Способ производства двуокиси титана

Изобретение может быть использовано в производстве двуокиси титана при переработке сырья, содержащего титан и железо, например ильменитовых концентратов. Способ производства двуокиси титана включает следующие стадии: (а) реакция титановой руды, включающей железо, с водным раствором NH4F, которую проводят при 100-120°С, при давлении примерно 1-2 бара и при рН примерно 6,5-7,0; (б) фильтрация полученной водной суспензии с последующим разделением на фракцию осадка, которая включает фтороферраты аммония, и фракцию фильтрата, которая включает фторотитанаты аммония; (в) гидролиз полученной фракции фильтрата с получением твердого компонента, представляющего собой оксофторотитанат аммония; (г) термический гидролиз полученного на стадии (в) твердого компонента. Изобретение позволяет обеспечить высокую степень утилизации сырья, высокий выход и белизну продукта, а также упростить процесс и снизить количество отходов. 16 з.п. ф-лы, 15 ил.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится к процессу фторидной обработки титаножелезного сырья, например ильменитовых концентратов, при производстве двуокиси титана, проводимому в химических реакторах.

Предшествующий уровень техники

Специалистам известно устройство реактора, созданное как каскад реакторов и аппаратов, включающих теплообменник, систему трубопровода и регулирующие клапаны (см. книгу С.М.Корсакова-Богаткова «Химические реакторы как объекты математического моделирования», Москва, «Химия», 1967, стр.64-69, рис.III-18).

Недостатком этих решений является то, что они не могут быть эффективно применены для реализации фторидной технологии обработки титаножелезного сырья, например ильменитовых концентратов, при производстве двуокиси титана вследствие недостаточной устойчивости оборудования.

Известно также устройство реактора, включающее реактор, сообщающийся с источниками реагентов, с которыми реактор сообщается через разгрузочную единицу с аппаратом для последующей обработки продуктов реакции, где реактор, аппарат и части оборудования изготовлены из материала, устойчивого к действию реактивных материалов, контактирующих с названным реактором, аппаратом и частями (см. книгу С.М.Корсакова-Богаткова «Химические реакторы как объекты математического моделирования», Москва, «Химия», 1967, стр.64-69, рис.III-19).

Однако это техническое решение также не может быть эффективно применено для реализации фторидной технологии обработки титаножелезного сырья, например ильменитовых концентратов, при производстве двуокиси титана вследствие недостаточной устойчивости оборудования. Решение проблемы обеспечения химической устойчивости оборудования является сложным не только из-за агрессивности рабочей среды, но также из-за температурного режима операций (порядка 800-900°С), необходимого для получения качественного продукта (двуокиси титана, имеющей высокую степень белизны).

Проблема, которую необходимо решить и на которую направлено предлагаемое техническое решение, - обеспечение возможности для применения агрегата, реализующего фторидную технологию обработки титаножелезного сырья для получения белого и красного пигментов.

Технический результат, достижимый при решении поставленной проблемы, выражается в более высокой надежности и простоте использования оборудования реактора в условиях применения высокоагрессивных материалов, содержащих фторид, применяемый для обработки титановожелезного сырья при производстве белого и красного пигментов. Кроме того, обеспечивается высокая степень утилизации сырья, наряду с высоким выходом и белизной продукта.

Кроме того, по сравнению с «хлоридной» технологией обработки технологический процесс является более простым (устранена необходимость металлургической обработки, производящей хлор, и других требующих затрат энергии операций); в то же время по сравнению с «сульфатной» технологией обработки обеспечивается существенно более высокое качество продукта и отсутствие отходов (количество отходов в «сульфатной» технологии существенно превышает выход конечного продукта: в производство 1 тонны двуокиси титана вовлекается 3 тонны сульфида железа и 4 кубических метра гидролизной серной кислоты, которые очень трудно регенерировать).

