способ переработки фтортитансодержащих растворов после вскрытия лопаритового и других титансодержащих концентратов для получения диоксида титана

Формула изобретения

1. Способ переработки фтортитансодержащих растворов после вскрытия лопаритового и других титансодержащих концентратов, включающий высокотемпературный пиролиз концентрированного раствора фтортитановой кислоты, отличающийся тем, что перед пиролизом в раствор вводят металлический алюминий в количестве 0,15-1,5% алюминия по отношению к TiO₂ в растворе, пиролиз проводят при 500-700^oС, а полученный при этом продукт распульповывают в воде, обрабатывают известковым молоком до рН 6,5-7,0, а затем модифицируют кремнегелем с соотношением с TiO₂ в растворе 1:0,01-0,1.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что введение металлического алюминия во фтортитановую кислоту осуществляют при перемешивании раствора.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что продукт пиролиза распульповывают в воде при соотношении твердого и жидкого 1:3 и перемешивают в течение 1,5-2,0 ч при 40-50^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидрометаллургической переработке рудных концентратов, а более конкретно к переработке лопаритового и других титансодержащих концентратов. Наиболее успешно настоящее изобретение может быть использовано для получения диоксида титана различного назначения, в том числе и для нужд лакокрасочной промышленности.

Известен способ получения диоксида титана по хлоридной технологии переработки титансодержащего сырья (Беленький Е. Ф. , Рискин И.В. "Химия и технология пигментов", Л., Химия, 1974, с. 139- 141). По этому способу перерабатывают раствор хлорида титана с концентрацией порядка 700 г/л по TiO₂ методом сжигания его при 1000-1200^oC с получением диоксида титана с повышенным содержанием хлора. Для удаления абсорбированного хлора диоксид титана вновь подвергают термообработке при 300-400^oC в присутствии паров воды, а затем модифицируют (поверхностная обработка) в присутствии растворимых соединений кремния (жидкое стекло) и сульфатов алюминия и/или цинка. Такая переработка хлорида титана позволяет получить пигментный диоксид титана рутильной модификации.

Однако данный способ обладает рядом недостатков. Основным из них является двухстадийная термообработка раствора, при которой на первой стадии высокая температура требует больших энергозатрат. Кроме того, сочетание высокой температуры с присутствием хлора требует повышенной коррозионной стойкости оборудования.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ переработки фтортитановой кислоты, получаемой при переработке лопаритового концентрата (Патент Российской Федерации N 2149912 на "Способ получения окислов тугоплавких металлов из лопаритового концентрата"). Данный способ включает переработку фтортитановой кислоты, остающейся после извлечения оксидов тантала и ниобия. Переработку осуществляют путем высокотемпературного пиролиза упаренной фтортитановой кислоты при температуре 600- 650^oC с получением диоксида титана. Кроме этого предусмотрен вариант дополнительного прокаливания полученного диоксида титана при температуре 900-950^oC для его большей рутилизации.

Полученный данным способом диоксид титана состоит из диоксида титана двух модификаций - анатаз и рутил. Вследствие этого он обладает низкими пигментными характеристиками: белизна - 92-93 условных единиц, укрывистость - 65-70 г/м², разбеливающая способность - 300-350 условных единиц, маслоемкость - 45-50 г/100 г пигмента. Кроме этого полученный данным способом диоксид содержит до 1% фтора, что исключает возможность его использования в составе лакокрасочных материалов. Дополнительная тепловая обработка диоксида титана при температуре 900-950^oC будет инициировать процесс рутилизации, но не позволит исключить присутствия фтора в нем, снизит белизну продукта, а также приведет к дополнительным энергетическим затратам.

Техническим результатом является разработка способа переработки фтортитансодержащих растворов после вскрытия лопаритового и других титансодержащих концентратов, который осуществлялся бы при таких параметрах и с использованием таких ингридиентов, чтобы у получаемого диоксида титана обеспечивалось повышение пигментных характеристик и исключалось наличие в нем фтора, благодаря чему обеспечивается возможность его применения в лакокрасочной промышленности.

Технический результат достигается тем, что в способе переработки фтортитансодержащих растворов после вскрытия лопаритового и других титансодержащих концентратов, включающем высокотемпературный пиролиз концентрированного раствора фтортитановой кислоты, новым является то, что перед пиролизом в раствор вводят металлический алюминий в количестве 0,15-1,5% алюминия по отношению к TiO₂ в растворе, пиролиз проводят при 500-700^oC, а полученный при этом продукт распульповывают в воде, обрабатывают известковым молоком до pH 6,5-7,0, а затем модифицируют кремнегелем с соотношением TiO₂ в растворе 1:0,01-0,1.

