<Desc/Clms Page number 1>
Perfectionnements à la fabrication de composés de titane et de pigments de titane.
Socîété dite : T I T A N C 0 M P A N Y 1 N C.
Cette invention consiste en des perfectionne- monts apportés à la fabrication de composés de titane et de pigments de titane.
Il est bien connu que l'oxyde de titane hydraté peut être précipité de solutions de sulfate de titane par une hydrolyse réalisée à ou vers la température d'ébulli- tion. Plusieurs procédés ont été proposés pour réaliser l'hydrolyse de solutions de sulfate de titane à des tem- pératures élevées. Quelques-uns de ces procédés sont su- bordonnés à la formation d'une certaine quantité de germes à l'intérieur ou à l'extérieur de la solution. Dans ce dernier cas, les germes préparés extérieurement, sont
<Desc/Clms Page number 2>
ajoutés à la solution de sulfate de titane avant l'hydro- lyse. Ces germes diminuent la durée de la précipitation et améliorent la qualité du produit.
La présente invention a pour objet un procédé permettant d'obtenir des germes de titane possédant des propriétés particulièrement avantageuses.
Parmi d'autres procédés permettant de produire les germes de titane, on a proposé d'ajouter à une solu- tion acide de sulfate de titane une base, par exemple une lessive de carbonate de sodium ou de soude caustique, en quantité telle que la valeur pH de la solution soit main- tenue égale à 2 ou plus faible, de remuer la solution-, jusqu'à ce que l'état trouble susceptible d'avoir été créé par la neutralisation partielle aît.disparu et de,, chauffer alors la solution. On a aussi proposé de dissou- dre de l'acide orthotitanique dans une solution de sulfa- te de titane de telle manière qu'un pH égal à 2 ne soit pas dépassé et de précipiter alors les germes en chauf- fant la solution.
Suivant la présente invention, on prépare les germes de titane en dissolvant l'acide orthotitanique dans une solution aqueuse contenant de l'acide sulfurique et un sel d'un métal alcalin ou alcalino-terreux ou de magnésium et en chauffant la solution ainsi obtenue-de façon à précipiter les noyaux.
On a trouvé que, par l'application des germes. de titane préparés suivant la présente invention, la durée de l'hydrolyse de solutions de sels de titane telles que- des solutions de sulfate de titane peut être considérable-' ment diminuée et qu'on obtient un produit qui, lorsqu'il est calciné, possède un degré élevé de pureté et un pou- voir couvrant élevé lorsqu'il est utilisé comme pigment.
Ajoutés à une solution de sulfate de titane, les germes augmentent grandement la quantité de phase colloïdale et abrègent la période initiale pendant laquelle la précipi-
<Desc/Clms Page number 3>
tation n'est pas évidente. De plus, la durée totale de la précipitation est considérablement diminuée et le pro- duit est très pur et à grain fin.
Selon un exemple de réalisation de la présente invention, on dissout de l'acide orthotitanique dans la quantité requise d'eau contenant 1 % à 5 % d'acide sulfu- rique et suffisamment de sulfate de sodium ou d'autres sels de métaux alcalins ou alcalino-terreux, tels que du chlorure de sodium, du sulfate de magnésium et du nitrate de sodium, pour provoquer la dissolution-complète de l'a- cide orthotitanique sous forme d'une solution très basi- que. Lorsque l'acide orthotitanique a été complètement dissous, on chauffe la solution à une température convena- ble et pendant un temps convenable pour précipiter les germes.
Les germes obtenus par le présent procédé ne sont pas sous forme d'un véritable colloïde qui se dis- perse lorsqu'on l'ajoute à.une solution contenant du tita- ne à une température élevée pour donner une solution appa- remment homogène. Par contre, ils constituent un précipi- té bien déterminé qui reste comme tel même lorsqu'il est mis en suspension dans une solution contenant du titane et chauffé au point d'ébullition.
La température et le temps de l'opération de chauffage servant à précipiter les germes sont des fac- teurs qui dépendent l'un de ,l'autre, la durée du chauffa- ge nécessaire étant d'autant plus courte que la températu- re à laquelle la précipitation est effectuée est plus éle- vée. L'échelle de température la plus désirable va de 60 C à 100 C. On continue le chauffage jusqu'à ce que 85 % à 95 % du titane présent aient été précipités, Le temps nécessaire peut varier de 10 minutes à 4 heures.
