Способ переработки титансодержащего концентрата


 


Владельцы патента RU 2467953:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра Российской академии наук (ИХТРЭМС КНЦ РАН) (RU)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Кольский научный центр Российской академии наук (КНЦ РАН) (RU)

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ переработки титансодержащего концентрата включает разложение титансодержащего концентрата раствором серной кислоты при нагревании с переводом титана в сернокислый раствор и последующим отделением твердого остатка. В титансодержащий сернокислый раствор вводят сульфат аммония в количестве, обеспечивающем его концентрацию в растворе 300-450 г/л, с кристаллизацией аммонийтитансодержащей твердой фазы, которую отделяют и растворяют в воде с получением сернокислого раствора с pH 1-2. В полученный раствор вводят кремненатриевый реагент и дополнительно гидроксид натрия до обеспечения в суспензии мольного отношения TiO2:SiO2:Na2O=1:(0,75-5,5):(0,5-5). В качестве кремненатриевого реагента используют кристаллический силикат натрия или натриевое жидкое стекло. Суспензию выдерживают в герметичных условиях при температуре 150-250°C в течение 20-40 ч с образованием титанокремниевого натрийсодержащего осадка, который отделяют, промывают водой и подвергают сушке при 70-150°C с получением целевого продукта. Изобретение позволяет получить титанокремниевый натрийсодержащий композиционный продукт кристаллической структуры, обладающий повышенными фотокаталитическими и сорбционными свойствами. 3 з.п. ф-лы, 6 пр.

 

Изобретение относится к переработке титансодержащих концентратов с получением композиционных титансодержащих продуктов, используемых в качестве фотокатализаторов и сорбентов для очистки воды и воздуха от токсичных органических и неорганических веществ.

При получении неорганических материалов, в частности фотокатализаторов и сорбентов, для повышения их конкурентоспособности целесообразно использовать единую технологию с получением продуктов, обладающих высокими функциональными свойствами. Существующая технология получения фотокатализаторов и сорбентов из титансодержащих концентратов использует приемы, которые не обеспечивают условий формирования композиционного продукта кристаллической структуры. На решение этой проблемы направлено настоящее изобретение.

Известен способ переработки титансодержащего концентрата, в частности сфенового концентрата (см. а.с. 1331828 СССР, МКИ4 C01G 23/00, C09C 1/36, 1987), включающий разложение его раствором серной кислоты, содержащей 950-1100 г/л H2SO4, при температуре 130-155°C в течение 1-4 ч с переводом титана в раствор, отделение твердого остатка, выдерживание раствора до остаточной концентрации в нем титана 0,5-3 г/л по TiO2 с образованием суспензии, отделением твердой фазы и растворением ее в воде, термогидролиз полученного титанового раствора в режиме кипения с образованием титансодержащего осадка, его отделение, промывку и термообработку при 850°C с получением диоксида титана рутильной модификации. Его сорбционная емкость составляет 0,3 мг-экв/г по цезию.

Недостатками данного способа являются отсутствие фотокаталитических свойств у получаемого продукта и его низкая сорбционная емкость, что обусловлено высокой плотностью кристаллической структуры рутила.

Известен также принятый за прототип способ переработки титансодержащего концентрата (см. пат. 2207980 РФ, МПК7 C01G 23/00, C22B 3/08, 2003), включающий разложение его раствором серной кислоты при нагревании с переводом титана в сернокислый раствор, отделение твердого остатка, введение в титансодержащий раствор кремнийсодержащего раствора, дополнительно содержащего фосфат-ион, с получением суспензии. Кремнийсодержащий раствор вводят в титансодержащий раствор со скоростью 3-10 об.%/мин до обеспечения мольного соотношения компонентов в пересчете на оксиды TiO2:SiO2:P2O5, равного 1:0,25-0,5:0,5-2. В качестве кремнийсодержащего раствора используют фильтрат от взаимодействия 5-35%-ной фосфорной кислоты с нефелином, силикатом натрия или аморфным кремнеземом. Полученную суспензию нагревают до кипения и выдерживают 1 ч, а затем отстаивают 12 ч с образованием осадка, отделяют его, промывают водой и подвергают термообработке при 50-550°C с формированием титанофосфатной кремнийсодержащей композиции аморфной структуры. Полученная композиция имеет сорбционную емкость 1,3-1,7 мг-экв/г по цезию. Светостойкость композиции составляет 5-7 ч.

