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EXTRACTION CONTINUE DE MATIERES TITANIFERES
La présente invention concerne l'extraction de matières titani- fères et plus particulièrement un procédé et un dispositif d'extraction conti- nue de matières titanifères par l'acide sulfurique.
Pour préparer les pigments de bioxyde de titane on fait digérer une matière titanifère, telle que les minerais de titane et de fer et les sco- ries contenant du titane en présence d'acide sulfurique concentré, on recueil- le le sulfate de titane ainsi formé dans le produit traité par l'acide en le lessivant avec de l'eau et on précipite le bioxyde de titane provenant de la solution de sulfate de titane par hydrolyse. L'opération de digestion s'effectue généralement à l'échelle industrielle par charges intermittentes, ainsi qu'il est décrit dans le brevet des Etats Unis n 1 889 027 du 29 Novembre 1932. Pour effectuer cette opération intermittente on mélange la matière titanifère avec l'acide sulfurique concentré et ôn charge la bouillie ainsi obtenue dans un ré- cipient de réaction.
On fait passer de la vapeur surchauffée dans la masse pour en élever la température à une valeur voisine de celle à laquelle l'acide sul- furique réagit avec la matière titanifère. Puis on introduit une faible quanti- té d'eau dans une portion de la masse chauffée de façon à provoquer un échauffe- ment local supplémentaire par dilution de l'acide concentré et cet échauffement local est suffisant pour mettre en train la réaction entre l'acide et le titane.
Sous l'effet de la chaleur exothermique de la réaction, la réaction initiale lo- calisée se propage rapidement dans toute la masse en dégageant une quantité de chaleur suffisante pour vaporiser une forte proportion de l'eau contenue dans la masse réactionnelle. Le produit obtenu à la fin de la période de réaction violen- te consiste en une masse dure contenant une forte proportion de titane initial sous forme de sulfate de titaneo Il est de pratique courante de faire suivre cette opération de digestion du type précité par un traitement de "cuisson" ou de "muris- sage" qui consiste à maintenir le produit de la réaction à une température élevée pendant une période d'une durée suffisante pour permettre à une plus forte propor- tion de la matière titanifère de se transformer en sulfate de titane.
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Quoique le procédé d'extraction intermittent des matières tita- nifères ait pris une extension suffisante pour permettre de traiter par ce procédé une grande quantité de matière titanifère, on a reconnu d'une manière générale qu'il serait avantageux d'effectuer l'extraction par une opération continue. Des travaux de recherche considérables et de nombreux essais ont été effectués en vue de trouver la solution du problème de l'extraction continue dés matières titanifères. Les principales difficultés rencontrées dans cette opération continue résultent des conditions physiques qui existent dans la masse réactionnelle.
Au cours de la réaction entre la matière titanifère et l'acide sulfurique, la consistance de la masse varie entre celle d'une bouil- lie fluide, puis d'une bouillie épaisse, puis d'une masse pâteuse et gommeuse, enfin, la réaction de digestion violente terminée, d'un solide dure Si on char- ge une bouillie des réactifs dans un four tournant ou analogue pour y effectuer la réaction et en faire sortir un produit de réaction relativement solide, il résulte des états plastiques et pâteux par lesquels passe la masse réactionnel- le que celle-ci a tendance à s'agglomérer et à se solidifier sous forme d'une masse dure impossible à traiter et d'un volume considérable.
Un dispositif à rouleau à l'intérieur du four n'est pas avantageux, car il aplatit la masse plas- tique contre la surface intérieure du four où elle se solidifie sous forme de gâteau dur. On a constaté qu'un râcloir ordinaire ou organe analogue empêche d'une manière efficace la masse réactionnelle de se solidifier dans le four sous forme de gâteau contre sa surface intérieure, mais on constate aussi qu'il favorise l'agglomération de la charge au point que l'opération devient intermittente au lieu d'être opération continue,
La Demanderesse a découvert qu'il est possible de faire digérer la matière titanifère en présence d'acide sulfurique par une opération continue dans un four tournant ou analogue,
en faisant en sorte non seulement de racler la sur- face intérieure du four dans lequel on charge la matière titanifère et l'acide pour en enlever le gâteau plastique avant qu'il se solidifie, mais encore de main- tenir à l'état de désagrégation la masse réactionnelle en cours de solidification et solidifiée. On a constaté qu'en maintenant ces conditions pendant toute la du- rée de l'extraction principale, il est possible d'effectuer l'extraction par une opération continue, en augmentant notablement la capacité de-production et l'éco- nomie par rapport à l'opération par charges intermittentes, telle qu'elle est gé- néralement pratiquée.