Алюминий, вводимый в раствор фтортитановой кислоты перед пиролизом, играет роль пигментной рутилизирующей добавки. Обработка продукта известковым молоком обеспечивает перевод фтора в нерастворимое (нетоксичное) соединение CaF₂, а кремнегель, закрывая дефекты поверхности диоксида титана, способствует снижению маслоемкости. Благодаря всему этому достигается повышение пигментных характеристик диоксида титана и обеспечивается возможность его успешного применения в лакокрасочной промышленности.

Расход алюминия менее 0,15% алюминия по отношению к TiO₂ приводит к снижению свойств пигмента, а более 1,5% практически не влияет на свойства TiO₂, но сопровождается повышенным расходом известкового молока. При температуре менее 500^oC получают пигмент с повышенным содержанием фтора, что снижает показатели его качества, а при температуре свыше 700^oC значительно повышаются энергозатраты и снижается белизна пигмента. Выбранные параметры расхода кремнегеля TiO₂:SiO₂=1:0,01-0,1 и известкового молока гарантируют сохранение показателей пигментных свойств на указанном высоком уровне.

Новым является также то, что введение металлического алюминия во фтортитановую кислоту осуществляют при перемешивании раствора.

Благодаря такому решению ускоряется процесс образования из алюминия пигментной рутилизирующей добавки.

Также новым является то, что продукт пиролиза перед обработкой известковым молоком распульповывают в воде при отношении твердого к жидкому 1:3 и перемешивают в течение 1,5-2,0 ч при температуре 40-50^oC.

Это обеспечивает выведение фтора из продукта пиролиза и интенсифицирует последующее связывание фтора известью, содержащейся в известковом молоке, и превращение его в нерастворимый в воде CaF₂.

Ниже сущность настоящего изобретения более подробно поясняется примерами его осуществления.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом. В раствор фтортитановой кислоты с концентрацией 250-500 г/л TiO₂ добавляют при перемешивании раствора металлический алюминий из расчета 0,15-1,5% алюминия по отношению к TiO₂ в растворе. При этом алюминий играет роль пигментной рутилизирующей добавки, а перемешивание интенсифицирует процесс ее образования из алюминия. Затем осуществляют высокотемпературный пиролиз (сжигание) раствора при 500-700^oC. Высокотемпературный пиролиз осуществляют так же, как и в способе-прототипе, в башенной форсуночной печи пиролиза, работающей на природном газе. Как и способе-прототипе, в результате пиролиза получают два продукта - газообразный и сухой, выпадающий на под печи. Газообразные продукты, содержащие HF, улавливают и утилизируют с получением концентрированной плавиковой кислоты так же, как в способе-прототипе. Сухой продукт пиролиза - диоксид титана, содержащий фтор, распульповывают в воде при соотношении твердого и жидкого 1:3 и перемешивают в течение 1,5-2,0 ч при 40-50^oC для ускорения выведения фтора из диоксида титана. Добавляют известковое молоко до достижения pH 6,5-7,07. В результате этого осуществляется связывание фтора в виде нерастворимого в воде CaF₂, который не оказывает отрицательного воздействия на лакокрасочные покрытия. Затем осуществляют модификацию поверхности диоксида титана кремнегелем для снижения ее активности к связующим (органическому или водному), что способствует, в частности, снижению маслоемкости. Количество кремнегеля берут из расчета весового соотношения TiO₂:SiO₂=1:0,01-0,1. После этого осуществляют фильтрование пульпы. Полученный при фильтровании осадок сушат при 150-200^oC и измельчают с получением пигментного диоксида титана рутильной модификации, являющегося конечным продуктом. Он обладает следующими показателями качества: содержание рутила - 100%, белизна - 96,0-96,5 условных единиц, разбеливающая способность - до 1800 условных единиц, укрывистость - 30-35 г/м² маслоемкость 25-30 г/100 пигмента, содержание частиц размером менее 1 мкм - 100%, pH водной вытяжки - 6,5-7,0.

Конкретные примеры осуществления изобретения.

