Способ переработки сфенового концентрата

 

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 сфенового 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-техническими показателями получаемого титанокёльциевого 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s С 01 6 23/00, С 0 С 1/36

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,/

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4787173/26 (22) 29.01.90 (46) 15.02.92. Бюл. М 6 (71) Челябинский филиал Научно-исследова-. тельского и проектного института неорганических пигментов и судовых покрытий (72) С.Я.Корниловских, Г.Г.Самойлова, И.В. Кузнецова и А.Г.Артеменков (53) 546,82 (088,8) (56) Хазин п. Г Двуокись титана. — Л.: Химия, 1970, с.114 — 115.

Мотов Д,Л., Максимова Г.К, Сфен и его химическая переработка на титановые пигменты. — Л.: Наука, 1983, с.56 — 60;

Авторское свидетельство СССР% 1331828, кл. С 01 G. 23/00, С 09 С 1/36, 1986.

Изобретение относится к технологии переработки титансодержащего cbipb$I на пигментный диоксид титана, в частности к технологии переработки сфенового концентрата серно-кислотным методом.

Известен способ разложения сфенового концентрата 50 -ной серной кислотой при 110 — 1150С. Разложение продолжаатся

28 ч, в раствор переходит до 82 (Т10 ; Данный способ характеризуется низким выходом по TlOz, длительностью операции разложения и невысокими малярно-техническими показателями получаемого титанокальциевого пигмента, Известен способ переработки сфенового концентрата, включающий его разложение 70 ô,-ной серной кислотой при 1700С в течение 1 ч, разбавление реакционной массы водой из расчета получения концентрации серной кислоты в жидкой фазе 50— !

ЯЛ, 1712311 А1 (54) СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ СФЕНОВОГО

КОН ЦЕ НТРАТА (57) Изобретение относится к способам разложения сфенового концентрата и позволя-. ет повысить степень извлечения титана в конечный продукт. Сфеновый концентрат обрабатывают в автоклаве раствором, содержащим 700 — 800 г/дм серной кислоты, при 130- 150 С. 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 гlдм (в пересчете íà TiOz), выпавший осадок сульфатов титана отделяют. Выход титана из сфенового концент-. рата в конечный продукт составил 94,1—

95,1 (в пересчете íà TiOz). 1 табл.

55 g,, 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 тйтана и кальциево-силикатный наполнитель, по которому разложение сфенового концентрата осуществляют раствором серной кислоты, содержащим 950- l100 г/м Н2$04, при 130—

155 С в течение 1 — 4 ч. Твердый остаток отделяют, жидкую фазу выдерживают при тех же гемпературах до остаточной концентрации в ней T10z 0,5 — 3,0 г/м, после чего

3 из образовавшейся суспензии отделяют твердую часть и перерабатывают ее известным путем на пигментный диоксид титана, 1712311

Недостатком этого способа является относительно невысокое извлечение титана в пигмент (как указано в описании данного изобретения, оно составляет.до 92 7). Кроме того, поскольку процесс разложения 5 сфенового концентрата по данному способу состоит из отдельных стадий, которые могут протекать одновременно (подробнее об этом показано ниже), реализация способа в промышленных условиях за- 10 труднена (возможно самопроизвольное . осаждение твердых сульфатов титана в осадок до начала выдерживания жидкой части и вследствие этого снижение выхода по . и роцессу). 15

Целью изобретения является повышение извлечения титана в конечный продукт, Известно, что процесс разложения различных титансодержащих материалов раствором серной кислоты, содержащей 950 — 20

1100 r/M HzSO<, реализуется через ряд стадий. Сначала происходит разрушение кристаллической решетки материала и образование (применительно к сфену) сульфата кальция, гидратированного 25 диоксида кремния, сульфатополититановых соединений, в которых молярное отнош е н и е Я Оз/TI02 менее 1. 3 ате м происходит дальнейшая сульфатизация сульфатополититановых соединений, при- 30 водящая к увеличению молярного отношения ЯОз/TIOz до 1 и к накоплению в растворе сульфатов титана (И), Вследствие малой растворимости последних s концентрированных растворах серной кислоты начинается кристаллизация твердых сульфатов титана (IV), в которых отношение

ЯОз!Т!Ог также равно 1.

