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" Procédé pour préparer des produits de titane solubles dans l'eau et produits en résultant ".
Cette invention concerne des perfectionnements relatifs à l'obtention de composés de titane solubles dans de l'eau par traitement de matières titanifères avec de l'acide sulfurique . Dans des procédés de ce genre , il est désirable que la réaction ait lieu rapidement et que les produits de la réaction soient sous forme d'un agrégat cristallin qui soit facile à dissoudre dans l'eau .
Toutefois, de nombreux facteurs variables influencent la formation de l'agrégat, tels que les propriétés de la matière titanifère, le rapport entre la matière titanifère et l'acide, la teneur en acide, la température, la fluidité de l'agrégat, etc.. et il arrive fréquemment que, au lieu d'être d'une nature cristalline, le produit de la réaction est une masse plastique qui se dissout lentement dans l'eau et tend à donner
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des solutions instables de titane. On peut habituellement solidifier une masse de cette nature en la chauffant pendant de longues périodes de temps mais, après un tel traitement, elle ne possède pas la perméabilité auxùliquides et la solubilité facile d'un agrégat réellement convenable.
Les minerais de titane tels que le rutile ne sont pas facilement attaqués par les acides minéraux. Les produits d'un tel traitement varient également en ce qui concerne leur solubilité dans l'eau, celle-ci dépendant dans une grande mesure de la quantité d'alcali utilisée dans leur préparation ainsi que d'autres facteurs qui interviennent dans le procédé . Par conséquent, on a proposé un grand nombre de procédés basés sur une fusion ou un frittage du rutile avec un alcali caustique; par exemple, dans le brevet belge n 391.522 on a proposé de traiter du rutile (ainsi que d'autres matières titanifères) par de l'alcali pour engendrer un composé de la formule générale M2Ti5O11, dans laquelle M est un métal alcalin.
Un composé du type M2Ti5O11 exige normalement un traitement par l'acide sulfurique pour devenir soluble dans l'eau, mais un tel traitement ne donne pas toujours des produits facilement solubles.
En outre, de même que l'ilménite et le rutile, les composés calcinés du titane et de l'oxygène - hydratés ou deshydratés - exigent un traitement par un acide minéral concentré ou un alcali caustique pour devenir solubles dans les solvants aqueux .
Un des buts de la présente invention est de faciliter la production de produits solubles dans l'eau à partir de matières titanifères.
Suivant la présente invention, on réalise la réaction entre des matières titanifères et de l'acide sulfurique en présence d'une faible quantité de sulfates de titane cristallins. @
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Le terme "matière titanifère " couvre toutes les sources habituelles de titane susceptible d'être soumises à un traitement par l'acide sulfurique, y compris les minerais de titane naturels tels que l'ilménite et le rutile, les minerais de titane naturels traités à l'alcali, tels que le rutile traité à l'alcali, et les composés de tinane et d'oxygène préparés artificiellement, tels que les composés de titane et d'oxygène hydratés et l'oxyde de titane deshydraté calciné.
Le sulfate de titane cristallin semble se comporter à la façon d'un germe et son utilisation aboutit à la formation d'un agrégat de digestion possédant la perméabilité aux liquides désirés, la forme cristalline désirée et la solubilité désirée dans les solvants aqueux . On peut utiliser l'un quelconque des composés cristallins dérivés du titane et de l'acide sulfurique ; le composé préféré est le sulfate de titane basique de la formule générale TiO.SO4, ordinairement connu sous l'appellation de sulfate de titanyle, qui est particulièrement efficace lorsqu'il est utilisé conformément à cette invention.
On connait deux formes hydratées du sulfate de titanyle, la forme monohydratée TiO.SO4H2O et la forme dihydratée TiO.SO42H2O, et toutes deux, ainsi que le sulfate de titanyle anhydrique, peuvent être utilisées efficacement pour réaliser le procédé suivant l'invention.
Dès qu'on a obtenu une quantité suffisante de sulfate de titanyle pour amorcer une réaction entre des composés de titane et d'oxygène hydratés ou deshydratés et l'acde sulfurique conformément au présent procédé, on peut utiliser dans des opérations subséquentes le produit résultant, qui consiste en des cristaux de sulfate de titanyle sensiblement pur . On a aussi découvert qu'on peut utiliser avantageusement comme germe, en remplacement de cristaux
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de sulfate de titanyle pur, de faibles quantités d'une masse de digestion obtenue par une réaction entre l'acide sulfurique et une matière titanifère, en présence de sulfates de titane cristallins.