Недостатками известного способа являются низкая фотокаталитическая активность и относительно невысокие сорбционные свойства получаемой титанофосфатной кремнийсодержащей композиции по причине ее аморфной структуры.

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в получении титанокремниевого натрийсодержащего композиционного продукта кристаллической структуры, обладающего повышенными фотокаталитическими и сорбционными свойствами.

Технический результат достигается тем, что способе переработки титансодержащего концентрата, включающем разложение его раствором серной кислоты при нагревании с переводом титана в сернокислый раствор, отделение твердого остатка, введение в титансодержащий сернокислый раствор кремненатриевого реагента с получением суспензии, выдерживание ее при нагревании с образованием титан-кремнийсодержащего осадка, его отделение, промывку водой и сушку с получением композиционного продукта, согласно изобретению в титансодержащий сернокислый раствор перед введением кремненатриевого реагента добавляют сульфат аммония в количестве, обеспечивающем его концентрацию в растворе 300-450 г/л с кристаллизацией аммонийтитансодержащей твердой фазы, которую отделяют и растворяют в воде с получением сернокислого раствора с pH 1-2, в который и вводят кремненатриевый реагент и дополнительно гидроксид натрия до обеспечения в полученной суспензии мольного отношения TiO2:SiO2:Na2O=1:0,75-5,5:0,5-5, а выдержку суспензии ведут в герметичных условиях при температуре 150-250°C с образованием титанокремниевого натрийсодержащего осадка.

Достижению технического результата способствует то, что в качестве кремненатриевого реагента используют кристаллический силикат натрия или натриевое жидкое стекло.

Достижению технического результата способствует также то, что выдержку суспензии ведут в течение 20-40 ч.

Достижению технического результата способствует и то, что сушку промытого титанокремниевого натрийсодержащего осадка ведут при 70-150°C.

Существенные признаки заявленного изобретения, определяющие объем правовой охраны и достаточные для получения вышеуказанного технического результата, выполняют функции и соотносятся с результатом следующим образом.

Добавление сульфата аммония в титансодержащий сернокислый раствор перед введением кремненатриевого реагента в количестве, обеспечивающем его концентрацию в растворе 300-450 г/л, позволяет получить аммонийтитансодержащую твердую фазу с низким содержанием свободной серной кислоты, что способствует формированию кристаллического целевого продукта с повышенными фотокаталитическими и сорбционными свойствами. Добавление сульфата аммония в количестве, обеспечивающем его концентрацию в растворе менее 300 г/л, приводит к образованию аммонийтитансодержащей твердой фазы с повышенным содержанием свободной серной кислоты, что снижает фотокаталитические и сорбционные свойства целевого продукта, а при концентрации сульфата аммония в растворе более 450 г/л достигнутые свойства целевого продукта практически не изменяются.

Отделение аммонийтитансодержащей твердой фазы обусловлено необходимостью снижения в ней содержания свободной серной кислоты, что способствует получению целевого продукта с повышенными фотокаталитическими и сорбционными свойствами.

Растворение твердой фазы в воде с получением раствора с pH 1-2 позволяет обеспечить концентрации титана и свободной серной кислоты в растворе, необходимые для повышения фотокаталитических и сорбционных свойств продукта. При pH раствора менее 1 происходит снижение фотокаталитических свойств целевого продукта, а pH раствора более 2 ведет к формированию аморфной структуры и понижению фотокаталитических и сорбционных свойств продукта.