Раскрытие сущности изобретения

Поставленная проблема решается таким образом, что оборудование реактора, включающее реактор, сообщающийся с источниками реагентов, с которыми реактор сообщается через разгрузочную единицу с аппаратом для последующей обработки продуктов реакции, где реактор, аппарат и части оборудования изготовлены из материала, устойчивого к действию реактивных материалов, контактирующих с названным реактором, аппаратом и частями, характеризуются тем, что в качестве применения источников реагентов понимается бункер для твердого титановожелезного материала, например ильменита, и источник фторида аммония; разгрузочное устройство включает выходы для фильтрата, густого осадка и газа с выходом для газа из реактора, сообщающимся с устройством подачи аммиака, выход для фильтрата из реактора сообщается с первым фильтром, выход для фильтрата которого сообщается со вторым фильтром, выход для фильтрата которого сообщается с внутренней частью гидролизного реактора, выход которого, в свою очередь, сообщается с третьим фильтром, выход для густого осадка из которого сообщается с первой дисперсионной сушилкой, выход для осадка из которой сообщается с нагрузочной единицей первого термического гидролизного реактора, чей выход сообщается с контейнером для хранения белого пигмента, где выходы для газа второго фильтра первой дисперсионной сушилки, третьего фильтра и первого термического гидролизного реактора сообщаются с источником фторида аммония; кроме того, источник снабжения аммонием сообщается со вторым фильтром и с внутренней частью гидролизного реактора, источник фторида аммония дополнительно связан с внутренней частью гидролизного реактора, кроме того, выходы для осадка из реактора и первого фильтра сообщаются со второй дисперсионной сушилкой, выход для осадка которой сообщается с внутренней частью второго термического гидролизного реактора, выход из которого сообщается с контейнером для хранения красного пигмента, выходами для газа из второй дисперсионной сушилки и второго термического гидролизного реактора, сообщающимися с источником фторида аммония; кроме того, внутренняя часть первого термического гидролизного реактора и внутренняя часть второго термического гидролизного реактора сообщаются с источником пара через трубы для пара. Кроме того, источник фторида аммония включает хранилище для фторида аммония, сообщающееся с источником - подающим устройством для фторида аммония через испаритель, выход для пара из которого сообщается через холодильник с контейнером для хранения аммиака, в качестве применения выходов для источника фторида аммония понимаются выходы подающего устройства для фторида аммония, а в качестве входов для применения источника понимаются входы хранилища для фторида аммония. Кроме того, подающее устройство для фторида аммония сообщается через нагреватель с подающим устройством для аммиака. Кроме того, выход для осадка второго фильтра сообщается с входом первого фильтра. Кроме того, внутренняя часть гидролизного реактора сообщается с источником модифицирующих агентов.

Далее, заявители хотели бы пояснить смысл некоторых используемых понятий.

Под понятием «источник реагентов» понимается бункер для твердого титановожелезного материала, например ильменита, и источник фторида аммония, которые обеспечивают реализацию первой стадии технологии фторидной обработки титано-железных материалов: «обнажение» начального продукта (его превращение в физико-химическое состояние, обеспечивающее выполнимость последующей стадии обработки).

Понятие «разгрузочная единица включает выходы для фильтрата, осадка и газов» обеспечивает переключение (перенос) продуктов реакции в соответствующие «технологические цепи», а понятие «последняя единица» (совместно со свойством «выход для газа в реакторе, сообщающийся с подающим аммиак устройством) препятствует потерям аммиака (который является отходом в первой стадии обработки, но в то же время является одним из реагентов, применяемых в последующих стадиях).

Признак «выход для фильтрата из реактора сообщается с первым фильтром, выход для фильтрата из которого сообщается с внутренней частью гидролизного реактора» описывают «линию для очистки фильтрата» технологической цепи получения белого пигмента из соединений железа, то есть обеспечивают удаление тех примесей, присутствие которых в конечном продукте не позволило бы получить высокую степень белизны пигмента.

Признаки, показывающие, что выход гидролизного реактора сообщается с третьим фильтром, выход для осадка которого сообщается с первой дисперсионной сушилкой, выход для осадка которой сообщается с нагрузочной единицей первого термического гидролизного реактора, описывает «единицу для дегидратации» оксофторотитаната аммония в технологической цепи получения белого пигмента, которая обеспечивает его приготовление для термического гидролиза.

Присутствие первого термического гидролизного реактора обеспечивает (совместно со свойством, регулирующим сопряжение внутренней части реактора с источником пара) возможность переработки оксофторотитаната аммония в белый пигмент и перенесения его в контейнер для хранения белого пигмента.

Признаки «выходы для газа второго фильтра первой дисперсионной сушилки, третьего фильтра и первого термического гидролизного реактора сообщаются с источником фторида аммония» обеспечивают многократное применение этого реагента, снижая его потребление, и таким образом улучшают технические и экономические характеристики способа производства белого пигмента.

Признак «устройство для подачи аммиака сообщается со вторым фильтром и с внутренней частью гидролизного реактора» обеспечивает осаждение содержащих железо компонентов из раствора оксофторотитаната аммония и таким образом его полное отделение при фильтровании.

Признак «источник фторида аммония, дополнительно сообщающийся с внутренней частью гидролизного реактора» обеспечивает гидролиз гексафторотитаната аммония.

Признаки «выходы для осадка из реактора и первого фильтра сообщаются со второй дисперсионной сушилкой, выход для осадка которой сообщается с внутренней частью второго термического гидролизного реактора, выход которого сообщается с контейнером для хранения пигмента» делают возможным приготовление материала для термического гидролиза гексафтороферрата аммония в технологической цепи получения красного пигмента и осуществления процесса термического гидролиза (при подаче пара), обеспечивая таким образом полную утилизацию сырья по причине расширения ряда получаемых продуктов и делая утилизацию реагентов более полной (в соединении свойства «операция» со свойствами «выход для газа второй дисперсионной сушилки и второго термического гидролизного реактора, сообщающимися с источником фторида аммония»).