Le procédé d'extraction continue de la matière titanifère en présence d'acide sulfurique suivant l'invention consiste à charger en proportions convenant ala réaction la matière titanifère et l'acide dans une portion de l'intérieur d'un récipient cylindrique rotatif et sensiblement horizontal, qui contient un élément rigide de forme allongée comportant des ailettes longitudinales en saillie.
L'élé- ment garni d'ailettes est disposé dans le plan passant sensiblement par l'axe du récipient et repose librement sur la surface inférieure du récipient, 'de façon à glisser et à racler ainsi la surface intérieure du récipient pendant qu'il tourneo Pendant que le récipient tourne, Isolément garni d'ailettes est également entraî- né par intermittences de bas en haut à intervalles irréguliers sur la surface in- térieure ascendante du récipient rotatif et vient dans une position instable à par- tir de laquelle il retombe dans la portion intérieure inférieure du récipient. L'é- lément garni d'ailettes, en râclant ainsi la surface et en retombant a pour effet de maintenir la charge en cours de solidification et solide dans le récipient sen- siblement à l'état de désagrégation.
La charge contenue dans le récipient est main- tenue à une température sensiblement égale à la température de la réaction entre la matière titanifère et l'acide et le produit de la réaction sort à l'état sensi- blement sec par une portion de l'extrémité du récipient.
Le dispositif qui permet d'effectuer l'extraction continue suivant l'invention consiste dans un récipient cylindrique rotatif sensiblement horizon- tal qui contient un élément rigide de forme allongée disposé dans le plan passant sensiblement par l'axe du récipient. L'élément de forme allongée qui repose li- brement sur la surface inférieure intérieure du récipient comporte dans le sens longitudinal au moins trois ailettes en saillie qui sont en contact de support indépendant avec la surface intérieure du récipient. La surface intérieure du ré-
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cipient comporte au voisinage de chaque extrémité de l'élément garni d'ai- lettes au moins deux éléments en saillie périphériquement espacés l'un de l'autre dans le récipient.
Deux ailettes adjacentes au moins, mais pas tou- tes les ailettes, comportent à chaque extrémité de l'élément garni d'ailet- tes des portions échancrées qui laissent passer les éléments en saillie sur la surface intérieure du récipient pendant que celui-ci tourne. Les portions échancrées des deux extrémités de l'élément garni d'ailettes sont décalées de façon qu'une des ailettes au moins en contact avec la surface intérieure du récipient ne comporte une portion échancrée qu'à une de ses extrémités et par suite qu'une fois au moins à chaque tour complet du récipient rotatif l'élément garni d'ailettes retombe dans ce récipient.
Des dispositifs servent à faire tourner le récipient, à charger la matière titanifère et l'acide à l'intérieur du récipient et à décharger le produit de la réaction par une por- tion de l'extrémité du récipient.
L'invention est facile à comprendre d'après la description dé- taillée qui en est donnée ci-après avec les dessins ci-joints à l'appui sur lesquels : la figo 1 est une coupe verticale d'une forme de réalisation d'un dispositif d'extraction continue suivant l'invention ; la fige 2 est une coupe verticale du dispositif d'extraction con- tinue de la fige 1 communiquant avec un dispositif de cuisson continue permet- tant de réaliser l'extraction sensiblement totale de la matière titanifère; la figo 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la fige 1 ; la fig. 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la fig. 1 ; et les figo 5, 6 et 7 sont des vues en perspective de plusieurs formes interrompues d'éléments garnis d'ailettes pouvant être utilisés suivant l'inven- tion.