Приведенная "разбивка" процесса сульфатизации на отдельные стадии являет40 ся 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 (пересы45 ще н н ые по TI Oz серно-кислые растворы, содержащие и значительные количества твердой фазы), что также дестабилизирует процесс и может снижать извлечение ПО на операции разложения. Особенно это заметно 50 при реализации данного способа в опытных и опытно-промышленных условиях (где требуется определенное время на нагрев, охлаждение реакционной смеси, накопление, опорожнение аппаратов, отделение твер- 55 дой фазы и т.д.), так, как правила, наступает самопроизвольная кристаллизация твердых сульфатов титана (И) до отделения (или при отделении) кальциево-силикатной фазы от раствора сульфатов титана (IV).

Установлено, что разложение сфенового концентрата. с высоким выходом по TIOz можно осуществить при 130 — 155 С растворами серной кислоты, содержащим 700—

800 г/дм НгЯ04. Поскольку температуры кипения этих растворов составляют 124,4 С (для кислоты с массовой концентрацией

Н ЯО4 700 r/äM, массовой долей НгЯОд з

50 g,) и 132,0 С (для кислоты с массовой концентрацией HzSO4 800 г/дм, массовой долей Нр$04 55%), учитывая, что в ходе процесса сульфатизации массовая концентрация НгЯ04 в растворе снижается, процесс сульфатизации необходимо проводить в герметичном аппарате (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 заключается в следующем.

По известному способу (прототипу) для разложения сфенового концентрата используются растворы серной кислоты, содержащие 950 — 1100 гlдм НгЯ04 (массовая доля

HzS04 62,5 — 69,0%). По предлагаемому способу используются растворы серной кислоты, содержащие 700 — 800 г/дм, Н $04 (массовая доля HzS04 50 — 557), То есть в последнем случае выше растворимость сульфатов титана(И), меньше пересыщение в системе, а значит, снижена возможность преждевременной, неуправляемой кристаллизации твердых сульфатов титана (IV) из жидкой части. Применение для разложения менее концентрированных растворов серной кислоты обеспечивается путем использования автоклавной аппаратуры.

Укрепление жидкой части перед выдерживанием концентрированной серной кислотой до содержания 950 — 1100 г/дм обеспечивает возможность более полного проведения кристаллизации твердых сульфатов титана (И) 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 (И) - полупродукт производства пигментного диоксида титана, Ниже проводятся конкретные примеры . осуществления процесса разложения сфе/

1712311 6 примеру 1, но смесь сфенового концентрата с раствором серной кислоты выдерживают в течение 4 0 ч.

Масса осадка (I) 0,845 кг, массовая доля

Ti0z 2,7%.

Масса осадка (! !) 0,315 кг, массовая доля

Ti0z в нем 40,2%.

Выход Т! О из сфенового концентрата в осадок (!!) составляет 84,3 мас.%.

Пример 3 (по прототипу), Аналогичен примеру 1, но суспензию (!) охлаждают до

80 С в течение 0,5 ч.

Масса осадка (I) 0,850 кг, массовая доля

Т!о2 2,3%.

Масса осадка (I !) 0,318 кг, массовая доля

TlOz в нем 40,7%.

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

Пример 4 (по изобретению). Берут

0,5 кг сфенового концентрата, содержащего 30 мас.% диоксида титана. смешивают

50 нового концентрата растворами серной кислоты, Пример 1 (по прототипу), Берут 0,5 кг сфенового концентрата, содержащего

30 мас.% диоксида титана, смешивают 5 его с 1,5 дм раствора серной кислоты, содержащей 1030 г/дм3 HzSO<. Смесь нагревают до 140 С и выдерживают в течение

3,5 ч. Суспензию (!) охлаждают до 110ОС в течение 0,2 ч, твердый осадок отделяют на 10 воронке Бюхнера от жидкой фазы. Масса твердого осадка (!) 0,805 кг, массовая доля

Т!02 в нем 1,7%. Жидкую фазу(t) нагревают до 140 С и выдерживают при этой температуре 3,0 ч до массовой концентрации в ней 15

TIOz 1,0 г/дм . Суспензию (И) твердых сульфатов титана (И) после охлаждения до 60ОC фильтруют. на воронке Бюхнера (объем фильтрата 1,1 дмз). Получают 0,340 кг осад- ка (tl) с массовой долей TI0z 39,8%, 20

Выход TiOz из сфенового концентрата в твердые сульфаты титана (IV) составляет

90,2 мас.%.