Признаки второго пункта формулы изобретения описывают возможный вариант структурного воплощения источника фторида аммония; кроме того, они делают возможными утилизацию избытка воды, содержащей аммоний, и получения из нее дополнительного продукта.

Признаки третьего пункта формулы изобретения обеспечивают возможность компенсации потери аммония, поскольку он постоянно потребляется (удаляется с парами воды).

Признаки четвертого пункта формулы изобретения обеспечивают возможность исключения потерь исходного материала, подходящего для получения красного пигмента.

Признаки пятого пункта формулы изобретения обеспечивают возможность «контроля» качества полученного продукта.

На фиг.1 показана схематическая диаграмма установки; на фиг.1 бис показана альтернативная версия установки, где первый термический гидролизный реактор состоит из двух последовательно включенных реакторных блоков (43 и 44), которые также отдельно представлены на фиг.3 и 4 соответственно, фиг.2 представляет собой вид реактора в разрезе 1; на фиг.3 представлен вид в разрезе первой платформы первого термического гидролизного реактора; на фиг.4 представлен вид в разрезе второй платформы первого термического гидролизного реактора.

Цель данного изобретения заключается в получении двуокиси титана, включающей:

(а) реакция титановой руды, включающей железо, предпочтительно ильменит с водным раствором NH4F;

(б) фильтрация полученной водной суспензии с последующим отделением фракции осадка, которая включает фтороферраты аммония, и фракции фильтрата, которая включает фторотитанаты аммония;

(в) гидролиз полученной фракции фильтрата с получением твердого компонента и фильтрация полученной при гидролизе водной дисперсии;

(г) термический гидролиз полученного твердого компонента.

Стадию (а) предпочтительно выполнять при 100-120°С, давлении примерно 1-2 бара и при рН около 6,5-7,0; водный раствор NH4F в норме имеет концентрацию 30-60 вес.%, предпочтительно около 45%.

В соответствии с предпочтительным воплощением изобретения термический гидролиз (г) выполняют в двух реакторах; в первом реакторе поддерживается температура до 300-350°С, в то время как во втором до 800-900°С. Корпус первого и/или второго реактора предпочтительно изготавливается из хромоникелевого сплава; внутренняя поверхность первого реактора предпочтительно выполнена из магния или усиленного графитом полимера или стекловидного углерода, в то время как внутренняя поверхность второго реактора предпочтительно изготовлена из кремния.

Фракция осадка стадии (б) также может быть подвергнута термическому гидролизу, который предпочтительно выполняется при температуре до 300-350°С.

Дополнительная цель изобретения представлена устройством для осуществления описанного выше способа, как, например, в форме, представленной на фиг.1 и 1 бис; дополнительные цели изобретения представлены также реакторами для выполнения реакции (а) и реакции термического гидролиза (г), как, например, в формах, представленных на фиг.2, 3 и 4.

На чертежах показаны реактор 1, сообщающийся с бункером 2 и источником 3 фторида аммония. На чертежах показан также выход для фильтрата 4, выход для осадка 5 и выход для газа 6 реактора 1; устройство для подачи аммония 7, первый фильтр 8 с выходом для фильтрата 9 и осадка 10, второй фильтр 11 с выходом для фильтрата 12 и выходом для осадка 13; гидролизный реактор 14, выход которого 15 сообщается с третьим фильтром 16, выход которого для осадка 17 сообщается с первой дисперсионной сушилкой 18, выход которой для осадка 19 сообщается с нагрузочной единицей 20 первого термического гидролизного реактора 21, чей выход сообщается с контейнером 22, где хранится белый пигмент. Выход для фильтрата 4 реактора 1 сообщается с первым фильтром 8, и его выход для осадка 5 сообщается со второй дисперсионной сушилкой 23. Выход для газа 6 реактора 1 сообщается с устройством для подачи аммония 7. Выход для фильтрата 9 первого фильтра сообщается со вторым фильтром 11, и его выход для осадка 13 сообщается со второй дисперсионной сушилкой 23. Выход для фильтрата 12 второго фильтра сообщается с гидролизным реактором 14, и его выход для осадка 13 сообщается с входом первого фильтра (с выходом для фильтрата 4 реактора 1). На чертежах показаны также выходы для газа 24 второго фильтра, первой дисперсионной сушилки, третьего фильтра, первого термического гидролизного реактора 25, который через газособирающие трубопроводы 26 сообщается с хранилищем 27 источника фторида аммония 3; кроме того, показано устройство для подачи аммиака 7, которое посредством газового трубопровода 28 сообщается со вторым фильтром 11 и с внутренней частью гидролизного реактора 14; устройство для подачи 29 источника фторида аммония 3 сообщается как с внутренней частью гидролизного реактора 14, так и с внутренней частью реактора 1, а также с нагревателем 30, показан также контейнер 31 для хранения красного пигмента, который сообщается с выходом из второго термического реактора 25; кроме того, показан источник пара 32, который сообщается с внутренней частью первого термического гидролизного реактора и с внутренней частью второго термического гидролизного реактора через трубы для пара 33. Источник 3 фторида аммония дополнительно включает хранилище для фторида аммония 27, сообщающееся с устройством для подачи 29 фторида аммония через испаритель 34, выход для пара из которого сообщается через холодильник 35 с контейнером 36 для хранения аммиачной воды. Выходы устройства для подачи фторида аммония 29, сделанные как трубопроводы 37, служат выходами из источника фторида аммония 3, в то время как входы хранилища фторида аммония 27, сконструированные как собирающий газ магистрали, служат входами для источника фторида аммония. Дополнительно источник фторида аммония 29 сообщается с устройством для подачи аммиака 7 через нагреватель 30. Внутренняя часть гидролизного реактора дополнительно сообщается с источником модифицирующих агентов 38.