Dans la mise en pratique de la présente invention la quantité du germe qui donne des résultats efficaces peut être relativement faible et, par exemple, on a trouvé que 0,5 à 10 % de la teneur en TiO2 de la matière titanifère suffisent usuellement pour assurer le résultat désiré, quoiqu'on puisse en utiliser de plus grandes quantités.
L'addition de la matière d'ensemencement à la matière titanifère peut être effectuée avant ou pendant la digestion avec l'acide sulfurique . La digestion peut être réalisée selon des procédés connus .
Pour favoriser la formation d'un produit facilement soluble dans l'eau, on peut maintenir la masse de réaction à l'état agité jusqu'à la fin de la réaction par l'injection d'air ou d'autres gaz, de façon à augmenter la perméabilité du produit aux liquides.
Les exemples suivants, qui ont uniquement pour but de faire comprendre l'invention, aideront à comprendre la mise en pratique du présent procédé.
Exemple I.
On mélange 1000 kg. de rutile finement pulvérisé avec 1250 kg. d'une solution à 20 % de carbonate de sodium et évapore le mélange à siccité. On broie la matière séchée et on la grille pendant plusieurs heures à 950 . L'analyse montre que les produits résultats correspondent à la formule M2Ti5O11.
On mélange 600 kg. de la matière grillée avec 1140 kg d'acide sulfurique à 66 Bé et 10 kg. de cristaux de sulfate de titanyle . On chauffe le mélange jusqu'à ce que la réaction s'effectue, et l'on obtient un agrégat ou masse cristallin qui est facilement perméable aux liquides et
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facilement soluble dans l'eau.
Exemple II
On chauffe 200 kg. d'oxyde de titane (TiO2) précipité et déshydraté et 2 kg. de cristaux de sulfate de tinanyle avec 563 kg. d'acide sulfurique à 87 %. Après une réaction, qui dure environ dix minutes, un agrégat cristallin commence à se former, et l'agrégat complet est obtenu en quarante cinq minutes environ.
Les produits résultant du présent procédé sont facile- ment perméables aux liquides,cristallins et facilement solu- bles dans l'eau, dans laquelle ils donnent des solutions stables qui se prêtent éminemment à la fabrication des pigments de titane, des composés de titane organiques ou inorganiques et des produits analogues.
REVENDICATIONS.
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1 - Procédé pour préparer des produits de titane solubles dans l'eau par une réaction thermique entre l'acide sulfurique et une matière titanifère, dans lequel on réalise la réaction en présence d'une faible quentité de sulfates de titane cristallins.
2 - Procédé pour préparer des produits de titane solubles dans l'eau à partir du rutile, consistant à pré- parer d'abord une composition correspondant à la formule M2Ti5O11, dans laquelle M est un métal alcalin, en chauf- fant le rutile avec des composés de métaux alcalins,, et à effectuer alors la réaction entre cette composition et de l'acide sulfurique .
3 - Procédé suivant les revendications 1 ou 2, dans lequel on utilise une faible quantité de sulfate de titanyle comme sulfate de titane cristallin.
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"Process for preparing water-soluble titanium products and resulting products".
This invention relates to improvements in the production of water soluble titanium compounds by treating titanium materials with sulfuric acid. In such processes, it is desirable that the reaction proceed rapidly and that the reaction products are in the form of a crystalline aggregate which is easily dissolved in water.
However, many variable factors influence the formation of the aggregate, such as the properties of the titaniferous material, the ratio of the titaniferous material to the acid, the acid content, the temperature, the fluidity of the aggregate, etc. .. and it frequently happens that, instead of being of a crystalline nature, the reaction product is a plastic mass which slowly dissolves in water and tends to give
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unstable solutions of titanium. A mass of this nature can usually be solidified by heating it for long periods of time, but after such treatment it lacks the liquid permeability and easy solubility of a really suitable aggregate.
Titanium ores such as rutile are not easily attacked by mineral acids. The products of such treatment also vary with regard to their solubility in water, the latter depending to a large extent on the amount of alkali used in their preparation as well as other factors involved in the process. Therefore, a large number of methods have been proposed based on melting or sintering rutile with caustic alkali; for example, in Belgian Patent No. 391,522 it has been proposed to treat rutile (as well as other titaniferous materials) with alkali to generate a compound of the general formula M2Ti5O11, in which M is an alkali metal.