Введение кремненатриевого реагента и дополнительно гидроксида натрия в раствор до обеспечения в полученной суспензии мольного отношения TiO2:SiO2:Na2O=1:0,75-5,5:0,5-5 необходимо для формирования каркасно-кристаллической структуры композиционного целевого продукта, обеспечивающей высокие кинетические показатели фотокатализа и сорбции и, в первую очередь, скорости этих процессов. При соотношении TiO2, SiO2 и Na2O выше заявленных значений 1, 5,5 и 5 формируется композиция со смешанной структурой (кристаллической и аморфной), что приводит к снижению свойств целевого продукта, а при соотношении TiO2, SiO2 и Na2O ниже заявленных значений 1, 0,75 и 0,5 образуется многофазная композиция, содержащая помимо основной фазы фазу малогидратированного диоксида титана, что нежелательно.

Выдержка суспензии в герметичных условиях при температуре 150-250°C с образованием титанокремниевого натрийсодержащего осадка, что обеспечивает формирование его кристаллической структуры. Выдержка суспензии при температуре ниже 150°C приводит к формированию аморфно-кристаллического осадка, что снижает свойства целевого продукта, а выдержка суспензии при температуре выше 250°C способствует уплотнению структуры осадка с нарушением его каркасного строения, что также снижает свойства продукта.

Совокупность вышеуказанных признаков необходима и достаточна для достижения технического результата изобретения, заключающегося в получении титанокремниевого натрийсодержащего композиционного продукта кристаллической структуры, обладающего повышенными фотокаталитическими и сорбционными свойствами.

В частных случаях осуществления изобретения предпочтительны следующие режимные параметры.

Использование кристаллического силиката натрия или натриевого жидкого стекла в качестве кремненатриевого реагента обеспечивает получение титанокремниевого натрийсодержащего композиционного продукта с требуемыми свойствами.

Выдержка суспензии в течение 20-40 ч обеспечивает формирование осадка кристаллической структуры каркасного типа. Выдержка в течение менее 20 ч приводит к формированию аморфно-кристаллической структуры, а выдержка суспензии в течение более 40 ч способствует нежелательному уплотнению структуры.

Сушка промытого титанокремниевого натрийсодержащего осадка при 70-150°C обеспечивает обезвоживание осадка, что стабилизирует структуру продукта и фиксирует его свойства. Сушка при температуре ниже 70°C приводит к увеличению продолжительности процесса, что невыгодно с экономической точки зрения, а температура сушки выше 150°C вызывает дезагрегирование частиц композиционного продукта, что снижает его кинетические показатели при фотокатализе и сорбции.

Вышеуказанные частные признаки изобретения позволяют осуществить способ в оптимальном режиме с точки зрения получения композиционного продукта кристаллической структуры с повышенными фотокаталитическими и сорбционными свойствами.

Сущность и преимущества заявленного способа могут быть более наглядно проиллюстрированы следующими примерами.

Пример 1. Берут 1 кг сфенового концентрата, содержащего 35% TiO2, загружают его в 3 л раствора серной кислоты с концентрацией 500 г/л H2SO4 и ведут разложение при температуре кипения (110°C) в течение 15 ч с переводом титана в сернокислый раствор и последующим отделением твердого остатка фильтрацией. В титансодержащий сернокислый раствор вводят сульфат аммония до обеспечения его концентрации в растворе 450 г/л с кристаллизацией аммонийтитансодержащей твердой фазы, которую отделяют и растворяют в воде с получением сернокислого раствора с pH 2. Добавляют в раствор кремненатриевый реагент в виде кристаллического силиката натрия и дополнительно гидроксид натрия до обеспечения в полученной суспензии мольного отношения TiO2:SiO2:Na2O=1:2,5:2,5. Суспензию выдерживают в герметичных условиях при температуре 200°C в течение 40 ч с образованием титанокремниевого натрийсодержащего осадка, который отделяют и промывают водой. Промытый осадок подвергают сушке при 70°C с получением композиционного продукта. Рентгенофазовый анализ показал, что продукт имеет кристаллическую структуру с размером частиц 10-20 нм. При фотокаталитическом разложении ферроина с облучением суспензии светом с длиной волны λ≥650 нм степень фотокаталитической активности (ФКА) полученного продукта составляет 88,5%. Сорбционная емкость продукта: по цезию - 2,2 мг-экв/г, стронцию - 1,6 мг-экв/г, кобальту - 1,4 мг-экв/г.