Поскольку заявленное оборудование реактора предназначено для реализации фторидной технологии обработки титаножелезного сырья, то все его единицы: реактор, термические гидролизные реакторы, гидролизные реакторы, фильтры, дезинтеграторные сушилки, трубопроводы и другие части, контактирующие с агрессивными, содержащими фтор реагентами и реакционными материалами, изготовлены из материала, устойчивого к действию материалов реакции, контактирующих с ними (в пределах ряда рабочих температур).

Целесообразно применять вертикальную (верх-низ) сборку оборудования, где аппарат, обеспечивающий первые технологические стадии, собран выше аппарата, обеспечивающего последующие технологические стадии. Это позволит легко перемещать реакционные материалы в виде густого осадка вдоль технологической цепи с использованием гравитации.

Реактор 1, применяемый в оборудовании изобретения (см. фиг.2), является реактором, имеющим традиционную структурную планировку: включающую стационарный герметичный цилиндрический корпус, имеющий вертикальную ось: внутри которого расположен вращающийся стержень с мешалками 39, обеспеченный регулятором скорости вращения. Корпус реактора имеет крышку, через которую проходят патрубки: загрузочный патрубок 40 (сообщающийся с бункером 2) и патрубок для реагентов 41 (сообщающийся с источником фторида аммония 3), а также выход для фильтрата 4 и выход для газа 6 из реактора. Выход для осадка 5 реактора расположен на дне реактора. Реактор предназначен для температур 100-120°C. Предписанный температурный режим обеспечивается единицей для нагрева 42, сделанной с кожухом (дополнительной оболочкой), смонтированной в нижней части корпуса и дне реактора и сопряженной с источником теплоносителя (не показано). Корпус реактора изготовлен из конструктивного материала, а именно из химически стабильного хромоникелевого сплава типа 06ХН28МДТ, и его внутренняя поверхность, контактирующая с реагентами, а также другие части и единицы, расположенные во внутренней части корпуса реактора, изготовлены из магния или усиленного графитом полимера или стекловидного углерода или обеспечиваются защитным покрытием, сделанным из вышеназванных материалов.

Первый фильтр 8 и второй фильтр 11 не отличаются по дизайну от традиционного аппарата, имеющего похожее предназначение (исключая материал, из которого они изготовлены, а также прочную герметизацию рабочего пространства). Названные фильтры отличаются друг от друга только рабочими параметрами фильтрующих единиц (второй фильтр 11 обеспечивает тонкую фильтрацию, и второй фильтр дополнительно сопряжен с устройством для подачи аммиака 7 и обеспечен выходом для газа 24).

Гидролизный реактор 14 не отличается от традиционного аппарата, имеющего похожее предназначение (исключая материал, из которого он изготовлен, прочную герметизацию рабочего пространства, а также количество и предназначение единиц для входа и выхода реакционных материалов и продуктов).

Третий фильтр 16 не отличается по дизайну от традиционного аппарата, имеющего похожее предназначение (исключая материал, из которого он изготовлен, прочную герметизацию рабочего пространства; и обеспечение выхода для газа 24), находится близко от центрифуг, что определяется консистенцией материала, питающего вход в него.

Первая и вторая дисперсионные сушилки 18 и 23 похожи по дизайну (отличаясь только по их пропускной способности) и не отличаются от традиционного аппарата, имеющего похожее предназначение (исключая материал, из которого они изготовлены, прочную герметизацию рабочего пространства и обеспечение выходов для газа 24).

