Способ получения рутилирующих зародышей

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Способ получения рутилирующих зародышей включает структурное преобразование гидратированного диоксида титана с использованием нагрева. Нагреву подвергают гидратированный диоксид титана и проводят при температуре 50-250°С. К полученному порошкообразному материалу добавляют модификатор в виде оксида цинка, оксида циркония или солей этих металлов в количестве 1-10% по отношению к массе TiO2 в гидратированном диоксиде титана. Затем смесь измельчают с использованием высокоскоростной барабанной мельницы в течение 1-4 часов при скорости вращения барабанов 650-750 об/мин. После этого добавляют воду до обеспечения массового отношения Т:Ж = 1:(2-3,5) и продолжают измельчение в течение 2-8 часов при скорости вращения барабанов 350-600 об/мин. Изобретение позволяет получить рутилирующие зародыши в виде устойчивой суспензии с содержанием рутильной формы в целевом продукте до 93,4%, исключить использование экологически вредных реагентов. 4 пр.

 

Изобретение относится к способам получения рутилирующих зародышей, используемых в производстве диоксида титана, в том числе пигментного, по сульфатной технологии.

При получении рутилирующих титановых зародышей возникает проблема направленного структурирования исходного гидратированного диоксида титана при обеспечении его наиболее полного перевода в целевой с продукт. В известных жидкофазных способах эту проблему решают с использованием экологически вредных реагентов при большом числе технологических операций, сопровождаемых недостаточной полнотой перевода гидратированного диоксида титана в рутильную форму и образованием значительного объема жидких стоков, требующих утилизации.

Известен способ получения рутилирующих зародышей (см. Горощенко Я.Г. Химия титана, ч. II. Киев: Наукова думка, 1972, с. 229-230), включающий взаимодействие метатитановой кислоты с концентрированным раствором едкого натра, расход которого берут в полуторакратном избытке по отношению к стехиометрически необходимому количеству. Суспензию нагревают до 104°С за 50-60 минут и выдерживают 3-4 часа. Полученную массу, содержащую титанат натрия, отфильтровывают и промывают водой. Образовавшийся осадок обрабатывают концентрированной соляной кислотой до рН 2,5-2,8 и нагревают до 45°С. Далее к полученной пасте добавляют цинковый порошок и концентрированную соляную кислоту до обеспечения молярного отношения HCl:TiO2 = 1,25, нагревают до температуры 90-100°С и выдерживают в течение 1 часа с получением рутилирующих зародышей.

Недостатком данного способа является то, что рутилирующие зародыши получают в результате проведения многостадийного процесса при низкой (не более 50%) степени перевода гидратированного диоксида титана в титанат натрия и, соответственно, низком содержании рутильной формы в конечном продукте. Для реализации способа требуется значительный расход экологически вредных реагентов, при этом образуется большое количество жидких стоков, что требует их утилизации.

Известен также принятый в качестве прототипа способ получения рутилирующих зародышей (см. а.с. 874635 СССР, МКИ3 C01G 23/04, 1981), согласно которому осуществляют взаимодействие гидратированного диоксида титана с 40% раствором едкого натра при их весовом отношении NaOH:TiO2 = 1,5 в условиях кипячения и под воздействием ультразвука с интенсивностью 1,5-5,0 кВт/кг TiO2 в течение 15-45 минут. Степень перехода гидратированного диоксида титана в титанат натрия равна 70,8-84,3%. Титанат натрия гидролизуют в течение 1 часа в растворе соляной кислоты при температуре кипения и весовом отношении HCl:TiO2 = 0,44-0,46 с получением рутилирующих зародышей.

Недостатком известного способа является его невысокая технологичность, обусловленная недостаточно высокой степенью перехода гидратированного диоксида титана в титанат натрия, и, соответственно, невысоком содержании рутильной формы в целевом продукте, а также применением экологически вредных реагентов и наличием значительного числа операций, связанных с проведением способа в жидкофазном режиме.

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении технологичности способа за счет повышения содержания рутильной формы в целевом продукте, исключения расхода экологически вредных реагентов и уменьшения числа операций.