Пример 2. Берут 1 кг перовскитового концентрата, содержащего 48% TiO2, загружают его в 3 л раствора серной кислоты с концентрацией 600 г/л H2SO4 и ведут разложение при температуре кипения (118°C) в течение 15 ч с переводом титана в сернокислый раствор и последующим отделением твердого остатка фильтрацией. В титансодержащий сернокислый раствор вводят сульфат аммония до обеспечения его концентрации в растворе 300 г/л с кристаллизацией аммонийтитансодержащей твердой фазы, которую отделяют и растворяют в воде с получением сернокислого раствора с pH 1. Добавляют в раствор кремненатриевый реагент в виде кристаллического силиката натрия и дополнительно гидроксид натрия до обеспечения в полученной суспензии мольного отношения TiO2:SiO2:Na2O=1:0,75:0,5. Суспензию выдерживают в герметичных условиях при температуре 250°C в течение 20 ч с образованием титанокремниевого натрийсодержащего осадка, который отделяют и промывают водой. Промытый осадок подвергают сушке при 150°C с получением композиционного продукта. Рентгенофазовый анализ показал, что продукт имеет кристаллическую структуру с размером частиц 15-27 нм. При фотокаталитическом разложении ферроина с облучением суспензии светом с длиной волны λ≥650 нм степень ФКА полученного продукта составляет 90,9%. Сорбционная емкость продукта: по цезию - 2,8 мг-экв/г, стронцию - 1,7 мг-экв/г, кобальту - 1,6 мг-экв/г.

Пример 3. Берут 1 кг титанилсульфата моногидрата, содержащего 40% TiO2, загружают его в 3 л раствора серной кислоты с концентрацией 500 г/л H2SO4 и ведут разложение при температуре кипения (110°C) в течение 10 ч с переводом титана в сернокислый раствор и последующим отделением твердого остатка фильтрацией. В титансодержащий сернокислый раствор вводят сульфат аммония до обеспечения его концентрации в растворе 375 г/л с кристаллизацией аммонийтитансодержащей твердой фазы, которую отделяют и растворяют в воде с получением сернокислого раствора с pH 1,5. Добавляют в раствор кремненатриевый реагент в виде кристаллического силиката натрия и дополнительно гидроксид натрия до обеспечения в полученной суспензии мольного отношения TiO2:SiO2:Na2O=1:5,5:5,0. Суспензию выдерживают в герметичных условиях при температуре 200°C в течение 30 ч с образованием титанокремниевого натрийсодержащего осадка, который отделяют и промывают водой. Промытый осадок подвергают сушке при 100°C с получением композиционного продукта. Рентгенофазовый анализ показал, что продукт имеет кристаллическую структуру с размером частиц 10-15 нм. При фотокаталитическом разложении ферроина с облучением суспензии светом с длиной волны λ≥650 нм степень ФКА полученного продукта составляет 85,4%. Сорбционная емкость продукта: по цезию - 3,8 мг-экв/г, стронцию - 2,0 мг-экв/г, кобальту - 1,8 мг-экв/г.

Пример 4. Берут 1 кг сфенового концентрата, содержащего 35% TiO2, загружают его в 3 л раствора серной кислоты с концентрацией 550 г/л H2SO4 и ведут разложение при температуре кипения (113°C) в течение 15 ч с переводом титана в сернокислый раствор и последующим отделением твердого остатка фильтрацией. В титансодержащий сернокислый раствор вводят сульфат аммония до обеспечения его концентрации в растворе 400 г/л с кристаллизацией аммонийтитансодержащей твердой фазы, которую отделяют и растворяют в воде с получением сернокислого раствора с pH 1,5. Добавляют в раствор кремненатриевый реагент в виде кристаллического силиката натрия и дополнительно гидроксид натрия до обеспечения в полученной суспензии мольного отношения TiO2:SiO2:Na2O=1:2,5:4,0. Суспензию выдерживают в герметичных условиях при температуре 150°C в течение 30 ч с образованием титанокремниевого натрийсодержащего осадка, который отделяют и промывают водой. Промытый осадок подвергают сушке при 70°C с получением композиционного продукта. Рентгенофазовый анализ показал, что продукт имеет кристаллическую структуру с размером частиц 20-35 нм. При фотокаталитическом разложении ферроина с облучением суспензии светом с длиной волны λ≥650 нм степень ФКА полученного продукта составляет 80,5%. Сорбционная емкость продукта: по цезию - 2,2 мг-экв/г, стронцию - 1,4 мг-экв/г, кобальту - 1,1 мг-экв/г.