Загрузочные единицы 20 первого термического гидролизного реактора 21 и второго термического гидролизного реактора 25 изготовлены как прочно герметизированные резервуары, связанные друг с другом непроницаемыми наклонными трубами, обеспечивающими поступление рыхлых материалов в термические гидролизные реакторы за счет гравитации (их цель - обеспечивать стабильный во времени поток загружаемых реакционных материалов). Первый термический гидролизный реактор 21 и второй термический гидролизный реактор 25 отличаются от реактора 1 структурной планировкой (их продольная ось расположена под углом до 10° к горизонтали) и цилиндрическим корпусом, вращающимся вокруг этой оси, будучи смонтированным на стационарных шпинделях (составляющих стационарные концевые стенки корпуса). Из-за трудностей с выбором материала для изготовления внутренних поверхностей реактора, которые должны одновременно иметь высокую химическую устойчивость к материалам, содержащим фторид, и сохранять прочность при высоких рабочих температурах (до 900°С), наиболее целесообразно проводить процесс термического гидролиза в две стадии (первая стадия при температурах, сниженных до 300-350°С, в условиях максимальных концентраций компонентов, содержащих фторид, с последующей обработкой материала, полученного на первой стадии (где концентрация компонентов, содержащих фторид, снижается на порядок и более) при высоком уровне температур (до 900°С). С этой целью можно применять платформу из двух последовательно соединенных реакторных блоков 43 и 44 для термического гидролиза, имеющих одинаковый дизайн (исключая внутреннюю облицовку). Корпус первого из названных блоков изготавливается из конструктивного материала, а именно химически стабильного хромоникелевого сплава тип 06ХН28МДТ, и его внутренняя поверхность, контактирующая с реагентами, так же как и другие части и единицы, расположенные во внутренней части корпуса реактора, изготавливаются из магния, или усиленного графитом полимера, или стекловидного углерода или обеспечиваются защитным покрытием, сделанным из названных выше материалов. Корпус второго из названных блоков изготавливается из конструктивного материала, а именно химически стабильного хромоникелевого сплава тип 06ХН28МДТ, и его внутренняя поверхность, контактирующая с реагентами, изготавливается из кремния (прессованного дисперсного кварца). Каждая из платформ реакторных блоков (первого и второго реакторов термических гидролизных реакторов 21 и 22) соединена через трубку для пара 33 с источником пара 32 (сделанного как традиционный генератор сверхнагретого пара). Каждый из названных блоков соединен также с выходом для газа 24 с газособирающим трубопроводом. Приводной механизм 45 для вращения корпусов реактора изготовлен как электрические двигатели с понижающими приводами (шестернями), чьи выходные приводы (шестерни) устанавливаются с возможностью взаимодействия с зубчатым ободом 47, неподвижно закрепленным на цилиндрической части корпуса каждого из блоков реактора. Сырье загружается в первый реакторный блок 43, конечный продукт выгружается из второго реакторного блока 44. Корпус каждого из реакторный блоков является подвижным, нагревательная единица 48 должна обеспечивать бесконтактное нагревание. Таким образом, в отличие от реактора 1 целесообразно, чтобы нагревательная единица 48 была бы единицей индукционного типа (например, должна включать электромагнитные индукторы, смонтированные на кольцеобразных рамах, включающих оболочку и обеспечивающих бесконтактное высокочастотное нагревание наружной оболочки реакторов). Конструкция второго термического гидролизного реактора 25 является похожей.

Источник 38 модифицирующий агентов изготовлен как бункер, герметично отделенный от окружающей среды и обеспеченный устройствами для подачи модифицирующих агентов (тонко диспергированная смесь солей цинка, алюминия, циркония, кремния) в гидролизный реактор 14 (изготовленный, например, как наклонная труба, обеспечивающая гравитационную подачу рыхлого материала).

Контейнеры 22 и 31 для хранения конечного продукта (белого и красного пигментов) и контейнер 36 для хранения аммиачной воды по конструкции похожи (различия есть в устройствах для разгрузки контейнеров, а также в материале: поверхность контейнера 22, который контактирует с продуктом, изготовлен из материала, который является либо неокисляемым, либо при окислении дает бесцветные продукты). Устройство для подачи 29 и хранилище для фторида аммония 27 изготовлены как прочно герметизированные контейнеры для хранения фторида аммония, обеспеченные подходящим устройством для накачивания (на чертеже не показано). Устройство для подачи 7 аммиака изготовлено из прочно закрытого контейнера, обеспеченного обычными дисперсионными единицами, таким как наполняемые форсунки, сделанные из материала, устойчивого к действию аммиака.

Испаритель 34, холодильник 35 и нагреватель 30 сделаны как обменивающиеся теплом аппараты, обеспечивающие либо подачу тепла в жидкости, прокачиваемые через них (испаритель 34 и нагреватель 35) или удаление тепла из потоков пар-жидкость, прокачиваемого через него (холодильник 35).

