Обогащенный титаном остаток ильменита, его применение и способ получения титанового пигмента
Предложен обогащенный титаном остаток после выщелачивания ильменита соляной кислотой как сырье для получения титансодержащего пигмента при помощи сернокислотного способа. Обогащенный титаном остаток состоит из рыхлого и пористого остатка, получаемого после удаления железа из кристаллической решетки ильменита (FeTiO3) выщелачиванием соляной кислотой, и агрегатов метатитановой кислоты. Остаток содержит небольшие количества рутила и титанавгита, большая часть составляющего его TiO2 является аморфной. Полученное после выщелачивания твердое вещество сушат с образованием обогащенного титаном остатка. Остаток является растворимым в серной кислотой, а содержание в нем воды составляет не более 20%, причем остаток представляет собой белые, светло-желтые или светло-серые частицы или порошок, содержание в которых аморфного TiO2 составляет 65-97%, общее содержание железа составляет не более 8%, а удельный вес остатка составляет 2,9-3,6. Техническим результатом является получение титансодержащего пигмента с помощью обогащенного титаном остатка, что позволяет эффективно перерабатывать мелкодисперсный ильменит региона, получать раствор сульфата титана со сверхнизким отношение железа к диоксиду титана (Fe/TiO2) и удвоить производительность перерабатывающего оборудования. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 6 ил., 12 табл., 12 пр.
Область техники
Настоящее изобретение относится к области приготовления титансодержащего красителя и, в частности, относится к обогащенному титаном остатку ильменита, получаемому выщелачиванием ильменита соляной кислотой, его новому применению и способу получения титансодержащего красителя.
Предшествующий уровень техники
Титан является своего рода очень важным стратегическим материалом и играет важную роль в мировой экономике. Китай является одной из немногих стран, богатых запасами титана, причем регион Панси обладает более чем 90% национальных запасов. Однако ильменит в этом регионе в основном выступает как руда срастания. Содержанием в нем диоксида титана низко, как правило, около 46-47 масс.%. Во-вторых, ильменит (также называемый ильменитовый концентрат) в этом регионе содержит большое количество кальция и магния в качестве примесей и, как правило, содержание оксида кальция и оксида магния составляет примерно 5-7% в сумме. Кроме того, тонкая зернистость является другой доминирующей характеристикой ильменита, 50% которого составляет менее 200 меш. Далее, ильменитовые руды становятся более мелкодисперсными по мере того как растет глубина разработки.
В настоящее время в мире существуют два основных способа получения титансодержащего красителя - солянокислотный способ и сернокислотный способ.
Сернокислотный способ использует в первую очередь ильменит или титановый шлак для получения титанового пигмента путем выпаривания, выщелачивания, концентрирования и кристаллизации, гидролиза, промывания водой, отбеливания, прокаливания с добавкой кристаллических зерен и других методов. Используемый здесь титановый шлак получают пирометаллургической плавкой: ильменит вместе с восстановителем нагревают в электрической печи при температуре 1600-1800°C, содержащийся в ильмените оксид железа (II, III) восстанавливается в металлическое железо восстановителем при высокой температуре плавки, а затем расплавленное железа отделяют от шлаков и получают в качестве продукта чугун, что позволяет удалить из ильменита большую часть железосодержащих компонентов, в то время как титан и другие примеси остаются в шлаке плавки и формируют титановый шлак. Хотя он и приводит к сильному загрязнению, сернокислотный способ используется главным образом в подготовке титанового пигмента в регионе Панси и даже в Китае благодаря отработанной технологии, низким требованиям к сырью и низкой стоимости.
Хлоридный способ вызывает гораздо меньше загрязнения, чем сернокислотный способ, но он требует более высокого качества сырья, что обычно требует содержание диоксида титана выше, чем 90%, зернистость выше, чем 200 меш, и низкое содержание примесей. Таким образом, хлоридный способ главным образом использует в качестве исходного сырья рутил, особенно синтетический рутил, так как запасы природного рутила крайне низки, только 0,3-1% от общих запасов титана. Имеется немало трудностей в процессе подготовки синтетического рутила с использованием ильменита из Панси из-за его низкого содержания в руде, большого количества примесей и тонкой дисперсности. В статье "Ilmenite Hydrochloric Acid Leaching for Synthetic Rutile Preparation" («Выщелачивание ильменита соляной кислотой для получения синтетического рутила») (Nonferrous Metals, 59 (4), Ноябрь 2007, сс.108-111) было указано, что выщелачивание соляной кислотой является предпочтительным методом получения синтетического рутила в результате сравнения преимуществ и недостатков различных методов и с учетом особенностей ильменита Панси. В настоящее время двумя основными техническими способами выщелачивания соляной кислотой являются выщелачивание предокислением-сжижением и объединенная технология обогащения и металлургии - выщелачивание под давлением. Выщелачивание предокислением-сжижением решило проблемы изменения размеров частиц в процессе выщелачивания сырой руды за счет предокисления. Тем не менее, скорость рафинирования этого способа до сих пор около 15% ("Research on Preparing Technology of Synthetic Rutile by Hydrochloric Acid Leaching" («Исследования по технологии получения синтетического рутила выщелачиванием соляной кислотой»), IRON STEEL VANADIUM TITANIUM, 27 (2), Июнь 2006 г., сс.1-6). Учитывая тот факт, что более 50% ильменитового концентрата имеет размер менее 200 меш, по меньшей мере, около 60% синтетического рутила имеет размер меньше, чем 200 меш. Таким образом, получение титанового пигмента с использованием синтетического рутила, полученного из ильменита Панси согласно текущему уровню техники, дает мало экономических преимуществ.
Хлоридный способ требует сырья, содержащего более 90% диоксида титана, которое обычно представляет собой синтетический рутил, полученный выщелачиванием соляной кислотой. В последние годы технологи в области производства и исследований титанового пигмента направляли свои усилия на то, чтобы решить проблемы размера частиц и поведения при выщелачивании в способе солянокислотного выщелачивания ильменита Панси с целью повысить качество синтетического рутила, который затем используется для получения титанового пигмента хлоридным способом. Но никто никогда не использовал промежуточный продукт, то есть титановый остаток, полученный в процессе «кислотного выщелачивания - фильтрации - промывания» (называемый обогащенным титановым остатком в настоящем изобретении), в производстве титанового пигмента, не говоря уже о том, что кто-либо использовал обогащенный титановый остаток для получения титанового пигмента сернокислотным способом.