Après la précipitation des germes, il suffit d'ajouter le précipité à une solution titanifère telle qu'une solution préparée par le traitement d'ilménite avec
<Desc/Clms Page number 4>
de l'acide sulfurique et d'hydrolyser alors la charge à ou vers le point d'ébullition jusqu'à ce que le rendes désiré en oxyde de titane hydraté ait été obtenu. On peut alors traiter le produit de la manière usuelle pour préparer un pigment de grande pureté et de grand pouvoir couvrant,
Les germes produits par le présent procédé peu. vent être employés non seulement dans la fabrication de l'oxyde de titane pur, mais aussi dans la fabrication de pigments composites tels que les pigments de titane-ba- ryum et les pigments de titane-calcium.
Les germes peu- vent être ajoutés à la solution titanifère soit avant, soi après que l'hydrolyse a commencé et avant, après ou en même temps qu'un véhicule tel que le sulfate de calcium o le sulfate de baryum servant à préparer les pigments com- posites. Les germes peuvent être employés avec de nom- breux types de solution de sel de titane. Ils sont effi- caces à la fois sous des concentrations élevées et de fai. bles concentrations en acide et à la fois dans des solu- tions de titane acides et dans des solutions de titane ba- siques. Par solution de titane basique, on entend une so- lution de titane contenant une quantité insuffisante d'a-, cide pour former des sels normaux avec les bases présentés.
Dans une solution de ce genre, les sels de titane sont partiellement ou entièrement présents sous forme de sel ba- sique.
Pour préparer les germes, il est usuel d'emplo- yer une partie de la solution principale qui doit être hy- drolysée, cette partie pouvant être aussi élevée que 15 % de la solution totale à hydrolyser, quoique 1 % ou moins soit aussi efficace.
Plusieurs modes de réalisation du présent procé- dé sont décrits dans les exemples particuliers qui suivent mais n'ont été indiqués qu'à titre explicatif :
<Desc/Clms Page number 5>
On prépara une solution contenant du titane par traitement d'ilménite avec de l'acide sulfurique.
Une partie du fer de la solution avait été éliminée par cris- tallisation sous forme de sulfate ferreux et sa composi- tion était la suivante :
EMI5.1
<tb> TiO2 <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 12,9 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> FeO <SEP> ................ <SEP> 5,5 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> S04H2 <SEP> total <SEP> ............ <SEP> 26,4 <SEP> % <SEP>
<tb>
Sur la quantité de titane présente, il en exis- tait, calculé comme TiO2, environ 2 grammes par litre à l'état trivalent. On précipita l'acide orthotitanique en ajoutant 6,5 kilogs d'hydrate de sodium dissous dans 375 litres d'eau environ, à 37 kilogs de la solution d'ilmé- nite ci-dessus, On filtra et lava le précipité.
Ce précipité fut alors dissous dans environ 100 kilogs d'une solution aqueuse de 1,8 kilogs d'acide sulfurique et de 10,5 kilogs de sulfate de sodium.
On chauffa alors la solution à 85 C et on la maintint à cette température pendant 90 minutes. A la fin de cette période, 95 % environ du titane avaient été précipités sous une forme appropriée à son utilisation comme germes. On ajouta alors le précipité de noyaux et sa liqueur mère à 1850 kilogs de la même solution que celle qui avait été'employée pour la précipitation de l'acide orthotitanique. Cette solution, contenant les germes fut chauffée à l'ébullition et maintenue à l'ébul- lition pendant deux heures, période à la fin de laquelle 95 % du titane présent avaient été précipités. On filtra, lava et calcina le précipité de la manière usuelle.
Exemple II
Une solution contenant du titane avait la com- position suivante :
EMI5.2
<tb> Ti02 <SEP> ................ <SEP> 12,2 <SEP> %
<tb> FeO <SEP> ................ <SEP> 3,7 <SEP> %
<tb>
<tb> SOH <SEP> total <SEP> ............. <SEP> 26,6 <SEP> %
<tb>
<Desc/Clms Page number 6>
Sur la quantité de titane présente, il en exis- tait, calculé comme TiO2, environ 2 grammes par litre à l'état trivalent. On ajouta, à 1950 kilogs de cette solu- tion, 885 kilogs d'une pâte de blanc fixe aqueux conter nant 680 kilogs de sulfate de baryum. On fit bouillir cette suspension pendant 30 minutes et, à la fin de cette période, les germes qui avaient été préparés de la façon décrite dans l'exemple I, furent ajoutés à raison de 1 % de germes calculés comme TiO2 du total d'oxyde de titane à précipiter par l'hydrolyse.