Сменные части корпусов реакторов, термических гидролизных реакторов, других аппаратов, включенных в оборудование, и контактные поверхности движущихся соединений сделаны непроницаемыми за счет герметичной изоляции (не показано), изготовленной из достаточно упругого и химически стабильного материала, предпочтительно из полимерного материала на основе усиленных углеродом пластмасс или полипропилена, если последний выдерживает рабочие температуры реактора.

Кроме того, оборудование включает набор традиционной контрольно-измерительной аппаратуры (не показано) для контроля рабочих условий (температуры, объема нагрузки, кислотности среды и других рабочих параметров).

Заявленное оборудование функционирует следующим образом.

Партия титаножелезного сырья, например ильменитовых концентратов, чьим основным компонентом является ильменит (FеТiO3), загружается во внутреннюю часть реактора 1 из контейнера 2 через загрузочный патрубок 40, а водный раствор фторида аммония (NH4F) (с большим избытком последнего) вводится во внутреннюю часть реактора 1 через патрубок для реагентов 41 из устройства для подачи 29 источника 3 фторида аммония. Включается приводной механизм вращающегося стержня с мешалками 39, обеспечивая непрерывное перемешивание реакционных компонентов, и к нагревательной единице 42 подается теплоноситель. Наружная поверхность реактора 1, контактирующая с теплоносителем, нагревается и отдает тепло во внутреннее пространство реактора, поднимая температуру до 90-110°С. Пары аммиака и воды выходят через выход для газа 6. После истечения времени, которое определяется, например, эмпирически с принятием во внимание температурных параметров, концентрации реагентов и подобного, для концентратов, различающихся по содержанию полезного компонента, или путем взятия образцов из реактора и проведения их быстрого анализа, полученная жидкая фракция, включающая тонкую дисперсию нерастворимых фтороферратов аммония в растворе фторотитаната аммония, удаляется из реактора через выход для фильтрата 4.

Затем в реактор загружают новую партию компонентов, и вся процедура повторяется. Поскольку процесс обнажения титаножелезного сырья является циклическим, целесообразно либо иметь несколько функционирующих реакторов, либо применять промежуточный контейнер для хранения, объем которого позволяет обеспечивать постоянный во времени объем запасов обнаженного сырья.

Введение водного раствора фторида аммония в загруженный объем твердого компонента реакции (ильменитовый концентрат) будет дополнительно облегчать взаимное перемешивание реагентов пузырьками появляющегося аммиака.

Скорость вращения стержня с мешалками 39 подбирается так, чтобы перемешивание компонентов реакции происходило бы без излишнего взмучивания образующейся жидкой фракции (то есть без перехода в суспендированное состояние не полностью прореагировавших твердых частиц твердого компонента, имеющих достаточно большой гидравлический размер).

Так как в составе ильменитового концентрата представлены не только полезные компоненты, но и балластные компоненты, по ходу реакции аккумулируются балластные компоненты (густой осадок). Периодически после удаления образовавшейся жидкой фракции из реактора удаляется густой осадок, с этой целью открывают выход для осадка 5.

Далее суспензия нерастворимых фтороферратов аммония в растворе ферротитанатов аммония подается к первому фильтру 8, где проводится первичное разделение раствора на фракцию осадка (включающую фтороферраты аммония) и фракцию фильтрата (включающую фторотитанаты аммония) и производится соответствующее направление названного материала в технологическую цепь производства красного пигмента или в технологическую цепь производства белого пигмента соответственно.

В технологической цепи получения белого пигмента фракция фильтрата (включающая фторотитанаты аммония) приходит ко второму фильтру 11, где проводится вторая (тонкая) очистка, подающая аммиак ко второму фильтру (от устройства 7, подающего аммиак), внося вклад в коагуляцию и преципитацию солей железа. Фракция осадка возвращается к входу в первый фильтр 8, и фракция фильтрата подается в гидролизный реактор 14, где контактирует с водным раствором фторида аммония (NH4F) и добавленными туда модифицирующими добавками соответственно, от источника фторида аммония 3, подающего механизма для аммиака 7 и источника 38 модифицирующих агентов. В результате на выходе 15 из гидролизного реактора 14 получается осадок (пастообразная масса) оксофторотитаната аммония. Этот материал дегидратируется за счет прохождения водного раствора фторида аммония через третий фильтр 16 и окончательно высушивается и измельчается в первой сушилке/дезинтеграторе 18. Затем через загрузочную единицу 20 рыхлый оксофторотитанат титана проходит через реакторные блоки 43 и 44 первого термического гидролизного реактора, к которому одновременно подается сверхнагретый пар. В реакторном блоке 43 поддерживается температура до 300-350°С, а в реакторном блоке 44 - температура до 900°С.