Описание изобретения
Первая техническая проблема, решенная в настоящем изобретении, - это создание обогащенного титаном остатка ильменита, который может быть использован при получении титанового пигмента сернокислотным способом. Остаток здесь состоит из рыхлого и пористого остатков и агрегатов метатитановой кислоты, которые получаются после удаления железа из кристаллической решетки ильменита (FeTiO3) выщелачиванием соляной кислотой. Остаток также содержит небольшое количество рутила и титанавгита, а большая часть составляющего его TiO2 является аморфной. Остаток здесь представляет собой белые, светло-желтые или светло-серые зерна или порошок, в котором содержание TiO2 составляет 65-97%, а общее содержание железа составляет не более 8%. Остаток здесь был получен в соответствии с нижеприведенным протоколом:
a. обогащенный титаном остаток, являющийся твердым, получен из ильменита выщелачиванием соляной кислотой;
b. твердое вещество, полученное на стадии (а), сушат и получают обогащенный титаном остаток;
характеризующийся тем, что остаток можно растворить в серной кислоте, а содержание воды в нем составляет не более 20%.
Плотность обогащенного титаном остатка согласно настоящему изобретению составляет 2,9-3,6.
Способ выщелачивания соляной кислотой, упомянутый на стадии (а) настоящего способа получения обогащенного титаном остатка, может быть способом прямого выщелачивания соляной кислотой, способом выщелачивания соляной кислотой ВСА, способом выщелачивания предокислением-сжижением или связанной с предокислением технологией обогащения и металлургическим способом выщелачивания под давлением.
Способ прямого выщелачивания соляной кислотой в настоящем документе, который может применяться для настоящего изобретения, включает следующие стадии:
A. ильменит и соляную кислоту смешивают, причем отношение массы ильменита к объему соляной кислоты составляет 1 г: 2,5-5 мл, а концентрация соляной кислоты составляет 18-30%, и нагревают до 70-150°C, проводя реакцию выщелачивания в течение 1-8 часов;
B. суспензию, полученную в результате выщелачивания, фильтруют и сушат полученный осадок. Высушенный осадок представляет собой обогащенный титаном остаток ильменита.
Согласно способу настоящего изобретения, реакционную жидкость на стадии (В) сначала охлаждают до 80-90°C и затем фильтруют. Температуру высушивания поддерживают ниже 350°C, а время высушивания равно 4-8 часов.
Вторая техническая проблема, решаемая настоящим изобретением, - это обеспечение новых применений обогащенного титаном остатка с целью увеличить степень использования ильменита.
В настоящем изобретении предлагается применение обогащенного титаном остатка ильменита в качестве сырья для сернокислотного получения 5
титансодержащего пигмента. Точнее, обогащенный титаном остаток, полученный из ильменита выщелачиванием соляной кислотой, используется в качестве сырья или одного из исходных материалов для получения титансодержащего пигмента с помощью сернокислотного способа. В ходе приготовления титансодержащего пигмента с помощью сернокислотного способа, если в качестве способа переработки используется твердофазный метод, обогащенный титаном остаток может использоваться совместно с ильменитом или титановыми шлаками.
Третья техническая проблема, решаемая настоящим изобретением - это обеспечить новый способ получения титансодержащего пигмента с помощью обогащенного титаном остатка ильменита в качестве сырья, который дает новый вариант получения титансодержащего пигмента с помощью сернокислотного способа. Метод в настоящем документе включает следующие стадии:
a. обогащенный титаном остаток получают из ильменита выщелачиванием соляной кислотой и затем сушат, пока содержание воды станет не выше 20%;
b. обогащенный титаном остаток, полученный на стадии (а), используют в качестве сырья для получения титансодержащего пигмента с помощью сернокислотного способа.
Технологические условия способа выщелачивания соляной кислотой, упомянутого на стадии (а), - те условия, которые используются в настоящее время при получении синтетического рутила, а именно (1) применяется способ прямого выщелачивания соляной кислотой, означающий, что ильменит выщелачивается соляной кислотой напрямую и осадок, получаемый после фильтрования и промывания, является обогащенным титаном остатком; или (2) применяется способ выщелачивания соляной кислотой ВСА (Benelite Corporation of America), означающий, что ильменит совместно с 3-6% восстановителя (уголь, нефтяной кокс) добавляют непрерывно во вращающуюся печь для обжига, где Fe3+ из руды восстанавливается до Fe2+ при приблизительно 870°C, а затем проводится процесс выщелачивания в 18-20% соляной кислоте при 130-143°C в течение 4 часов, и получаемый в результате осадок после выщелачивания и фильтрования является обогащенным титаном остатком; или (3) применяется способ выщелачивания предокислением-ожижением, означающий, что ильменит предварительно окисляют, просеивают и выщелачивают соляной кислотой, и получаемый в результате осадок является обогащенным титаном остатком (см. методики в «Dynamics Research on Liquefaction Hydrochloric Acid Leaching of Panzhihua llmenite» («Исследование динамики ожижения при выщелачивании соляной кислотой ильменита Паньчжихуа»), Liu Z., Huang Z., Wang К., Mining and Metallurgical Engineering, 11 (2), 1991, cc. 48-52); или (4) применяются связанные с предокислением технологии обогащения и металлургический способ выщелачивания под давлением, означающие, что проводится предокисление ильменита и магнитное разделение с последующим выщелачиванием соляной кислотой, а получаемый в результате осадок является обогащенным титаном остатком (см. методики в «Research on Preparing Technology of Synthetic Rutile by Hydrochloric Acid Leaching» («Исследование технологии получения синтетического рутила выщелачиванием соляной кислотой»), IRON STEEL VANADIUM TITANIUM, Fu Z., Huang В., Wang X., 27 (6), June 2006, pp.1-6).
Среди четырех упомянутых выше способов обработки ильменита наиболее обычным является способ прямого выщелачивания соляной кислотой, так как выщелоченный кислотой ильменит можно сразу использовать для получения титансодержащего пигмента с помощью сернокислотного способа согласно уровню техники, не беспокоясь о проблемах размера частиц и низкого качества руды при кислотном выщелачивании.
Размер частиц ильменита Панси относительно мал и частично уменьшается после кислотного выщелачивания. Хотя величину уменьшения размеров можно сделать меньшей, чем 15%, с помощью способа предокисления-ожижения, все равно около 60% синтезированного рутила имеет размер менее 200 меш. В то же время, поскольку синтетический рутил обладает высокой химической устойчивостью и поэтому не может быть переработан под действием серной кислоты, синтетический рутил также нельзя применять для получения титансодержащего пигмента под действием серной кислоты. Таким образом, синтетический рутил, большая часть которого имеет размер менее 200 меш, не может использоваться как сырье для получения титансодержащего пигмента ни в хлоридном способе, ни в сернокислотном способе, что приводит к тому, что по меньшей мере 50% ильменита может пойти в отходы.