Технический результат достигается тем, что в способе получения рутилирующих зародышей путем структурного преобразования гидратированного диоксида титана с использованием нагрева, согласно изобретению, нагреву подвергают непосредственно гидратированный диоксид титана, при этом нагрев ведут при температуре 50-250°С, к полученному порошкообразному материалу добавляют модификатор в виде оксида цинка, оксида циркония или солей этих металлов в количестве 1-10% по отношению к массе TiO2 в гидратированном диоксиде титана и подвергают измельчению с использованием высокоскоростной барабанной мельницы в течение 1-4 часов при скорости вращения барабанов 650-750 об/мин, после чего добавляют воду до обеспечения массового отношения Т:Ж = 1:2-3,5 и продолжают измельчение в течение 2-8 часов при скорости вращения барабанов 350-600 об/мин с образованием устойчивой суспензии рутилирующих зародышей.

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

Нагрев непосредственно гидратированного диоксида титана, который ведут при температуре 50-250°С, позволяет осуществить структурное преобразование образующегося порошкообразного материала. Нагрев гидратированного диоксида титана предпочтительно проводить в течение 1-3 часов. Температура нагрева гидратированного диоксида титана ниже 50°С или в течение менее 1 часа недостаточна для формирования порошкообразного материала, что снижает эффективность структурного преобразования, а при температуре выше 250°С или в течение более 3 часов происходит переуплотнение порошкообразного материала, что затрудняет проведение последующей операции смешения с модификатором.

Добавление к полученному порошкообразному материалу модификатора в виде оксида цинка, оксида циркония или солей этих металлов в количестве 1-10% по отношению к массе TiO2 в гидратированном диоксиде титана способствует эффективному структурированию термообработанного гидратированного диоксида титана, что обеспечивает при последующем измельчении повышение содержания рутильной формы в целевом продукте. Добавление модификатора в количестве менее 1% по отношению к массе TiO2 приводит к снижению содержания рутильной формы в целевом продукте, а добавление модификатора в количестве более 10% по отношению к массе TiO2 технологически не оправдано, поскольку приводит к избыточному расходу модификатора.

Измельчение смеси компонентов, образовавшейся после добавления модификатора, в течение 1-4 часов с использованием высокоскоростной барабанной мельницы при скорости вращения барабанов 650-750 об/мин позволяет обеспечить направленное структурирование исходного гидратированного диоксида титана при его наиболее полном переводе в целевой продукт, что способствует повышению степени полезного использования титана.

Измельчение смеси в течение менее 1 часа не обеспечивает требуемую полноту перевода гидратированного диоксида титана в рутильную форму. Измельчение смеси в течение более 4 часов нежелательно, так как приводит к неоправданному повышению энергозатрат.

Измельчение при скорости менее 650 об/мин приводит к увеличению продолжительности измельчения и повышению энергозатрат. Измельчение при скорости более 750 об/мин приводит к загрязнению целевого продукта материалом стенок барабана мельницы.

Добавление воды до обеспечения массового отношения Т:Ж = 1:2-3,5 позволяет получать рутилирующие зародыши в виде суспензии, удобной для практического применения. При меньшем содержании воды в соотношении Т:Ж = 1:2 повышается вязкость суспензии, что затрудняет ее дозирование при использовании. При большем содержании воды в соотношении Т:Ж = 1:3,5 уменьшается вязкость суспензии, что приводит к снижению устойчивости суспензии рутилирующих зародышей.

Последующее измельчение компонентов смеси в течение 2-8 часов при скорости 350-600 об/мин обеспечивает образование устойчивой суспензии рутилирующих зародышей.

Измельчение в течение менее 2 часов снижает устойчивость суспензии рутилирующих зародышей, что затрудняет ее использование. Измельчение компонентов смеси в течение более 8 часов повышает энергозатраты практически без существенного изменения устойчивости суспензии рутилирующих зародышей.

Измельчение при скорости менее 350 об/мин увеличивает длительность способа, а измельчение при скорости более 600 об/мин технологически не целесообразно.

Совокупность вышеуказанных признаков необходима и достаточна для достижения технического результата изобретения, заключающегося в повышении содержания рутильной формы в целевом продукте, исключении расхода экологически вредных реагентов и уменьшении числа операций за счет проведения процесса в твердофазном режиме, что повышает технологичность способа.