Пример 5. Берут 1 кг сфенового концентрата, содержащего 35% TiO2, загружают его в 3 л раствора серной кислоты с концентрацией 500 г/л H2SO4 и ведут разложение при температуре кипения (110°C) в течение 15 ч с переводом титана в сернокислый раствор и последующим отделением твердого остатка фильтрацией. В титансодержащий сернокислый раствор вводят сульфат аммония до обеспечения его концентрации в растворе 350 г/л с кристаллизацией аммонийтитансодержащей твердой фазы, которую отделяют и растворяют в воде с получением сернокислого раствора с pH 1,5. Добавляют в раствор кремненатриевый реагент в виде натриевого жидкого стекла (содержание SiO2 - 30,5%) и дополнительно гидроксид натрия до обеспечения в полученной суспензии мольного отношения TiO2:SiO2:Na2O=1:5,5:5,0. Суспензию выдерживают в герметичных условиях при температуре 200°C в течение 30 ч с образованием титанокремниевого натрийсодержащего осадка, который отделяют и промывают водой. Промытый осадок подвергают сушке при 70°C с получением композиционного продукта. Рентгенофазовый анализ показал, что продукт имеет кристаллическую структуру с размером частиц 10-15 нм. При фотокаталитическом разложении ферроина с облучением суспензии светом с длиной волны λ≥650 нм степень ФКА полученного продукта составляет 89,1%. Сорбционная емкость продукта: по цезию - 3,75 мг-экв/г, стронцию - 2 мг-экв/г, кобальту - 1,7 мг-экв/г.

Пример 6 (по прототипу). Берут 1 кг сфенового концентрата, содержащего 35% TiO2, загружают его в 3 л раствора серной кислоты с концентрацией 550 г/л H2SO4 и ведут разложение при температуре кипения (120°C) в течение 12,5 ч с переводом титана в сернокислый раствор и последующим отделением твердого остатка фильтрацией. В титансодержащий раствор вводят кремненатриевый раствор, содержащий фосфат-ион, со скоростью подачи 6,5 об%/мин до обеспечения мольного отношения TiO2:SiO2:P2O5=1:0,35:1. Кремненатриевый раствор, содержащий фосфат-ион, получают при взаимодействии 20% фосфорной кислоты с силикатом натрия. После введения кремненатриевого раствора суспензию выдерживают при кипении 1 ч, а затем отстаивают 12 ч. Образовавшийся осадок отделяют фильтрацией, промывают водой и сушат при 50°C с получением продукта в виде титанофосфатной кремнийсодержащей композиции. Рентгенофазовый анализ показал, что продукт имеет аморфную структуру с размером частиц 200-300 нм. При фотокаталитическом разложении ферроина с облучением суспензии светом с длиной волны λ≥650 нм степень ФКА полученного продукта составляет 8,2%. Сорбционная емкость продукта: по цезию - 1,5 мг-экв/г, стронцию - 0,8 мг-экв/г, кобальту - 0,3 мг-экв/г.

Из анализа вышеприведенных примеров видно, что предлагаемый способ позволяет получить титанокремниевый натрийсодержащий композиционный продукт кристаллической структуры, у которого по сравнению с прототипом фотокаталитическая активность увеличивается более чем на порядок, а сорбционная емкость повышается: по цезию в 1,3-2,9 раза, стронцию - в 1,8-2,5 раза, по кобальту - в 3,7-6 раз. Способ согласно изобретению может быть реализован на стандартном оборудовании при получении по единой технологии высококачественного продукта.