Способ получения титансодержащего пигмента с помощью сернокислотного способа с использованием обогащенного титаном остатка ильменита позволяет эффективно использовать ильменит Панси (коэффициент использования почти 100%); уменьшить расход серной кислоты примерно на 50% при получении титансодержащего пигмента в ходе сернокислотного процесса, таким образом удваивая производительность перерабатывающего оборудования; отбросить две энергоемкие стадии удаления железа вымораживанием, а также концентрирования раствора сульфата титана. Раствор сульфата титана, приготовленный из обогащенного титаном остатка ильменита вывариванием, содержит очень небольшое количество ионов железа(II) и железа (III), что резко уменьшает время промывания метатитановой кислоты, таким образом уменьшая выделение кислых сточных вод, а также устраняет или уменьшает образование сульфата железа. Сульфат железа почти не образуется, если обогащенный титаном остаток используется сам по себе в качестве сырья. Если его смешивают с другим сырьем, таким как ильменит, использование обогащенного титаном остатка также значительно уменьшает образование сульфата железа. Таким образом, настоящее изобретение дает новый и лучший вариант сырья для получения титансодержащего пигмента в ходе сернокислотного процесса.
Описание графических материалов
Фигура 1 и Фигура 2 - полученные на сканирующем электронном микроскопе при различном разрешении изображения обогащенного титаном остатка ильменита Образца 1.
Фигура 3 и Фигура 4 - полученные на сканирующем электронном микроскопе при различном разрешении изображения обогащенного титаном остатка ильменита Образца 2.
Фигура 5 и Фигура 6 - полученные на сканирующем электронном микроскопе при различном разрешении изображения обогащенного титаном остатка ильменита Образца 3.
При этом Образцы 1 и 2 в основном состоят из рыхлого и пористого остатка, полученного выщелачиванием железа из кристаллической решетки ильменита (FeTiO3), в то время как Образец 3 в основном состоит из агрегатов метатитановой кислоты.
Увеличение составляет 35× на Фигуре 1, 100× на Фигуре 2, 35× на Фигуре 3, 100× на Фигуре 4, 1000× на Фигуре 5, and 3500× на Фигуре 6.
Отдельные воплощения
Примеры, описанные ниже в настоящем изобретении, не должны рассматриваться как ограничивающие область настоящего изобретения.
При получении титансодержащего пигмента с помощью сернокислотного способа согласно уровню техники сырьем является ильменитовый концентрат или титановый шлак, получаемый методом пирометаллургии, а содержание TiO2 в продукте составляет приблизительно 75-80%. Вообще никакие или очень малая часть примесей помимо железа могут быть удалены с помощью пирометаллургии при получении титанового шлака из ильменита. В ходе процесса его получения необходимо решить некоторые технические проблемы, такие как выброс пыли или токсичных газов. Кроме того, если титановый шлак, полученный пирометаллургией, используется для приготовления раствора сульфата титана для получения пигмента сернокислотным методом, раствор проявляет способность к восстановлению. Однако настоящее изобретение создано для реакций в окислительной среде, поэтому оборудование, методики и т.д. должны быть изменены или частично модифицированы, если в качестве сырья для сернокислотного способа используется такой титановый шлак.
В настоящем изобретении предложен способ получения титансодержащего пигмента, в котором ильменит Панси выщелачивают соляной кислотой, получая обогащенный титаном остаток, содержащий более 90% TiO2. В то же время более 90% примесных Са, Mg, Fe и Mn, а также более 60% примесных V и Al могут быть удалены в ходе выщелачивания соляной кислотой. Энергия, необходимая для получения обогащенного титаном остатка при солянокислом выщелачивании, гораздо ниже, чем при получении растворимого в кислоте титанового шлака пирометаллургическим способом. Способ получения титансодержащего пигмента в настоящем изобретении также может применяться к ильменитовым рудам за пределами региона Панси. Ильменит - это минерал, состоящий из оксидов титана и железа. Его химическая формула TiO2·FeO или FeTiO3, а теоретический состав - 47,36% FeO и 52,64% TiO2. Входящий в его состав ион Fe2+ может изоморфно замещаться на Mg2+ и Mn2+, образуя таким образом ряды FeTiO3-MgTiO3 или FeTiO3-MnTiO3. Минерал называется ильменитом, если преобладает FeO, дофинитом, если преобладает MgO, и пирофанитом, если преобладает MnO. Также часто происходит изоморфное замещение на Nb, Та и т.д. Дофинит и пирофанит также могут выступать в качестве сырья в методе получения согласно настоящему изобретению. Кроме того, в качестве сырья может также использоваться выветренный или окисленный ильменит, такой как ильменит морского песка. Ильменит из морского песка принадлежит к выветрившимся и окисленным ильменитам, где ион железа(II) окислен до иона железа(III) после многолетнего выветривания, а ион железа(III) выщелочен затем дождем. Поэтому содержание TiO2 в ильмените из морского песка выше, чем 52,64%, и иногда достигает 75%.
Способ выщелачивания соляной кислотой и сернокислотный способ, упомянутые в настоящем изобретении, могут проходить согласно текущему уровню техники, например способ выщелачивания соляной кислотой может выполняться как способ прямого выщелачивания соляной кислотой, способ выщелачивания соляной кислотой ВСА, способ выщелачивания предокислением-сжижением или связанная с предокислением технология обогащения и металлургический способ выщелачивания под давлением. Например, прямое выщелачивание соляной кислотой является простой методикой выщелачивания ильменита. Конкретные методики выщелачивания описаны ниже:
1. Способ прямого выщелачивания соляной кислотой:
A. Ильменит и соляную кислоту смешивают в соотношении 1 г: 2,5-5 мл, причем концентрация соляной кислоты составляет 18-30%. Смесь нагревают до 70-150°C и затем выщелачивают в течение 1-8 часов.
B. Реакционный раствор фильтруют и полученный осадок сушат. Высушенный осадок представляет собой растворимый в кислотах обогащенный титаном остаток.
На стадии (А) соляную кислоту необходимо предварительно нагреть до 70°C перед смешиванием, чтобы уменьшить время нагревания. Эта стадия может быть пропущена, если скорость нагревания высока. Но если температура слишком велика, будет выделяться газообразный хлороводород как результат нагревания.
При фильтровании на стадии (В) реакционную массу необходимо сначала охладить до 80-90°C и затем фильтровать любым способом, таким как вакуумное фильтрование или фильтрование под давлением.
При высушивании на стадии (В) температуру сушки необходимо поддерживать ниже 350°C, а время сушки должно быть равно 4-8 часов. Если температура слишком высока, может образоваться синтетический рутил, который не растворяется в серной кислоте. Предпочтительно, чтобы температура была ниже 250°C.
Примеры переработки ильменита прямым выщелачиванием соляной кислотой описаны ниже:
Пример 1. Получение обогащенного титаном остатка из ильменита прямым выщелачиванием соляной кислотой
1. Отмерили 45 л 20% соляной кислоты и добавили в 50 л эмалированный сосуд;
2. Взвесили 15 кг ильменитового концентрата и добавили в сосуд. Сосуд запечатали и включили перемешивание.