Сущность заявляемого способа может быть пояснена следующими Примерами.

Пример 1. Берут 1000 г гидратированного диоксида титана, содержащего 550 г TiO2, и подвергают нагреву при 50°С в течение 3 часов. К полученному порошкообразному материалу добавляют модификатор в виде оксида цинка в количестве 1% по отношению к массе TiO2 в гидратированном диоксиде титана. Смесь компонентов измельчают в барабанной мельнице при массовом отношении шаров и смеси, равном 10:1, и скорости вращения барабанов 650 об/мин в течение 1 часа. Затем в мельницу добавляют воду до обеспечения массового отношения Т:Ж = 1:2 и продолжают измельчение в течение 2 часов при скорости вращения барабанов 350 об/мин. В результате получают суспензию рутилирующих зародышей с размером частиц 0,3-0,5 мкм, агрегативная устойчивость которой сохраняется в течение 7 суток. Содержание рутильной формы в целевом продукте составляет 89,4%.

Пример 2. Берут 1000 г гидратированного диоксида титана, содержащего 550 г TiO2, и подвергают нагреву при 120°С в течение 2 часов. К полученному порошкообразному материалу добавляют модификатор в виде оксида циркония в количестве 3,5% по отношению к массе TiO2 в гидратированном диоксиде титана. Смесь компонентов измельчают в барабанной мельнице при массовом отношении шаров и смеси, равном 10:1, и скорости вращения барабанов 650 об/мин в течение 3 часов. Затем в мельницу добавляют воду до обеспечения массового отношения Т:Ж = 1:2,5 и продолжают измельчение в течение 5 часов при скорости вращения барабанов 600 об/мин. В результате получают суспензию рутилирующих зародышей с размером частиц 0,3-0,7 мкм, агрегативная устойчивость которой сохраняется в течение 6 суток. Содержание рутильной формы в целевом продукте составляет 92,8%

Пример 3. Берут 1000 г гидратированного диоксида титана, содержащего 550 г TiO2, и подвергают нагреву при 150°С в течение 1,5 часов. К полученному порошкообразному материалу добавляют модификатор в виде хлорида цинка в количестве 10% в пересчете на оксид цинка по отношению к массе TiO2 в гидратированном диоксиде титана. Смесь компонентов измельчают в барабанной мельнице при массовом отношении шаров и смеси, равном 15:1, и скорости вращения барабанов 700 об/мин в течение 3 часов. Затем в мельницу добавляют воду до обеспечения массового отношения Т:Ж = 1:3 и продолжают измельчение в течение 7 часов при скорости вращения барабанов 600 об/мин. В результате получают суспензию рутилирующих зародышей с размером частиц 0,5-0,7 мкм, агрегативная устойчивость которой сохраняется в течение 6 суток. Содержание рутильной формы в целевом продукте составляет 93,4%

Пример 4. Берут 1000 г гидратированного диоксида титана, содержащего 550 г TiO2, и подвергают нагреву при 250°С в течение 1 часа. К полученному порошкообразному материалу добавляют модификатор в виде оксихлорида циркония в количестве 7% в пересчете на оксид циркония по отношению к массе TiO2 в гидратированном диоксиде титана. Смесь компонентов измельчают в барабанной мельнице при массовом отношении шаров и смеси, равном 15:1, и скорости вращения барабанов 750 об/мин в течение 4 часов. Затем в мельницу добавляют воду до обеспечения массового отношения Т:Ж = 1:3,5 и продолжают измельчение в течение 8 часов при скорости вращения барабанов 500 об/мин. В результате получают суспензию рутилирующих зародышей с размером частиц 0,5-1,0 мкм, агрегативная устойчивость которой сохраняется в течение 5 суток. Содержание рутильной формы в целевом продукте 90,1%

Из вышеприведенных Примеров видно, что по сравнению с прототипом предлагаемый способ позволяет получить рутилирующие зародыши в виде устойчивой (до 7 суток) суспензии с повышенным содержанием рутильной формы (до 93,4%) в целевом продукте. В предлагаемом способе не используются экологически вредные реагенты. Способ согласно изобретению является технологичным, он относительно прост и может быть реализован с привлечением стандартного оборудования.