Après une ébullition de 3 heures, 95 % environ du titane avaient été précipités.
Le précipité composite fut alors filtré, lavé et calciné de la manière usuelle.
Exemple III
Le mode opératoire suivant montre comment on peut préparer les germes en se servant de chlorure de so- dium.
On ajouta 2,7 kilogs d'acide sulfurique et 45 kilogs de chlorure de-sodium à environ 190 litres d'eau.
Une quantité d'acide orthotitanique équivalente à 9 ki- logs de TiO2 fut dissoute dans cette solution et les ger- mes furent précipités par un chauffage de 4 à 5 heures à 80 C. On employa alors les germes dans la précipitation du titane de la même manière que celle décrite dans l'e- xemple I.
<Desc / Clms Page number 1>
Improvements in the manufacture of titanium compounds and titanium pigments.
Company known as: T I T A N C 0 M P A N Y 1 N C.
This invention consists of improvements in the manufacture of titanium compounds and titanium pigments.
It is well known that hydrated titanium oxide can be precipitated from solutions of titanium sulfate by hydrolysis carried out at or around boiling temperature. Several methods have been proposed for carrying out the hydrolysis of titanium sulfate solutions at elevated temperatures. Some of these processes are dependent on the formation of a certain quantity of seeds inside or outside the solution. In the latter case, the sprouts prepared externally are
<Desc / Clms Page number 2>
added to the titanium sulfate solution before hydrolysis. These germs reduce the duration of precipitation and improve the quality of the product.
The subject of the present invention is a process which makes it possible to obtain titanium seeds having particularly advantageous properties.
Among other processes making it possible to produce the titanium seeds, it has been proposed to add to an acid solution of titanium sulfate a base, for example a lye of sodium carbonate or of caustic soda, in an amount such as pH value of the solution is kept equal to 2 or lower, to stir the solution-, until the cloudy state likely to have been created by the partial neutralization has disappeared and then heated the solution. It has also been proposed to dissolve orthotitanic acid in a solution of titanium sulphate so that a pH equal to 2 is not exceeded and then to precipitate the seeds by heating the solution.
According to the present invention, the titanium seeds are prepared by dissolving orthotitanic acid in an aqueous solution containing sulfuric acid and a salt of an alkali or alkaline earth metal or of magnesium and heating the solution thus obtained. so as to precipitate the nuclei.
It was found that by the application of germs. of titanium prepared according to the present invention, the duration of the hydrolysis of solutions of titanium salts such as solutions of titanium sulphate can be considerably reduced and a product is obtained which, when calcined. , possesses a high degree of purity and a high covering power when used as a pigment.
Added to a solution of titanium sulphate, the seeds greatly increase the amount of colloidal phase and shorten the initial period during which the precipitate.
<Desc / Clms Page number 3>
tation is not obvious. In addition, the total duration of precipitation is considerably reduced and the product is very pure and fine-grained.
According to an exemplary embodiment of the present invention, orthotitanic acid is dissolved in the required amount of water containing 1% to 5% sulfuric acid and sufficient sodium sulfate or other alkali metal salts. or alkaline earth metals, such as sodium chloride, magnesium sulfate and sodium nitrate, to cause the complete dissolution of orthotitanic acid as a very basic solution. When the orthotitanic acid has been completely dissolved, the solution is heated to a suitable temperature and for a suitable time to precipitate the seeds.
The seeds obtained by the present process are not in the form of a true colloid which disperses when added to a solution containing titanium at an elevated temperature to give an apparently homogeneous solution. On the other hand, they constitute a definite precipitate which remains as such even when it is suspended in a solution containing titanium and heated to the boiling point.
The temperature and the time of the heating operation serving to precipitate the germs are factors which depend on each other, the duration of the heating required being all the shorter as the temperature. at which precipitation occurs is higher. The most desirable temperature range is 60 C to 100 C. Heating is continued until 85% to 95% of the titanium present has been precipitated. The time required can vary from 10 minutes to 4 hours.