3. Сосуд быстро нагрели приблизительно до 140°C;
4. Сосуд выдерживали при 140°C в течение 5 часов, после чего сосуд охлаждался естественным образом до 80°C;
5. 3 л материала, взятого из сосуда, быстро отфильтровали. Фильтрование проводили на колбе Бюхнера, подсоединенной к вакуумному насосу.
6. Отфильтрованный осадок промыли 3 л деионизованной воды в три приема, после чего сушили при 110°C в течение 6 часов, получив таким образом обогащенный титаном остаток. Содержание воды в полученном остатке было ниже 1%.
Был проанализирован химический состав обогащенного титаном остатка, результаты показаны в Таблице 1.
| Таблица 1 | |||||||
| Основные химические компоненты концентрата ильменита из региона Паньчжихуа и обогащенного титаном остатка (масс.%) | |||||||
| Al2O3 | CaO | Fe2O3 | MgO | SiO2 | TiO2 | V2O5 | |
| Сырье (концентрат ильменита) | 0,9 | 1,1 | 44,0 | 4,0 | 3,0 | 46,1 | 0,1 |
| Обогащенный титаном остаток | 0,6 | 0,5 | 1,6 | 0,3 | 5,0 | 90,6 | 0,1 |
Пример 2. Получение обогащенного титаном остатка из ильменита прямым выщелачиванием соляной кислотой.
1. Отмерили 45 л 20% соляной кислоты и добавили в 50 л эмалированный сосуд.
2. Взвесили 15 кг ильменитового концентрата и добавили в сосуд. Сосуд запечатали и включили перемешивание.
3. Сосуд быстро нагрели приблизительно до 120°C.
4. Сосуд выдерживали при 120°C в течение 5 часов, после чего сосуд охлаждался естественным образом до 80°C.
5. 3 л материала, взятого из сосуда, быстро отфильтровали. Фильтрование проводили на колбе Бюхнера, подсоединенной к вакуумному насосу.
6. Отфильтрованный осадок промыли 3 л деионизованной воды в три приема, после чего сушили при 110°C в течение 6 часов, получив таким образом обогащенный титаном остаток. Содержание воды в полученном остатке было ниже 1%.
Был проанализирован химический состав обогащенного титаном остатка, результаты показаны в Таблице 2.
| Таблица 2 | |||||||
| Основные химические компоненты концентрата ильменита из региона Паньчжихуа и обогащенного титаном остатка (масс.%) | |||||||
| Al2O3 | CaO | Fe2O3 | MgO | SiO2 | TiO2 | V2O5 | |
| Сырье (концентрат ильменита) | 0,9 | 1,1 | 44,0 | 4,0 | 3,0 | 46,1 | 0,1 |
| Обогащенный титаном остаток | 0,5 | 0,7 | 4,9 | 0,5 | 4,8 | 86,2 | 0,1 |
Пример 3. Получение обогащенного титаном остатка из ильменита прямым выщелачиванием соляной кислотой
1. Отмерили 45 л 20% соляной кислоты и добавили в 50 л эмалированный сосуд.
2. Взвесили 15 кг ильменитового концентрата и добавили в сосуд. Сосуд запечатали и включили перемешивание.
3. Сосуд быстро нагрели приблизительно до 130°C. Сосуд выдерживали при 130°C в течение 7 часов, после чего сосуд охлаждался естественным образом до 80°C.
4. Материал, содержащийся в сосуде, быстро фильтровали порциями. Фильтрование проводили на колбе Бюхнера, подсоединенной к вакуумному насосу.
5. Отфильтрованный осадок каждой порции промыли 3 л деионизованной воды в три приема, после чего сушили при 110°C в течение 6 часов, получив таком образом обогащенный титаном остаток. Содержание воды в полученном остатке было ниже 1%.
Был проанализирован химический состав обогащенного титаном остатка, результаты показаны в Таблице 3.
| Таблица 3 | ||||||||
| Основные химические компоненты концентрата ильменита из региона Паньчжихуа и обогащенного титаном остатка (масс.%) | ||||||||
| Al2O3 | CaO | FeO | Fe2O3 | MgO | SiO2 | TiO2 | V2O5 | |
| Сырье (концентрат ильменита) | 1,37 | 1,08 | 33,51 | 10,84 | 3,12 | 5,05 | 42,78 | 0,15 |
| Обогащенный титаном остаток | 0,75 | 1,15 | 3,31 | 3,33 | 1,29 | 9,87 | 72,00 | 0,10 |
Обогащенный титаном остаток может использоваться для получения титансодержащего пигмента любым вариантом сернокислотного способа. В зависимости от концентрации серной кислоты, применяемой при переработке, существует три варианта: жидкофазный процесс, двухфазный процесс и твердофазный процесс. Порядок действий и конечный продукт переработки обогащенного титаном остатка до некоторой степени различаются в зависимости от ильменита.
В частности, жидкофазный процесс относится к переработке обогащенного титаном остатка с помощью 55-65% серной кислоты в жидкой фазе, причем температура в ходе реакции составляет 130-140°C, а время реакции 1,5-4,5 часа, после чего проводится выдерживание полученной вязкой смеси воды и твердого вещества при 140-220°C с образованием твердой смеси в виде комков, которую затем растворяют, получая раствор сульфата титана.
Двухфазный процесс относится к переработке обогащенного титаном остатка с помощью 65-70% серной кислоты в жидкой фазе, причем температура в ходе реакции составляет 160-180°C, а время реакции 20-60 минут, после чего проводится выдерживание полученной вязкой смеси воды и твердого вещества при 140-220°C с образованием твердой смеси в виде комков.
Твердофазный процесс относится к переработке обогащенного титаном остатка с помощью серной кислоты с концентрацией 80% и более в жидкой фазе, причем температура в ходе реакции составляет 160-200°C, а время реакции 5-20 минут, после чего проводится выдерживание полученной вязкой смеси воды и твердого вещества при 140-220°C с образованием твердой смеси в виде комков.
В действительности, все способы, используемые при переработке обогащенного титаном остатка с помощью серной кислоты, могут быть классифицированы как твердофазные процессы на основании состояния конечного продукта и отличаются только температурой и временем проведения реакции. Если концентрация серной кислоты низка, температура реакции также становится низкой, а время реакции оказывается долгим, а конечный продукт является светло-желтым и относительно компактным. Напротив, если концентрация серной кислоты высока, температура реакции становится высокой, реакция оказывается быстрой, а желто-коричневый продукт обладает высокой пористостью.
Согласно настоящему изобретению, раствор сульфата титана может быть приготовлен согласно нижеприведенному способу, включающему обработку серной кислотой.