Способ получения рутилирующих зародышей путем структурного преобразования гидратированного диоксида титана с использованием нагрева, отличающийся тем, что нагреву подвергают непосредственно гидратированный диоксид титана, при этом нагрев ведут при температуре 50-250°С, к полученному порошкообразному материалу добавляют модификатор в виде оксида цинка, оксида циркония или солей этих металлов в количестве 1-10% по отношению к массе TiO2 в гидратированном диоксиде титана и подвергают измельчению с использованием высокоскоростной барабанной мельницы в течение 1-4 часов при скорости вращения барабанов 650-750 об/мин, после чего добавляют воду до обеспечения массового отношения Т:Ж = 1:(2-3,5) и продолжают измельчение в течение 2-8 часов при скорости вращения барабанов 350-600 об/мин с образованием устойчивой суспензии рутилирующих зародышей.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано в лакокрасочной и химической промышленности, в строительстве, в космической технике. Светостойкие пигменты получают путем смешивания одного из порошков ZnO, TiO2, SiO2, ZrO2, Al2O3, MgAl2O4, Zn2TiO4, BaTiO3 с оксидантами с добавлением дистиллированной воды.
Изобретение относится к химической промышленности и может применяться при изготовлении пигментов для лаков и красок. Пигмент состоит из оболочки и ядра.
Изобретение относится к химической промышленности и может применяться при изготовлении пигментов для лаков и красок. Пигмент содержит оболочку и ядро.
Изобретение относится к химической промышленности и может примененяться при изготовлении пигментов для лаков и красок. Пигмент содержит оболочку и ядро.

Изобретение может быть использовано при получении пластмасс, покрытий или ламинатов. Способ обработки поверхности частиц неорганического пигмента включает получение водной суспензии частиц неорганического пигмента.
Изобретение относится к химической промышленности и может применяться при изготовлении пигментов для лаков и красок. Пигмент белого цвета содержит оболочку и ядро.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения диоксида титана включает взаимодействие при перемешивании тетрабутоксититана с органической жидкостью, а затем с осаждающим компонентом с последующими нагревом и выдержкой.

Изобретение относится к минеральным суспензиям, применяемым в бетоне, герметиках, бумаге, краске или пластике. Описывается способ отбеливания поверхности суспензии минеральных веществ.

Изобретение может быть использовано в химической, добывающей, пищевой отраслях промышленности и в медицине. Для получения сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), модифицированного наноразмерными частицами оксида титана, к исходному СВМПЭ при интенсивном перемешивании добавляют тетрахлорметан-бензольную смесь.

Изобретение относится к получению обработанного диоксида титана, пригодного для получения декоративной бумаги. Способ получения обработанного диоксида титана включает сначала получение водной суспензии необработанных частиц диоксида титана, легированных алюминием, при рН по меньшей мере 8.
Изобретение может быть использовано в химической промышленности. При переработке исходного титансодержащего минерального сырья его увлажняют и смешивают с гидродифторидом аммония в стехиометрическом соотношении.

Изобретение относится к неорганической химии, а именно к методу получения седиментационно устойчивого золя кристаллических наночастиц. Описан способ получения золь-гель чернил для цветной интерференционной струйной печати, содержащих нанокристаллический золь диоксида титана, в растворе этилового спирта в воде, в два этапа, на первом этапе получают нанокристаллический золь диоксида титана преимущественно анатазной фазы в воде, а на втором этапе из нанокристаллического золя диоксида титана преимущественно анатазной фазы в воде получают золь-гель чернила для цветной интерференционной струйной печати в виде нанокристаллического золя диоксида титана в растворе этилового спирта в воде, с требуемыми для струйной печати плотностью, вязкостью и поверхностным натяжением.

