в нем остаточного титана 0,5 - 3,0 г/дм'' (в пересчете на ТЮа), выпавший осадок сульфатов титана отделяют. Выход титана из сфенового концент-. рата в конечный продукт составил 94,1 - 95,1% (в пересчете на TiOa). 1 табл.(ЛсИзобретение относится к технологии переработки титансодержащего сырья на пигментный диоксид титана, в частности к технологии переработки сфенового концентрата серно-кислотным методом.Известен способ разложения сфеново- го концентрата 50%-ной серной кислотой при 110-115°С. Разложение продолжается 28 ч, в раствор переходит до 82% ТЮа. Данный способ характеризуется низким выходом по TI02, длительностью операции разложения и невысокими малярно-техни- ческими показателями получаемого титано- кёльциевого пигмента.Известен способ переработки сфенового концентрата, включающий его разложение 7р%-ной серной кислотой при ПО^С в течение 1 ч, разбавление реакционной массы водой из расчета получения концентрации серной кислоты в жидкой фг1зе 50 -55%, выдерживание суспензии в течение 3 ч при 130°С и дозревание в течение 15 - 20 ч. Конечным продуктом данного способа также является титано-кальциевый пигмент, операция разложения характеризуется сложностью осуществления.Наиболее близким к предлагаемому является способ переработки сфенового концентрата на пигментный диоксид титана и кальциево-силикатный наполнитель, по которому разложение сфенового концентрата осуществляют раствором серной кислоты, содержащим 950-1100т/м^Н2504, при 130- 155°С в течение 1 - 4 ч. Твердый остаток отделяют, жидкую фазу выдерживают при 'тех же темп(ературах до остаточной концентрации в ней T102 0,5 - 3,0 г/м"^, после чего из образовавшейся суспензии отделяют твердую часть и перерабатывают ее известным путем на пигментный диоксид титана,тшА