Последовательность операций описывается следующим образом:
A. Серную кислоту смешивают с обогащенным титаном остатком в массовом отношении 1,4-1,9:1. После нагревания до 130-220°C поддерживается нагрев, при котором протекает реакция и сохраняется температура реакционной смеси.
B. После реакции получают вязкую твердую смесь.
C. Полученную смесь выдерживают при 140-220°C в течение 1-4 часов и затем охлаждают.Добавляют теплую воду объемом в 2-3 раза больше, чем объем серной кислоты, чтобы перевести титанилсульфат, а также сульфат титана, в водный раствор.
Здесь выдерживание относится к дальнейшей обработке обработанного продукта, который представляет собой твердую смесь.
D. Раствор перемешивают, пока не растворится твердая смесь, и получают раствор сульфата титана фильтрованием. Указанный раствор сульфата титана представляет собой смесь титанилсульфата и сульфата титана и может использоваться для получения титансодержащего пигмента согласно уровню техники. Отношение количества железа к количеству диоксида титана (Fe/TiO2) в полученном растворе сульфата титана равно 0,023-0,045. При использовании ильменитового концентрата в качестве сырья для получения титансодержащего пигмента согласно общепринятому сернокислотному способу отношение количества железа к количеству диоксида титана в растворе сульфата титана равно 0,2-0,33 (как сообщается в Manufacturing and Application Techniques of Titanium Dioxide («Методы производства и применения диоксида титана»), Chen С.и Liu С, Chemical Industry Press, с.211). Таким образом, отношение количества железа к количеству диоксида титана (Fe/TiO2) в растворе сульфата титана, полученном согласно способу настоящего изобретения, на порядок ниже, чем для общепринятого способа переработки ильменитового концентрата.
Здесь концентрация серной кислоты, используемой на стадии (А), равна 55-98%. Для протекания реакции контролируется нагревание, причем температура реакционной смеси поддерживается равной 130-200°C. Перемешивание продолжают в течение 5-240 минут, чтобы достичь окончания реакции, а также хорошего смешения твердого вещества и кислоты. Без перемешивания твердая и жидкая фазы разделяются на два слоя при использовании серной кислоты низкой концентрации.
На стадии (С) помимо воды может быть добавлено подходящее количество 20% разбавленной серной кислоты с температурой 60-70°C для растворения всех твердых веществ, а затем добавлена вода в количестве, дающем концентрацию TiO2 в растворе сульфата титана 200 г/л. Оптимальная температура выщелачивания - 60-85°C. Температура выщелачивания выше 85°C может привести к гидролизу титанилсульфата и сульфата титана с образованием осадка метатитановой кислоты и в конечном счете потере остатка. С другой стороны, температура выщелачивания ниже 60°C может привести к медленному растворению, причем время растворения составит 1-2 часа. Теплую воду нельзя добавлять, пока реакционная смесь не охладится до комнатной температуры, главной причиной этого является то, что смешение серной кислоты с водой является экзотермическим процессом. Без дополнительного охлаждения на эффективность растворения может повлиять гидролиз раствора сульфата титана из-за локального повышения температуры выше 85°C. Раствор сульфата титана может гидролизоваться, если температура слишком высока или кислотность слишком низка в части раствора после смешивания воды и реагентов. Поэтому температура теплой воды должна быть около 40-60°C, а дополнительное количество вода должно, как правило, давать конечную концентрацию TiO2 около 200 г/л.
При использовании обогащенного титаном остатка ильменита в качестве сырья для сернокислотного способа получения титансодержащего пигмента необходимо учитывать некоторые детали.
1. Концентрация серной кислоты: высокая концентрация приводит к ускорению реакции, но к большей стоимости.
2. Общее количество используемой серной кислоты (или отношение кислоты к остатку): большее количество способствует растворению обогащенного титаном остатка, но невыгодно из-за последующего гидролиза. Поэтому обычно отношение кислота - остаток равно 1,4-1,9:1. При таком количестве серной кислоты предпочтительная концентрация составляет около 90%. Небольшой объем, вызванный высокой концентрацией, приводит к быстрой, но неполной реакции, а также к тому, что продукт обработки, твердая смесь, настолько вязок, что его тяжело перемешивать. Очевидно, что если использовать более низкую концентрацию, реакция будет идти дольше.
3. Температура реакции: наибольшая температура реакции определяется выбранной концентрацией серной кислоты и равна температуре кипения кислоты при этой концентрации. Реакция проходит быстро, если температура высока, как обычно в химическом производстве.
4. Время реакции (или время перемешивания) в этом случае вряд ли может контролироваться. Оно зависит от вязкости продуктов реакции. Когда продукты реакции становятся слишком вязкими, чтобы их дальше перемешивать, реакция завершена и необходимо перейти к следующей стадии выдерживания.
5. Температура и время выдержки: выдержка рассматривается как дальнейшая переработка, поэтому двумя ключевыми факторами являются температура и время.
Обогащенный титаном остаток ильменита в основном состоит из аморфного TiO2 и метатитановой кислоты, поэтому теплота реакции, выделяющаяся при растворении остатка в серной кислоте, гораздо ниже, чем в случае ильменитового концентрата. При переработке ильменитового концентрата реакция начинается как только температура достигает 80-120°C и проходит бурно, причем температура реагентов резко увеличивается за счет теплоты реакции. С другой стороны, растворение обогащенного титаном остатка не начинается, пока температура не достигнет примерно 150°C, и реакция проходит гораздо спокойнее.
Пример 4. Растворение обогащенного титаном остатка ильменита в серной кислоте
140 г обогащенного титаном остатка, полученного в Примере 3, внесли в стакан объемом 1000 мл и добавили 160 мл серной кислоты с концентрацией 98%, причем массовое отношение обогащенного титаном остатка к серной кислоте с концентрацией 98% было 1:1,75. Нагревание начали одновременно с перемешиванием и продолжали в ходе всего перемешивания. Когда температура достигла примерно 150°C, началась самопроизвольная реакция. Когда реагенты превратились в вязкую твердую смесь после перемешивания в течение еще 10 минут, стакан поместили в сушильный шкаф при 200°C для выдерживания и держали при этой температуре в течение 5 часов. Затем стакан достали из сушильного шкафа и охладили до комнатной температуры. В стакан добавили 300 мл разбавленной 20% серной кислоты при 60°C и перемешивали, пока продукты реакции не были тщательно диспергированы. Раствор разбавили до 600 мл, поддерживая температуру системы равной 70-85°C, после чего выщелачивали в течение 2 часов при перемешивании и, наконец, отфильтровали на вакуум-фильтре с керамической воронкой. Остаток, полученный на фильтре, в каждом случае трижды промывали 100 мл воды. Весь остаток на фильтре высушили и затем определили его химический состав. Доля TiO2, растворенного в серной кислоте, была 98,1%. Фильтрат представлял собой раствор сульфата титана, результат анализа его состава приведен в Таблице 4.
| Таблица 4 | |||
| Результаты анализа состава раствора сульфата титана | |||
| Общее содержание железа (г/л) | TiO2 (г/л) | Отношение Fe/TiO2 | Величина F |
| 8,4 | 198 | 0,043 | 2,35 |
Здесь F обозначает коэффициент кислотности, то есть отношение количества действующей кислоты к общему количеству TiO2:
Пример 5. Растворение обогащенного титаном остатка в серной кислоте.