Материал движется во внутреннем пространстве реакторных блоков, поскольку корпусы реакторов вращаются, частицы твердых компонентов переворачиваются и соскальзывают вниз под действием тяжести на поверхность, образованную частицами материала внутри реакторного блока. Эта поверхность имеет форму наклоненной плоскости, верхний конец которой располагается на той стороне, к которой направлено вращение, и как только частицы достигают уровня оригинальной наклоненной поверхности, они скатываются вниз. Поскольку продольная ось наклонена, движение частиц происходит не в пределах поперечной плоскости оболочки, но имеет вектор, направленный от входа к выходу. Таким образом, сверхнагретый пар может все время быть в контакте с «самоперемешивающимися» частицами твердого компонента. Функционирование нагревательное единицы 48 обеспечивает предписанный температурный режим работы реактора благодаря бесконтактному нагреванию наружной поверхности единиц реактора и переносу тепла к внутренней поверхности внутренней части реактора и последующее излучение тепла во внутреннее пространство реакторного блока. Таким образом, тепло переносится к частицам твердого компонента, которые находятся в контакте с внутренностью реакторного блока, и температура внутри реактора повышается до 300-350°С. В ходе реакции оксофторотитаната аммония с сверхнагретым паром образуются NH4F и HF, которые удаляются вместе с парами воды через патрубок 24 для выхода газа. Твердый компонент (включающий ТiO2) и остающаяся часть оксофторотитаната аммония (до 10% от исходного количества) переносятся в блок 44 термического гидролизного реактора. Этот блок ранжирован для температурного режима до 800-900°С и функционирует подобно тому, что только что описано выше, но начальный продукт, подаваемый туда, представляет собой материал, включающий ТiO2 и остающуюся часть оксофторотитаната аммония (до 10% от исходного количества). По мере того как твердый компонент двигается вдоль облицовки, сделанной из дисперсного кварца, этот материал вступает в реакцию с HF (возникающим в ходе реакции), давая тетрафторид кремния (летучее соединение), который удаляется вместе с газами-отходами через выход для газа 24. Контакт супернагретого пара, входящего внутрь реактора, с остающейся частью непрореагировавшего оксофторотитаната аммония при температурах до 800-900°С приводит к его полному вхождению в реакцию. Это обеспечивает получение на выходе качественного оксида титана (ТO2). Этот оксид титана загружается в контейнер 22 для хранения белого пигмента. Во время работы оборудования NH4F и HF, образовавшиеся во втором фильтре 11, в первой дисперсионной сушилке 18, в третьем фильтре 16, в первом термическом гидролизном реакторе 21 выпускаются через выходы для газа 24 вместе с водяными парами в собирающий газ трубопровод 26 и далее в хранилище 27 для фторида аммония. Для восстановления концентрации фторида аммония материал, собранный таким образом, подвергается выпариванию в испарителе 34. Испаряющиеся водяные пары включают до 2% аммиака. После их конденсации полученная аммиачная вода выпускается в контейнер для хранения. Количество аммиака в подающем устройстве 7 для аммиака пополняется за счет выпускания аммиака из реактора 1 в питающее устройство 7. Если этого становится недостаточно, то благодаря работе нагревателя 30 соответствующая порция фторида аммония подвергается разложению (подходящая порция фторида аммония забирается из трубопровода, связывающего подающее устройство 29 для фторида аммония и гидролизный реактор 14) для получения паров аммиака, которые также выпускаются в подающее устройство 7 для аммиака.

В технологической цепи производства красного пигмента фракция осадка (включающая фтороферраты аммония), полученная на выходах для осадка 5 и 10 реактора 1 и первого фильтра 8, соответственно дегидратируется и высушивается (за счет выпускания фторида аммония вместе с парами воды), затем эта фракция осадка дробится во второй дезинтергаторной сушилке 23. После этот рыхлый фтороферрат аммония загружается через загрузочную единицу 20 во второй термический гидролизный реактор 25 и пропускается через реакторные блоки для термического гидролиза, к которым одновременно подается супернагретый пар с похожим режимом параметров (с температурой 300-350°С, поддерживаемой в первом реакторном блоке термического гидролиза, и с температурой до 900°С, поддерживаемой во втором реакторном блоке термического гидролиза). Конечный продукт (красный пигмент) собирается в контейнер 31.

1. Способ производства двуокиси титана, включающий следующие стадии:
(а) реакция титановой руды, включающей железо, с водным раствором NH4F, которую проводят при 100-120°С, при давлении примерно 1-2 бара и при рН, примерно, 6,5-7,0 с образованием водной суспензии;
(б) фильтрация полученной водной суспензии с последующим разделением на фракцию осадка и фракцию фильтрата;
(в) гидролиз полученной фракции фильтрата с получением твердого компонента, представляющего собой оксофторотитанат аммония;
(г) термический гидролиз полученного на стадии (в) твердого компонента.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что фракция осадка на стадии (б) включает фтороферраты аммония.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что фракция фильтрата на стадии (б) включает фторотитанаты аммония.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что водный раствор NH4F имеет концентрацию 30-60 вес.%, предпочтительно 45%.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что термический гидролиз (г) проводят в двух реакторах.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что титановая руда, включающая железо, представляет собой ильменит.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что в первом реакторе поддерживают температуру до 350°С.