A compound of the M2Ti5O11 type normally requires treatment with sulfuric acid to become soluble in water, but such treatment does not always give easily soluble products.
Further, like ilmenite and rutile, calcined compounds of titanium and oxygen - hydrated or dehydrated - require treatment with concentrated mineral acid or caustic alkali to become soluble in aqueous solvents.
One of the objects of the present invention is to facilitate the production of water-soluble products from titanium-containing materials.
According to the present invention, the reaction between titanium-containing materials and sulfuric acid is carried out in the presence of a small amount of crystalline titanium sulfates. @
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The term "titaniferous material" covers all usual sources of titanium which may be subjected to treatment with sulfuric acid, including natural titanium ores such as ilmenite and rutile, natural titanium ores treated with sulfuric acid. alkali, such as alkali-treated rutile, and artificially prepared tinan and oxygen compounds, such as hydrated titanium and oxygen compounds and calcined dehydrated titanium oxide.
Crystalline titanium sulfate appears to behave like a seed, and its use results in the formation of a digestion aggregate having the desired liquid permeability, the desired crystalline form, and the desired solubility in aqueous solvents. Any of the crystalline compounds derived from titanium and sulfuric acid can be used; the preferred compound is basic titanium sulfate of the general formula TiO.SO4, commonly known as titanyl sulfate, which is particularly effective when used in accordance with this invention.
Two hydrated forms of titanyl sulfate are known, the monohydrate form TiO.SO4H2O and the dihydrate form TiO.SO42H2O, and both, as well as anhydrous titanyl sulfate, can be effectively used to carry out the process according to the invention.
Once a sufficient quantity of titanyl sulfate has been obtained to initiate a reaction between hydrated or dehydrated titanium and oxygen compounds and sulfuric acid according to the present process, the resulting product can be used in subsequent operations. which consists of crystals of substantially pure titanyl sulfate. It has also been discovered that one can advantageously use as a seed, replacing crystals
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of pure titanyl sulfate, small amounts of a digestion mass obtained by a reaction between sulfuric acid and a titaniferous material, in the presence of crystalline titanium sulfates.
In the practice of the present invention the amount of the seed which gives effective results may be relatively small and, for example, it has been found that 0.5 to 10% of the TiO2 content of the titanium-containing material is usually sufficient to ensure desired result, although larger amounts can be used.
The addition of the seed material to the titaniferous material can be carried out before or during the digestion with sulfuric acid. Digestion can be carried out according to known methods.
To promote the formation of a product easily soluble in water, the reaction mass can be maintained in the stirred state until the end of the reaction by the injection of air or other gases, so to increase the permeability of the product to liquids.
The following examples, which are intended only to provide an understanding of the invention, will help to understand the practice of the present process.
Example I.
1000 kg are mixed. of finely pulverized rutile with 1250 kg. 20% sodium carbonate solution and evaporate the mixture to dryness. The dried material is crushed and roasted for several hours at 950. The analysis shows that the result products correspond to the formula M2Ti5O11.
600 kg are mixed. grilled material with 1140 kg of sulfuric acid at 66 Bé and 10 kg. titanyl sulfate crystals. The mixture is heated until the reaction proceeds, and an aggregate or crystalline mass is obtained which is easily permeable to liquids and
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easily soluble in water.
Example II
200 kg are heated. precipitated and dehydrated titanium oxide (TiO2) and 2 kg. of tinanyl sulfate crystals with 563 kg. 87% sulfuric acid. After a reaction, which lasts about ten minutes, a crystalline aggregate begins to form, and the complete aggregate is obtained in about forty-five minutes.
The products resulting from the present process are easily permeable to liquids, crystalline and easily soluble in water, in which they give stable solutions which are eminently suitable for the manufacture of titanium pigments, organic or titanium compounds. inorganic and similar products.
CLAIMS.
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1 - A process for preparing water-soluble titanium products by a thermal reaction between sulfuric acid and a titanium-containing material, wherein the reaction is carried out in the presence of a small amount of crystalline titanium sulfates.
2 - Process for preparing water-soluble titanium products from rutile, consisting in first preparing a composition corresponding to the formula M2Ti5O11, in which M is an alkali metal, by heating the rutile with compounds of alkali metals ,, and then carrying out the reaction between this composition and sulfuric acid.
3 - Process according to claims 1 or 2, wherein a small amount of titanyl sulfate is used as crystalline titanium sulfate.
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