Группа изобретений относится к неорганической химии. Оксид титана представлен в форме однородных сферических частиц с размером от 20 нм до 100 нм.
Изобретение относится к технологии получения титансодержащих материалов, а именно функционального диоксида титана, используемого в производстве термо- и светостойких пластмасс, красок, клеев, герметиков.
Изобретение относится к нанотехнологиям и наноструктурам, а именно к методам получения слоя рутила в виде пленки или пластинки. Способ получения включает процесс, происходящий в окислительной газовой среде, причем поверхность титана разогревают с помощью резистивного, индукционного или лучевого воздействия до температуры ниже температуры плавления вблизи точки фазового перехода 800-900°С в окислительной газовой среде, содержащей кислород и инертный газ или смесь инертных газов, при давлении, превышающем 100 Па, при этом происходит окисление приповерхностных слоев титана с одновременной перестройкой в структуру, соответствующую ТiO2 - рутилу.

Группа изобретений относится к высокоэмиссионным покровным композициям и способам их получения. Термоэмиссионная покровная композиция для подложки включает сухую смесь из веществ, повышающих эмиссионную способность покрытия, при этом вещества, повышающие эмиссионную способность покрытия, содержат диоксид титана, и веществ, повышающих механическую прочность.

Изобретение может быть использовано в производстве эффективных электродных материалов в химических источниках тока, сорбентов. Для получения композита диоксид титана/углерод TiO2/C проводят термическое разложение титансодержащего прекурсора в инертной атмосфере.

Изобретение может быть использовано в производстве гетерогенных катализаторов, обладающих высокоразвитой поверхностью, и электродов в литий-ионных батареях. Электрохимический способ получения наноразмерных структур оксида титана (IV) включает анодное окисление титанового электрода в ионной жидкости с добавлением воды или пропиленгликоля в атмосфере воздуха.

Настоящее изобретение относится к усовершенствованиям в области химии, относящимся к получению оксида алюминия путем экстракции алюминия из материалов и/или оксида титана путем экстракции титана из материалов, содержащих титан.

Изобретение может быть использовано в химической, добывающей, пищевой отраслях промышленности и в медицине. Для получения сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), модифицированного наноразмерными частицами оксида титана, к исходному СВМПЭ при интенсивном перемешивании добавляют тетрахлорметан-бензольную смесь.

Изобретение относится к переработке титансодержащего минерального сырья, преимущественно россыпных титановых руд, включающих лейкоксенизированные формы ильменита, и может быть использовано для получения диоксида титана пигментного качества. Способ включает фторирование ильменитового концентрата насыщенным водным раствором гидродифторида и/или фторида аммония (Т:Ж=1:8-10) при температуре кипения в течение 40-60 мин с последующим отделением осадка фтораммонийных солей железа от раствора, содержащего фтораммонийную соль титана. Полученный раствор очищают от марганца, добавляя порошок металлического железа. Полученный осадок отделяют, а фильтрат очищают от железа осаждением с помощью 30% раствора пероксида водорода. Полученный осадок направляют на дальнейшую переработку, а к очищенному фильтрату добавляют 25% раствор аммиака до полного осаждения при рН 9 оксофтортитаната аммония (NH4)3TiOF5, который направляют на получение диоксида титана ступенчатым пирогидролизом до 850-950°С. Технический результат - повышение степени очистки диоксида титана при повышении полноты его использования. 2 з.п. ф-лы, 2 пр.

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Способ получения рутилирующих зародышей включает структурное преобразование гидратированного диоксида титана с использованием нагрева. Нагреву подвергают гидратированный диоксид титана и проводят при температуре 50-250°С. К полученному порошкообразному материалу добавляют модификатор в виде оксида цинка, оксида циркония или солей этих металлов в количестве 1-10 по отношению к массе TiO2 в гидратированном диоксиде титана. Затем смесь измельчают с использованием высокоскоростной барабанной мельницы в течение 1-4 часов при скорости вращения барабанов 650-750 обмин. После этого добавляют воду до обеспечения массового отношения Т:Ж 1: и продолжают измельчение в течение 2-8 часов при скорости вращения барабанов 350-600 обмин. Изобретение позволяет получить рутилирующие зародыши в виде устойчивой суспензии с содержанием рутильной формы в целевом продукте до 93,4, исключить использование экологически вредных реагентов. 4 пр.

Наверх