8. Способ по п.5, отличающийся тем, что в первом реакторе поддерживают температуру до 300-350°С.

9. Способ по п.5, отличающийся тем, что во втором реакторе поддерживают температуру до 900°С.

10. Способ по п.5, отличающийся тем, что во втором реакторе поддерживают температуру в диапазоне 800-900°С.

11. Способ по п.5, отличающийся тем, что корпус первого и/или второго реактора изготовлен из хромоникелевого сплава.

12. Способ по п.5, отличающийся тем, что внутренняя поверхность первого реактора изготовлена из магния или усиленного графитом полимера или стекловидного углерода.

13. Способ по п.5, отличающийся тем, что внутренняя поверхность второго реактора изготовлена из кремния.

14. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что твердый компонент, полученный при гидролизе (в) фильтруют перед реакцией термического гидролиза (г).

15. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что фракцию осадка стадии (б) подвергают реакции термического гидролиза.

16. Способ по п.14, характеризующийся тем, что термический гидролиз осуществляют при температуре до 300-350°С.

17. Способ по п.15, отличающийся тем, что фракцию осадка стадии (б) дегидратируют и высушивают до проведения термического гидролиза.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу извлечения цветных металлов из водных растворов их солей и может быть использовано как для очистки отработанных растворов химического или гальванического никелирования от ионов никеля, кобальта, молибдена, вольфрама, ванадия висмута, так и для извлечения этих металлов из других растворов промышленного производства, а также для изготовления порошков указанных металлов или их суспензий.
Изобретение относится к гидрометаллургии благородных металлов и может быть использовано для разделения металлов при переработке солянокислых растворов, содержащих металлы платиновой группы, золото, сурьму и другие неблагородные элементы.

Изобретение относится к области гидрометаллургии цветных металлов и, в частности, к очистке сульфатных растворов, содержащих цветные металлы от железа. .
Изобретение относится к гидрометаллургии редких и благородных металлов, в частности к способам получения концентратов этих металлов из содержащих их кислых растворов.
Изобретение относится к гидрометаллургии редких и благородных металлов, в частности к способам получения концентрата, содержащего рений и платину, из содержащих их кислых растворов.
Изобретение относится к области металлургии благородных металлов, в частности к технологии селективного извлечения благородных металлов из растворов, содержащих цветные металлы.
Изобретение относится к способу извлечения и утилизации палладия, серебра и меди из отработанных электролитов, содержащих тиомочевину, серную кислоту, воду и шлам. .
Изобретение относится к способу извлечения золота из сернокислого электролита для электрополировки изделий, содержащего комплексное соединение иона золота с тиомочевиной.
Изобретение относится к способу извлечения и утилизации золота, серебра и меди из отработанных электролитов, содержащих тиомочевину, серную кислоту, воду и шлам. .

Изобретение относится к металлургии, а именно к способу переработки никельсодержащего кислого раствора для получения никелевого концентрата. .

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов и может быть использовано при производстве распыляемых магнетронных мишеней в технологии производства кремниевых интегральных схем в микроэлектронике.

Изобретение относится к получению титановых концентратов с низким содержанием радионуклидных элементов и может быть использовано в производстве пигментов на основе диоксида титана.
Изобретение относится к способам очистки природного и техногенного кремний-кальцийсодержащего концентрата от примесей серы, фосфора и углерода и может найти применение в производстве материалов, используемых в покрытиях сварочных электродов.
Изобретение относится к способу переработки титансодержащего сырья и может быть использовано для получения тонкодисперсных порошков на основе диоксида титана и оксида железа.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу переработки ильменитовых концентратов для производства титановых шлаков, являющихся сырьем для получения пигментного диоксида титана и металлического титана, и передельного чугуна.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к устройствам для получения губчатого титана магниетермическим восстановлением тетрахлорида титана. .

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано в металлургии титана, в частности при получении титановой губки магниетермическим восстановлением, в частности к способу переработки титановой губки.

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к способу переработки концентратов из руды, содержащей оксиды железа, титана и ванадия, и устройству для его осуществления.

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к получению медного купороса при переработке медно-хлоридного плава, являющегося отходом очистки тетрахлорида титана.
Изобретение относится к металлургии редких металлов, а именно к технологии переработки титан-кремнийсодержащих концентратов Ярегского месторождения, и может быть использовано для получения искусственного рутила - чистого диоксида титана.
Изобретение относится к обработке диоксида титана для получения атмосферостойких пигментов на его основе. .

Способ производства двуокиси титана

Наверх