200 г обогащенного титаном остатка, полученного в Примере 3, внесли в стакан объемом 1000 мл и добавили 166 мл серной кислоты с концентрацией 98%, причем массовое отношение обогащенного титаном остатка к серной кислоте с концентрацией 98% было 1:1,50. Нагревание начали одновременно с перемешиванием и продолжали в ходе всего перемешивания. Когда температура достигла примерно 175°C, началась самопроизвольная реакция. Когда реагенты превратились в вязкую твердую смесь после перемешивания в течение еще 5 минут, стакан поместили в сушильный шкаф при 180°C для выдерживания и держали при этой температуре в течение 4 часов. Затем стакан достали из сушильного шкафа и охладили до комнатной температуры. В стакан добавили 300 мл разбавленной 20% серной кислоты при 60°C и перемешивали, пока продукты реакции не были тщательно диспергированы. Раствор разбавили до 600 мл, поддерживая температуру системы равной 70-85°C, после чего выщелачивали в течение 2 часов при перемешивании и, наконец, отфильтровали на вакуум-фильтре с керамической воронкой. Остаток, полученный на фильтре, в каждом случае трижды промывали 100 мл воды. Весь остаток на фильтре высушили и затем определили его химический состав. Доля TiO2, растворенного в серной кислоте, была 89,5%. Фильтрат представлял собой раствор сульфата титана, результат анализа его состава приведен в Таблице 5.
| Таблица 5 | |||
| Результаты анализа состава раствора сульфата титана | |||
| Общее содержание Fe (г/л) | TiO2 (г/л) | Отношение Fe/TiO2 | Величина F |
| 5,5 | 224 | 0,025 | 2,23 |
Пример 6. Растворение обогащенного титаном остатка в серной кислоте
200 г обогащенного титаном остатка, полученного в Примере 3, внесли в стакан объемом 1000 мл и добавили серную кислоту с концентрацией 89,1%, полученную добавлением 28 г воды к 170 мл серной кислоты с концентрацией 98%, причем массовое отношение обогащенного титаном остатка к серной кислоте с концентрацией 98% было 1:1,53. Нагревание начали одновременно с перемешиванием и продолжали в ходе всего перемешивания. Когда температура достигла примерно 175°C, началась самопроизвольная реакция. Когда реагенты превратились в вязкую твердую смесь после перемешивания в течение еще 10 минут, стакан поместили в сушильный шкаф при 180°C для выдерживания и держали при этой температуре в течение 4 часов. Затем стакан достали из сушильного шкафа и охладили до комнатной температуры. В стакан добавили 300 мл разбавленной 20% серной кислоты при 60°C и перемешивали, пока продукты реакции не были тщательно диспергированы. Раствор разбавили до 600 мл, поддерживая температуру системы равной 70-85°C, после чего выщелачивали в течение 2 часов при перемешивании и, наконец, отфильтровали на вакуум-фильтре с керамической воронкой. Остаток, полученный на фильтре, в каждом случае трижды промывали 100 мл воды. Весь остаток на фильтре высушили и затем определили его химический состав. Доля TiO2, растворенного в серной кислоте, была 96%. Фильтрат представлял собой раствор сульфата титана, результат анализа его состава приведен в Таблице 6.
| Таблица 6 | |||
| Результаты анализа состава раствора сульфата титана | |||
| Общее содержание Fe (г/л) | TiO2 (г/л) | Отношение Fe/TiO2 | Величина F |
| 7,5 | 237 | 0,032 | 2,11 |
Пример 7. Растворение обогащенного титаном остатка в серной кислоте
200 г обогащенного титаном остатка, полученного в Примере 3, внесли в стакан объемом 1000 мл и добавили серную кислоту с концентрацией 84%, полученную добавлением 47 г воды к 170 мл серной кислоты с концентрацией 98%, причем массовое отношение обогащенного титаном остатка к серной кислоте с концентрацией 98% было 1:1,53. Нагревание начали одновременно с перемешиванием и продолжали в ходе всего перемешивания. Когда температура достигла примерно 175°C, началась самопроизвольная реакция. Когда реагенты превратились в вязкую твердую смесь после перемешивания в течение еще 10 минут, стакан поместили в сушильный шкаф при 180°C для выдерживания и держали при этой температуре в течение 4 часов. Затем стакан достали из сушильного шкафа и охладили до комнатной температуры. В стакан добавили 300 мл разбавленной 20% серной кислоты при 60°C и перемешивали, пока продукты реакции не были тщательно диспергированы. Раствор разбавили до 700 мл, поддерживая температуру системы равной 70-85°C, после чего выщелачивали в течение 2 часов при перемешивании и, наконец, отфильтровали на вакуум-фильтре с керамической воронкой. Остаток, полученный на фильтре, в каждом случае трижды промывали 100 мл воды. Весь остаток на фильтре высушили и затем определили его химический состав. Доля TiO2, растворенного в серной кислоте, была 97,7%. Фильтрат представлял собой раствор сульфата титана, результат анализа его состава приведен в Таблице 7.
| Таблица 7 | |||
| Результаты анализа состава раствора сульфата титана | |||
| Общее содержание Fe (г/л) | TiO2 (г/л) | Отношение Fe/TiO2 | Величина F |
| 7,0 | 205 | 0,034 | 2,07 |
Пример 8. Растворение обогащенного титаном остатка в серной кислоте
200 г обогащенного титаном остатка, полученного в Примере 3, внесли в стакан объемом 1000 мл и добавили 194 мл серной кислоты с концентрацией 98%, причем массовое отношение обогащенного титаном остатка к серной кислоте с концентрацией 98% было 1:1,75. Нагревание начали одновременно с перемешиванием и продолжали в ходе всего перемешивания. Когда температура достигла примерно 175°C, началась самопроизвольная реакция. Когда реагенты превратились в вязкую твердую смесь после перемешивания в течение еще 5 минут, стакан поместили в сушильный шкаф при 180°C для выдерживания и держали при этой температуре в течение 4 часов. Затем стакан достали из сушильного шкафа и охладили до комнатной температуры. В стакан добавили 300 мл разбавленной 20% серной кислоты при 60°C и перемешивали, пока продукты реакции не были тщательно диспергированы. Раствор разбавили до 700 мл, поддерживая температуру системы равной 70-85°C, после чего выщелачивали в течение 2 часов при перемешивании и, наконец, отфильтровали на вакуум-фильтре с керамической воронкой. Остаток, полученный на фильтре, в каждом случае трижды промывали 100 мл воды. Весь остаток на фильтре высушили и затем определили его химический состав. Доля TiO2, растворенного в серной кислоте, была 98,7%. Фильтрат представлял собой раствор сульфата титана, результат анализа его состава приведен в Таблице 8.