Здесь и далее в примерах для краткОсти дополнительньп4и индексами обозначают- 25 ся следующие полупродукты: суспензия (I)— суспензия кальциево-силикатной фазы в растворе сульфата титана (IV) после разложения: осадок(1)-осадок кальциево-силикатной фазы после его отделения от суспензии (!); 30 жидкая фаза (!) — раствор сульфата титана (IV) после его отделения от суспензии (I); суспензия (И) — суспензия твердых сульфатов титана (IV) после их кристаллизации из жидкой фазы до остаточной массовой концентрации в ней 35

Т!02 0,5 — 3,0 гlдм; осадок (И) — осадок твердых сульфатов титана (И) после его отделения от суспензии (И).

Пример 2 (по прототипу). Аналогичен его с 1,5 дм раствора серной кислоты, содержащей 750 г/дм Н2304. Смесь помещаз ют в автоклав. с внутренним эмалевым покрытием, автоклав герметизируют, нагревают до 140 С и выдерживают в течение 4,0 ч. Суспензию (!) охлаждают в автоклаве до 80 С в течение 1,0 ч, автоклав раскрывают, твердый осадок отделяют на воронке Бюхнера от жидкой фазы.

Масса осадка (!) 0,824 кг, массовая доля

Ti0z 0,7%, Жидкую фазу (I) укрепляют концентрированной серной кислотой до содержания в ней 1030 г/дм HzSOp, нагревают до

140 С и выдерживают при этом температуре 3,0 ч до массовой концентрации в ней

Ti0z 1,5 гlдм . Суспензию (II) твердых сульфатов титана (IV) после охлаждения до 60 С фильтруют на воронке Бюхнера (объегл фильтрата 1,5 дмз}. Получают 0,358 кг осадка (II) с массовой долей TIOz 39,6%, Выход TiOz из сфенового концентрата в осадок (! !} составляет 94,5 мэс., Пример 5 (по изобретению). Аналогичен примеру 4, но для разложения используют раствор серной кислоты, содержащей

700 г/м Н2504.

Масса осадка (!) 0;811 кг, массовая доля

Т!02 0,8%.

Масса осадка (li) 0,354 кг, массовая доля

TIOz 40,0%, Выход TiOz в осадок (II) составляет

94,3 мас.%.

Пример 6 (по изобретению). Аналогичен примеру 4, но для разложения используют раствор серной кислоты, содержащей

800 г дм Н2304.

Масса осадка (!) 0,807 кг, массовая доля

TiOz 0,8%

Масса осадка (II) 0,347 кг, массовая доля

Ti0z 40,8%, Выход Ti Oz в осадок (И) составляет

94,3 мас.%.

В таблице приведены данные по выходу

TiOz 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 изобретения позволяет по сравнению с прототипом повысить степень. извлечения (выход) титана в конечный продукт на 2 — 4%.

Формула изобретения

Способ переработки сфенового концентрата, 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 тиI

1712311 автоклаве раствором, содержащим 700—

800 r/äì серной кислоты. и перед выдерживанием сульфатсодержащий раствор доукрепляют серной кислотой до концент9 0-1100r/ 3 тана в растворе 0,5 — 3,0 г/дм в пересчете з на TiOz и отделение образовавшегося осадка сульфата титана, отличающийся тем, что,с целью повышения извлечения титана в конечный продукт, разложение ведут в 5

Время выдержива(кристаллизация), ч

Температу- Время разра разло- ложения, ч жейия, С

Массовая концентрация TIOz по окончании выдержки, г/ м

Массовая концентрация Нг804 на разложении, r/ м

Массовая концентрация Т(Ог перед выдержкой, з

Выход

ТЮг на разложении, мас.$

Составитель Ю. Куценко

Редактор А. Маковская Техред M.Mîðãeíòàë Корректор М, Шароши

Заказ 505 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва,Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101

3

5 .6

8

140

3.5

4,0

3,5

4,0

4,0

4,0

4,0

2,0

4,0

1,5

4,0

750

3,0

3,0

3,0 .3,0

3,0

3,0

3,5

2,5

3,5

4,0

4,0

1,0

1,0

1.3

1,5

1,3

1,0

1,9

0,8

2,2

2,5

3,0

0,5

1150

90,2

84.3

86,2

94,5

94,3

94,3

94,1

95,1

92,0

91;6

91.3

94,6