способ получения диоксида титана
Классы МПК: | C01G23/053 получение мокрыми способами, например гидролизом солей титана |
Автор(ы): | Первушин В.Ю., Козлов Ю.Е., Герман В.А., Ларина С.Г. |
Патентообладатель(и): | Челябинский филиал Ационерного общества открытого типа Научно-производственная фирма "Пигмент" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1996-01-15 публикация патента:
20.01.1998 |
Использование: химическая промышленность, в частности производство диоксида титана. Сущность способа: тетрахлорид титана обрабатывают 20 - 55%-ным раствором серной кислоты. Корректируют концентрацию серной кислоты до 60 - 70%. Нагревают раствор до 130 -150oC. Происходит кристаллизация гидрата титанилсульфата. Его фильтруют, растворяют в водной среде. Этот раствор гидролизуют и полученный гидратированный диоксид титана кальцинируют до рутила или анатаза.
Формула изобретения
Способ получения диоксида титана, включающий обработку тетрахлорида титана раствором серной кислоты с образованием промежуточного продукта, содержащего растворенный гидрат титанилсульфата, кристаллизацию гидрата титанилсульфата путем нагрева в присутствии серной кислоты, отделение кристаллизованного гидрата титанилсульфата посредством фильтрации и растворение в водной среде, гидролиз этого раствора, фильтрацию и кальцинацию полученного гидратированного диоксида титана до рутила или анатаза, отличающийся тем, что обработку тетрахлорида титана ведут 20 55%-ным раствором серной кислоты, а кристаллизацию гидрата титанилсульфата осуществляют при температуре раствора 130 150oС с концентрацией серной кислоты 60 70%Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области производства соединений титана, а именно диоксида титана. Известен способ получения диоксида титана, согласно которому титантетрагалогенид взаимодействует с 20--40%-ным раствором серной кислоты, при этом происходит кристаллизация титанилсульфата с выделением галогенводорода, после чего раствор выпаривают, фильтруют. Затем в раствор добавляют серную кислоту до достижения пропорции 1,7 2 по весу к диоксиду титана и регулируют концентрацию диоксида титана в пределах 250 300 г/л, раствор гидролизуют, полученный гидрат окиси титана фильтруют и кальцинируют до рутила или анатаза. Недостатком данного способа является сложность его промышленного применения из-за чрезвычайно сильной коррозии оборудования вследствие высокого содержания хлорида в рабочих растворах 5% в пересчете на выделенный диоксид титана (заявка ФРГ N 4216122 от 15.05.92 "Способ получения двуокиси титана высокой чистоты", кл. C 01 G 23/053). Наиболее близким к заявляемому по существенным признакам и достигаемому результату является способ получения диоксида титана из тетрагалогенида, например тетрахлорида титана, включающий реакцию тетрагалогенида титана и 6080% раствора серной кислоты с образованием растворенного промежуточного продукта, содержащего дигидрат титанилсульфата TiOSO4
![способ получения диоксида титана, патент № 2102324](/images/patents/369/2102003/183.gif)
Исследования, проведенные по источникам патентной и научно-технической информации, показали, что предлагаемый способ не известен и не следует явным образом из изученного уровня техники, то есть соответствует критериям "новизна" и "изобретательский уровень". Предлагаемый способ может быть широко использован на любом химическом предприятии, занимающемся производством диоксида титана, оборудование и вещества, которые требуются для его осуществления, выпускаются отечественной и зарубежной промышленностью, т.е. способ является промышленно применимым. Заявляемая совокупность существенных признаков сообщает объекту новые свойства, позволяющие решить поставленную задачу. Использование на первой стадии процесса раствора серной кислоты с концентрацией в пределах 20 55% позволяет провести реакцию между H2SO4 и тетрахлоридом титана и получить промежуточный продукт без образования побочного продукта, подлежащего удалению. Из полученного по условиям заявляемого способа промежуточного продукта в присутствии H2SO4 и при обеспечении концентрации H2SO4 в растворе 60 70% и нагревании его до 130 150oC кристаллизуется моногидрат титанилсульфата, время кристаллизации которого составляет 3 4 ч. Степень перехода титана из раствора в моногидрат составляет 97 99%
Таким образом, решается поставленная задача: повышение производительности процесса получения диоксида титана и увеличение выхода конечного продукта. Выбор концентраций H2SO4 и диапазона температур обусловлен следующими причинами. При концентрации H2SO4 свыше 55% реакция между тетрагалогенидом титана и H2SO4 протекает с образованием побочного продукта сульфатдихлорида титана. Уменьшение концентрации H2SO4 ниже 20% затрудняет процесс удаления соляной кислоты из системы вследствие увеличения ее растворимости в серной кислоте. При протекании процесса кристаллизации в условиях ниже заявляемых пределов время кристаллизации резко возрастает. Превышение концентрации H2SO4 на стадии кристаллизации свыше 70% замедляет кристаллизацию вследствие увеличения вязкости раствора. Превышение температуры на этой стадии свыше 150oC не оказывает влияния на время и результаты кристаллизации и экономически нецелесообразно. Способ осуществляется следующим образом. В реактор, содержащий раствор H2SO4 концентрации 20 55% под слой раствора подают тетрахлорид титана, исходя из расчета получения конечной концентрации титана в растворе 100 200 г/дм3 (в пересчете на TiO2). В результате реакции, протекающей при непрерывном перемешивании, образуется промежуточный продукт, содержащий растворенный моногидрат титанилсульфата. Выделяющиеся при этом пары соляной кислоты удаляются из реактора с помощью вытяжной вентиляции. Затем под слой раствора при непрерывном перемешивании подают H2SO4 концентрации 93 97% до получения конечной концентрации H2SO4 в растворе 60 70% Полученный раствор нагревают до 130 - 150oC и перемешивают в течение 3 4 ч. При этом происходит кристаллизация моногидрата титанилсульфата. Степень перехода титана из раствора в моногидрат составляет 97 -99% Остаточная концентрация титана в растворе 1 3 г/дм3. Полученная суспензия содержит 250 -600 г/дм3 моногидрата титанилсульфата и 800 900 г/дм3 серной кислоты. Остаточное содержание соляной кислоты не превышает 0,01 г/дм3. Суспензию отфильтровывают на автоматическом камерном фильтр-прессе. При этом получают моногидрат титанилсульфата следующего состава,
TiO2 28 31
H2SO4 50 59
H2O 10 22
HCl < 0,01%
К полученному продукту добавляют воду и проводят его растворение до максимальной концентрации 250 280 г/дм3, при этом концентрация H2SO4 составляет 400 500 г/дм3. К полученному раствору добавляют анатазные зародыши в количестве 0,5 1% по отношению к TiO2 в растворе. Раствор нагревают до кипения и кипятят до степени перехода титана из раствора в гидратированный диоксид титана до 60 70% после чего к суспензии добавляют нагретую до 80 90oC воду в количестве 20 40% от объема суспензии и рутилирующие зародыши в количестве 1 2% по отношению к TiO2 в суспензии. Кипячение продолжают до стадии перехода титана из раствора в гидратированный диоксид титана не ниже 95%
Полученную суспензию гидратированного диоксида титана отфильтровывают и промывают водой на чистовых вакуумных фильтрах, модифицируют соединениями магния, алюминия, калия, фосфора и подвергают кальцинации при температуре 850 900oC до получения диоксида титана с кристаллической структурой анатаза или рутила. Таким образом, заявляемый способ получения диоксида титана более производителен по сравнению с прототипом и обеспечивает высокий выход готового продукта.
Класс C01G23/053 получение мокрыми способами, например гидролизом солей титана