| Таблица 8 | |||
| Результаты анализа состава раствора сульфата титана | |||
| Общее содержание железа (г/л) | TiO2 (г/л) | Отношение Fe/TiO2 | Величина F |
| 6,1 | 205 | 0,030 | 2,36 |
Пример 9. Растворение обогащенного титаном остатка в серной кислоте
200 г обогащенного титаном остатка, полученного в Примере 3, внесли в стакан объемом 1000 мл и добавили 194 мл серной кислоты с концентрацией 98%, причем массовое отношение обогащенного титаном остатка к серной кислоте с концентрацией 98% было 1:1,75. Нагревание начали одновременно с перемешиванием и продолжали в ходе всего перемешивания. Когда температура достигла примерно 175°C, началась самопроизвольная реакция. Когда реагенты превратились в вязкую твердую смесь после перемешивания в течение еще 5 минут, стакан поместили в сушильный шкаф при 140°C для выдерживания и держали при этой температуре в течение 4 часов. Затем стакан достали из сушильного шкафа и охладили до комнатной температуры. В стакан добавили 300 мл разбавленной 20% серной кислоты при 60°C и перемешивали, пока продукты реакции не были тщательно диспергированы. Раствор разбавили до 700 мл, поддерживая температуру системы равной 70-85°C, после чего выщелачивали в течение 2 часов при перемешивании и, наконец, отфильтровали на вакуум-фильтре с керамической воронкой. Остаток, полученный на фильтре, в каждом случае трижды промывали 100 мл воды. Весь остаток на фильтре высушили и затем определили его химический состав. Доля TiO2, растворенного в серной кислоте, была 89,1%. Фильтрат представлял собой раствор сульфата титана, результат анализа его состава приведен в Таблице 9.
| Таблица 9 | |||
| Результаты анализа состава раствора сульфата титана | |||
| Общее содержание железа (г/л) | TiO2 (г/л) | Отношение Fe/TiO2 | Величина F |
| 4,8 | 188 | 0,025 | 2,63 |
Пример 10. Растворение обогащенного титаном остатка в серной кислоте
200 г обогащенного титаном остатка, полученного в Примере 3, внесли в стакан объемом 1000 мл и добавили 194 мл серной кислоты с концентрацией 98%, причем массовое отношение обогащенного титаном остатка к серной кислоте с концентрацией 98% было 1:1,75. Нагревание начали одновременно с перемешиванием и продолжали в ходе всего перемешивания. Когда температура достигла примерно 175°C, началась самопроизвольная реакция. Когда реагенты превратились в вязкую твердую смесь после перемешивания в течение еще 5 минут, стакан поместили в сушильный шкаф при 180°C для выдерживания и держали при этой температуре в течение 1 часа. Затем стакан достали из сушильного шкафа и охладили до комнатной температуры. В стакан добавили 300 мл разбавленной 20% серной кислоты при 60°C и перемешивали, пока продукты реакции не были тщательно диспергированы. Раствор разбавили до 700 мл, поддерживая температуру системы равной 70-85°C, после чего выщелачивали в течение 2 часов при перемешивании и, наконец, отфильтровали на вакуум-фильтре с керамической воронкой. Остаток, полученный на фильтре, в каждом случае трижды промывали 100 мл воды. Весь остаток на фильтре высушили и затем определили его химический состав. Доля TiO2, растворенного в серной кислоте, была 90,0%. Фильтрат представлял собой раствор сульфата титана, результат анализа его состава приведен в Таблице 10.
| Таблица 10 | |||
| Результаты анализа состава раствора сульфата титана | |||
| Общее содержание железа (г/л) | TiO2 (г/л) | Отношение Fe/TiO2 | Величина F |
| 4,8 | 191 | 0,025 | 2,61 |
Пример 11. Растворение обогащенного титаном остатка в серной кислоте
200 г обогащенного титаном остатка, полученного в Примере 3, внесли в стакан объемом 1000 мл и добавили серную кислоту с концентрацией 75%, полученную добавлением 107 г воды к 194 мл серной кислоты с концентрацией 98%, причем массовое отношение обогащенного титаном остатка к серной кислоте с концентрацией 98% было 1:1,75. Нагревание начали одновременно с перемешиванием и продолжали в ходе всего перемешивания. Когда температура достигла примерно 170°C, началась самопроизвольная реакция. Когда реагенты превратились в вязкую твердую смесь после перемешивания в течение еще 45 минут, стакан поместили в сушильный шкаф при 180°C для выдерживания и держали при этой температуре в течение 4 часов. Затем стакан достали из сушильного шкафа и охладили до комнатной температуры. В стакан добавили 300 мл разбавленной 20% серной кислоты при 60°C и перемешивали, пока продукты реакции не были тщательно диспергированы. Раствор разбавили до 700 мл, поддерживая температуру системы равной 70-85°C, после чего выщелачивали в течение 2 часов при перемешивании и, наконец, отфильтровали на вакуум-фильтре с керамической воронкой. Остаток, полученный на фильтре, в каждом случае трижды промывали 100 мл воды. Весь остаток на фильтре высушили и затем определили его химический состав. Доля TiO2, растворенного в серной кислоте, была 98,1%. Фильтрат представлял собой раствор сульфата титана, результат анализа его состава приведен в Таблице 11.
| Таблица 11 | |||
| Результаты анализа состава раствора сульфата титана | |||
| Общее содержание железа (г/л) | TiO2 (г/л) | Отношение Fe/TiO2 | Величина F |
| 7,5 | 215 | 0,035 | 2,29 |
Пример 12. Растворение обогащенного титаном остатка в серной кислоте
200 г обогащенного титаном остатка, полученного в Примере 3, внесли в стакан объемом 1000 мл и добавили серную кислоту с концентрацией 65%, полученную добавлением 177 г воды к 194 мл серной кислоты с концентрацией 98%, причем массовое отношение обогащенного титаном остатка к серной кислоте с концентрацией 98% было 1:1,75. Нагревание начали одновременно с перемешиванием и продолжали в ходе всего перемешивания. Когда температура достигла примерно 140°C, началась самопроизвольная реакция. Когда реагенты превратились в вязкую твердую смесь после перемешивания в течение еще 120 минут, стакан поместили в сушильный шкаф при 180°C для выдерживания и держали при этой температуре в течение 4 часов. Затем стакан достали из сушильного шкафа и охладили до комнатной температуры. В стакан добавили 300 мл разбавленной 20% серной кислоты при 60°C и перемешивали, пока продукты реакции не были тщательно диспергированы. Раствор разбавили до 700 мл, поддерживая температуру системы равной 70-85°C, после чего выщелачивали в течение 2 часов при перемешивании и, наконец, отфильтровали на вакуум-фильтре с керамической воронкой. Остаток, полученный на фильтре, в каждом случае трижды промывали 100 мл воды. Весь остаток на фильтре высушили и затем определили его химический состав. Доля TiO2, растворенного в серной кислоте, была 95,7%. Фильтрат представлял собой раствор сульфата титана, результат анализа его состава приведен в Таблице 12.