After the seeds have precipitated, it suffices to add the precipitate to a titanium-containing solution such as a solution prepared by the treatment of ilmenite with
<Desc / Clms Page number 4>
sulfuric acid and then hydrolyze the feed at or near the boiling point until the desired yield of hydrous titanium oxide has been obtained. The product can then be treated in the usual way to prepare a pigment of high purity and high covering power,
The germs produced by the present process little. can be used not only in the manufacture of pure titanium oxide, but also in the manufacture of composite pigments such as titanium-baryum pigments and titanium-calcium pigments.
The seeds can be added to the titanium-containing solution either before or after hydrolysis has started and before, after or at the same time as a vehicle such as calcium sulphate or barium sulphate used to prepare the pigments. composites. The seeds can be used with many types of titanium salt solution. They are effective at both high and weak concentrations. in acidic concentrations both in acidic titanium solutions and in basic titanium solutions. By basic titanium solution is meant a titanium solution containing an insufficient amount of acid to form normal salts with the bases presented.
In such a solution, the titanium salts are partially or wholly present as the base salt.
To prepare the sprouts, it is customary to employ a part of the main solution which is to be hydrolyzed, this part possibly being as high as 15% of the total solution to be hydrolyzed, although 1% or less is also effective. .
Several embodiments of the present process are described in the specific examples which follow but have been indicated for explanatory purposes only:
<Desc / Clms Page number 5>
A solution containing titanium was prepared by treating ilmenite with sulfuric acid.
Some of the iron in the solution had been removed by crystallization as ferrous sulphate and its composition was as follows:
EMI5.1
<tb> TiO2 <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 12.9 <SEP>%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> FeO <SEP> ................ <SEP> 5.5 <SEP>%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> S04H2 <SEP> total <SEP> ............ <SEP> 26.4 <SEP>% <SEP>
<tb>
Of the amount of titanium present, there was, calculated as TiO2, about 2 grams per liter in the trivalent state. The orthotitanic acid was precipitated by adding 6.5 kg of sodium hydrate dissolved in about 375 liters of water to 37 kg of the above ilmenite solution. The precipitate was filtered and washed.
This precipitate was then dissolved in about 100 kg of an aqueous solution of 1.8 kg of sulfuric acid and 10.5 kg of sodium sulfate.
The solution was then heated to 85 ° C. and maintained at this temperature for 90 minutes. At the end of this period, about 95% of the titanium had precipitated in a form suitable for its use as seeds. The nucleus precipitate and its mother liquor were then added to 1850 kilograms of the same solution as that which had been employed for the precipitation of orthotitanic acid. This solution, containing the seeds, was heated to boiling and kept on the boil for two hours, at the end of which time 95% of the titanium present had been precipitated. The precipitate was filtered, washed and calcined in the usual manner.
Example II
A solution containing titanium had the following composition:
EMI5.2
<tb> Ti02 <SEP> ................ <SEP> 12.2 <SEP>%
<tb> FeO <SEP> ................ <SEP> 3.7 <SEP>%
<tb>
<tb> SOH <SEP> total <SEP> ............. <SEP> 26.6 <SEP>%
<tb>
<Desc / Clms Page number 6>
Of the amount of titanium present, there was, calculated as TiO2, about 2 grams per liter in the trivalent state. To 1950 kilograms of this solution were added 885 kilograms of an aqueous fixed white paste containing 680 kilograms of barium sulphate. This suspension was boiled for 30 minutes and at the end of this period the seeds which had been prepared as described in Example I were added at the rate of 1% of seeds calculated as TiO2 of the total oxide. of titanium to be precipitated by hydrolysis.
After boiling for 3 hours, about 95% of the titanium had precipitated.
The composite precipitate was then filtered, washed and calcined in the usual manner.
Example III
The following procedure shows how the seeds can be prepared using sodium chloride.
2.7 kg of sulfuric acid and 45 kg of sodium chloride were added to about 190 liters of water.
A quantity of orthotitanic acid equivalent to 9 kilograms of TiO2 was dissolved in this solution and the germs were precipitated by heating for 4 to 5 hours at 80 C. The seeds were then employed in the precipitation of the titanium from the solution. same manner as that described in Example I.