1. Способ переработки титансодержащего концентрата, включающий разложение его раствором серной кислоты при нагревании с переводом титана в сернокислый раствор, отделение твердого остатка, введение в титансодержащий сернокислый раствор кремненатриевого реагента с получением суспензии, выдерживание ее при нагревании с образованием титанкремнийсодержащего осадка, его отделение, промывку водой и сушку с получением композиционного продукта, отличающийся тем, что в титансодержащий сернокислый раствор перед введением кремненатриевого реагента добавляют сульфат аммония в количестве, обеспечивающем его концентрацию в растворе 300-450 г/л, с кристаллизацией аммонийтитансодержащей твердой фазы, которую отделяют и растворяют в воде с получением сернокислого раствора с pH 1-2, в который и вводят кремненатриевый реагент и дополнительно гидроксид натрия до обеспечения в полученной суспензии мольного соотношения TiO2:SiO2:Na2O=1:(0,75-5,5):(0,5-5), а выдержку суспензии ведут в герметичных условиях при температуре 150-250°C с образованием титанокремниевого натрийсодержащего осадка.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кремненатриевого реагента используют кристаллический силикат натрия или натриевое жидкое стекло.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что выдержку суспензии ведут в течение 20-40 ч.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что сушку промытого титанокремниевого натрийсодержащего осадка ведут при 70-150°С.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к технологии комплексной переработки фосфогипса, получаемого в сернокислотном производстве минеральных удобрений из апатитового концентрата, и может быть использовано для производства концентрата редкоземельных элементов (РЗЭ), а также гипсовых строительных материалов и цемента.

Изобретение относится к области экстракции оксида ванадия. .

Изобретение относится к способу извлечения молибдена из содержащего молибден сульфидного материала. .

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, преимущественно к металлургии меди и серебра, а именно к способу извлечения меди и серебра из сульфидно-окисленных медных руд и других минеральных продуктов.

Изобретение относится к способу переработки ванадийсодержащего сырья, а именно продукта пирометаллургического обогащения ванадийсодержащих конвертерных шлаков и шламов ферросплавного производства.
Изобретение относится к металлургии, а именно к гидрометаллургической переработке силикатных руд, отвалов, техногенных продуктов, преимущественно силикатных никелевых руд (окисленных, латеритных), а также алюмосиликатов (бокситов, нефелинов и др.), мусковитов, кварцевых руд и др.

Изобретение относится к способу выделения редкоземельных элементов (РЗЭ) из шлифотходов от производства постоянных магнитов. .

Изобретение относится к способу извлечения никеля из силикатных руд. .

Изобретение относится к гидрометаллургии, а именно к способам извлечения никеля из окисленных никелевых руд железистого и магнезиального типов. .

Изобретение относится к области химического синтеза металлосодержащих растворов сложного состава, включающих как алкоксидные, так и карбоксилатные производные металлов, применяемых для получения оксидных твердых растворов с использованием золь-гель технологии, а именно к способам приготовления безводных пленкообразующих растворов для формирования сегнетоэлектрических пленок цирконата-титаната свинца, и может быть использовано в технологии микроэлектроники и, в частности, для производства энергонезависимых сегнетоэлектрических запоминающих устройств.

Изобретение относится к области способов получения наноразмерных образцов диоксида титана и может применяться в качестве адсорбента для эффективной очистки водных систем от вредных и нерастворимых ионов и их соединений, в частности для извлечения ионов висмута.

Изобретение относится к медицинской технике. .

Изобретение относится к технологии утилизации отходов, включающих соединения титана, и может быть использовано для улучшения экологии путем переработки техногенных отходов, возникающих в процессе производства полуфабрикатов и изделий из сплавов на основе титана, а также для получения товарного продукта - гексафторотитаната калия (K2ТiF6).

Изобретение относится к области получения сложных оксидных материалов, в частности к получению титанатов щелочноземельных металлов или свинца, частично замещенных железом, и может быть использовано для производства материалов газовых сенсоров, работающих при высоких (выше 1000°C) температурах, а также материалов, обладающих важными для практического использования электрическими, магнитными, оптическими и магнитооптическими характеристиками.
Изобретение относится к химической технологии получения титансодержащих продуктов, используемых в качестве пигментов, в том числе пигментов-наполнителей, и сорбентов.
Изобретение относится к неорганической химии редких металлов, в частности к неорганической химии титана
Наверх