Пример 1. Берут 1 л раствора фтортитановой кислоты с концентрацией 350 г/л TiO₂ и добавляют в него при перемешивании металлический алюминий в количестве 0,525 г (0,15% A1 по отношению к TiO₂ в растворе). Раствор подвергают высокотемпературному пиролизу при 700^oC. Сухой продукт сжигания распульповывают в воде при соотношении твердого и жидкого Т:Ж = 1:3 и перемешивают смесь в течение 1,5-2,0 ч при 40-50^oC. Добавляют известковое молоко до достижения pH 6,5-7,0, а затем кремнегель, количество которого берут из расчета весового соотношения TiO₂:SiO₂=1:0,01. Смесь перемешивают еще в течение 0,5 ч и фильтруют. Влажный осадок сушат при 150-200^oC и измельчают с получением пигментного диоксида титана. Полученный диоксид титана обладает следующими пигментными свойствами: степень рутилизации - 100%, белизна - 96,0 условных единиц, разбеливающая способность - 1800 условных единиц, укрывистость - 35 г/м², маслоемкость - 30 г/100 пигмента, содержание частиц размером менее 1 мкм - 100%, pH водной вытяжки - 7,0.

Пример 2. Берут 1 л раствора фтортитановой кислоты с концентрацией 350 г/л TiO₂ и добавляют в него при перемешивании металлический алюминий в количестве 5,25 г (1,5% A1 по отношению к TiO₂ в растворе). Раствор подвергают высокотемпературному пиролизу при 500^oC. Сухой продукт сжигания распульповывают в воде при соотношении твердого и жидкого Т:Ж = 1:3 и перемешивают смесь в течение 1,5-2,0 ч при 40-50^oC. Добавляют известковое молоко до достижения pH 6,5-7,0, а затем кремнегель, количество которого берут из расчета весового соотношения TiO₂:SiO₂=1:0,1. Смесь перемешивают еще в течение 0,5 ч и фильтруют. Влажный осадок сушат при 150-200^oC и измельчают с получением пигментного диоксида титана. Полученный диоксид титана обладает следующими пигментными свойствами: степень рутилизации - 100%, белизна - 96,5 условных единиц, разбеливающая способность - 1800 условных единиц, укрывистость - 30 г/м², маслоемкость - 25 г/100 пигмента, содержание частиц размером менее 1 мкм - 100%, pH водной вытяжки - 7,0.

Пример 3. Берут 1 л раствора фтортитановой кислоты с концентрацией 350 г/л TiO₂ и добавляют в него при перемешивании металлический алюминии в количестве 3,0 г (0,85% A1 по отношению к TiO₂ в растворе). Раствор подвергают высокотемпературному пиролизу при 600^oC. Сухой продукт сжигания распульповывают в воде при соотношении твердого и жидкого Т:Ж = 1:3 и перемешивают смесь в течение 1,5-2,0 ч при 40-50^oC. Добавляют известковое молоко до достижения pH 6,5-7,0, а затем кремнегель, количество которого берут из расчета весового соотношения TiO₂:SiO₂ = 1:0,055. Смесь перемешивают еще в течение 0,5 ч и фильтруют. Влажный осадок сушат при 150-200^oC и измельчают с получением пигментного диоксида титана. Полученный диоксид титана обладает следующими пигментными свойствами: степень рутилизации - 100%, белизна - 96,2 условных единиц, разбеливающая способность - 1800 условных единиц, укрывистость - 33 г/м², маслоемкость - 28 г/100 пигмента, содержание частиц размером менее 1 мкм - 100%, pH водной вытяжки - 7,0.

Из приведенных конкретных примеров осуществления заявляемого изобретения для любого специалиста в данной области совершенно очевидна возможность его реализации с одновременным решением поставленной задачи. При этом также очевидно, что при реализации изобретения могут быть сделаны незначительные изменения, которые однако не будут выходить за пределы изобретения, определяемые приводимой ниже формулой изобретения. Заявляемый способ прост в реализации. В нем используются недорогие ингредиенты. Для его реализации используется простое оборудование, в большей части сходное с оборудованием, применяемым в способе-прототипе. При этом из приведенных примеров видно, что по заявляемому техническому решению получается пигментный диоксид титана более высокого качества, чем по известному. Получаемый диоксид титана обладает высокими пигментными характеристиками, обеспечивающими возможность его широкого применения в лакокрасочной промышленности.