| Таблица 12 | |||
| Результаты анализа состава раствора сульфата титана | |||
| Общее содержание железа (г/л) | TiO2 (г/л) | Отношение Fe/TiO2 | Величина F |
| 6,9 | 211 | 0,033 | 2,37 |
Степень чистоты раствора сульфата титана, полученного в примерах 4-12, очень высока. Применение такого раствора для получения титансодержащего пигмента может значительно уменьшить количество воды для промывания, так образом уменьшая сброс сточных вод.
Исследование остатка методом сканирующей электронной микроскопии.
Определенное количество остатка, полученного способом, описанным в Примере 1, было просеяно через сито 200 меш. Нижний продукт просеивания высушили при 105°C в течение 24 часов, получив Образец 3. Верхний продукт просеивания промыли водой, чтобы удалить мелкий поверхностный материал, и затем просеяли через сита 40 меш и 100 меш. Материал различного размера высушили при 105°C в течение 24 часов, получив, соответственно, Образец 1 и Образец 2. Эти образцы анализировали методом сканирующей электронной микроскопии, причем обнаружилось следующее:
Образец 1 (100-200 меш)
Образец 2 (40-100 меш)
Образец 3 (под ситом 200 меш)
Как показано на Фигурах 1-6, обогащенный титаном остаток согласно настоящему изобретению в основном состоит из рыхлого и пористого остатка, полученного после удаления железа из кристаллической решетки ильменита (FeTiO2) выщелачиванием соляной кислотой, а также агрегатов метатитановой кислоты.
1. Обогащенный титаном остаток, подходящий для применения при получении титансодержащего пигмента сернокислотным способом, отличающийся тем, что остаток состоит из рыхлого и пористого остатка, получаемого после удаления железа из кристаллической решетки ильменита (FeTiO3) выщелачиванием соляной кислотой, и агрегатов метатитановой кислоты, и содержит небольшие количества рутила и титанавгита, причем большая часть составляющего его TiO2 является аморфной, при этом остаток получен следующим образом:
a. получен из ильменита выщелачиванием соляной кислотой обогащенный титаном остаток, являющийся твердым веществом,
b. твердое вещество, полученное на стадии (а), сушат с образованием обогащенного титаном остатка, который может быть растворен серной кислотой, а содержание в нем воды составляет не более 20%, причем остаток представляет собой белые, светло-желтые или светло-серые частицы или порошок, содержание в которых аморфного TiO2 составляет 65-97%, общее содержание железа составляет не более 8%, а удельный вес остатка составляет 2,9-3,6.
2. Обогащенный титаном остаток по п.1, отличающийся тем, что из ильменита удалены более 90% примесных Ca, Mg, Fe и Mn, а также более 60% примесных V и Al.
3. Обогащенный титаном остаток по п.1, отличающийся тем, что выщелачивание соляной кислотой на стадии (а) является прямым выщелачиванием соляной кислотой, выщелачиванием соляной кислотой ВСА, выщелачиванием предокислением-сжижением или связанной с предокислением технологией обогащения и металлургическим выщелачиванием под давлением, причем прямое выщелачивание соляной кислотой включает следующие стадии:
А. ильменит и соляную кислоту смешивают, причем отношение массы ильменита к объему соляной кислоты составляет 1 г: 2,5-5 мл, а концентрация соляной кислоты составляет 18-30%, ильменит и соляную кислоту нагревают до 70-150°C, проводя реакцию выщелачивания в течение 1-8 часов,
B. суспензию, полученную в результате выщелачивания, фильтруют после ее охлаждения до 80-90°C,
C. полученный осадок сушат, причем на стадии (А) соляную кислоту предварительно нагревают до 70°C перед смешиванием с ильменитом, на стадии (С) температуру высушивания поддерживают ниже 350°C, предпочтительно ниже 250°C, а время высушивания составляет 4-8 часов, и высушенный осадок представляет собой обогащенный титаном остаток.
4. Обогащенный титаном остаток по пп.1 или 3, отличающийся тем, что после прямого выщелачивания соляной кислотой, выщелачивания соляной кислотой ВСА, выщелачивания предокислением-сжижением или связанной с предокислением технологией обогащения и металлургического выщелачивания остаток сушат при температуре ниже 350°C без прокаливания.
5. Применение обогащенного титаном остатка по п.1 в качестве сырья при получении титансодержащего пигмента сернокислотным способом.
6. Применение по п.5, отличающееся тем, что обогащенный титаном остаток применяют совместно с ильменитом или титановым остатком, растворимым в кислотах.
7. Сернокислотный способ получения титанового пигмента, в котором применяют обогащенный титаном остаток по любому из пп.1-3 в качестве сырья, при этом указанный сернокислотный способ включает следующие стадии растворения и гидролиза:
A. серную кислоту смешивают с обогащенным титаном остатком в массовом отношении 1,4-1,9:1, нагревают до 130-220°C, и затем поддерживают нагревание, при котором протекает реакция и сохраняется температура реакционной смеси,
B. после реакции получают вязкую твердую смесь,
C. полученную смесь выдерживают при 140-220°C в течение 1-4 часов, затем охлаждают и добавляют теплую воду объемом в 2-3 раза больше, чем объем серной кислоты, или добавляют разбавленную 20% серную кислоту при 60-70°C, чтобы растворить смесь, полученную после охлаждения, после чего добавляют такое количество воды, чтобы концентрация TiO2 оказалась равной 200 г/л,
D. раствор перемешивают, пока не растворится твердая смесь, и получают раствор сульфата титана фильтрованием,
причем концентрация серной кислоты, используемой на стадии (А), составляет 55-98%, после нагревания на стадии (А) проводят перемешивание в течение еще 5-240 минут, при этом реакция растворения начинается приблизительно при 150°C и протекает относительно спокойно, а предпочтительная концентрация серной кислоты составляет 90%, на стадии (С) температура добавляемой теплой воды составляет 40-60°C, температура выщелачивания составляет 60-85°C после добавления теплой воды или разбавленной серной кислоты.