Suivant la fige 1, le digesteur continu suivant l'invention compor- te un récipient ou four cylindrique 10, horizontal, monté à rotation par un dis- positif de commande approprié. L'extrémité de chargement 11 du four est fermée à part une garniture 12, qui laisse passer un tuyau de chargement 13 à l'inté- rieur du four. La partie du four voisine de l'extrémité de sortie 14 du tuyau de chargement comporte une portion évidée 15 dans laquelle est disposé un revê- tement 16 résistant à la corrosion ou remplaçable. Par exemple le revêtement peut consister en une matière résistant aux acides, telle que la brique, ou en une matière remplaçable telle que la fonte ou matière analogue.
Dans tous les cas, il suffit que le revêtement 16 soit disposé dans la portion du four voi- sine de l'extrémité de sortie 14 du tuyau de chargement dans laquelle la masse de la réaction reste à l'état de bouillie. Le pouvoir corrosif de la masse réactionnel- le dans les autres portions du four dans lesquelles les produits de la réaction sont à l'état pâteux ou relativement solide, est si faible qu'un revêtement spécial n'est pas nécessaire. Le produit de la réaction sort par l'autre extrémité ouver- te 17 du four d'où il passe dans une trémie de déchargement 18.
L'extrémité ouver- te du four est enfermée dans une hotte 19 qui comporte une cheminée 20 d'échappe- ment des gaz par laquelle les fumées de l'acide et les autres vapeurs provenant de la zone de réaction du four sortent et subissent à la manière ordinaire un trai- tement les débarrassant des éléments corrosifs. La trémie de déchargement 18 et la hotte 19 comportent une double enveloppe de chauffage 21 pour empêcher les vapeurs acides corrosives de se condenser dans la trémie et dans la hotte.
Le four rotatif 10 contient à l'intérieur, figo 1 et 4, un élément ou rail 22 rigide, garni d'ailettes, qui repose librement sur la surface inférieu- re intérieure du four et par suite se trouve sensiblement dans un plan passant par son axe. L'élément garni d'ailettes comporte dans le sens longitudinal au moins trois ailettes en saillie 23 de hauteur suffisante pour former un support indépen- dant de l'élément de forme allongée à l'intérieur du récipient. Etant donné que cet
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élément repose librement sur la surface intérieure du four rotatif, fig.4, il est évident que pendant que le four tourne, l'élément garni d'ailettes reste au fond du four et par suite glisse sur la surface intérieure du four qui passe au-dessous de lui.
L'élément garni d'ailettes est maintenu en po- sition longitudinale sensiblement fixe dans le four par l'extrémité fermée 11 du four à une extrémité et par une rondelle annulaire de retenue 24 voi- sine de l'autre extrémité de l'élément garni d'ailettes. La rondelle de re- tenue, fig. 3, a une largeur suffisante pour retenir l'élément garni d'ai- lettes 22 dans sa position correcte dans le four rotatif et comporte en ou- tre des fenêtres ou ouvertures 25 appropriées, qui permettent au produit de la réaction en grains de la traverser et d'arriver dans la trémie de déchar- gement 18.
On a constaté par l'expérience que le mouvement de glissement et de râclage seul qui résulte du mouvement de rotation du four contenant l'élément garni d'ailettes sans attache, provoque l'agglomération de la mas- se réactionnelle lorsqu'elle est à l'état plastique en empêchant complètement de régler sa consistance dans le'récipient. D'autre part, on a constaté que cette action de raclage est indispensable pour empêcher le produit de la réac- tion de se solidifier sous forme de gâteau sur la surface intérieure du four rotatif. Pour obtenir cette action de raclage ainsi qu'une action de désagré- gation ou de fragmentation, un dispositif fait tomber l'élément garni d'ailet- tes par intermittences dans le four à intervalles irréguliers.
Cette chute est obtenue en entraînant par intermittences l'élément garni d'ailettes de bas en haut sur la surface intérieure ascendante du four rotatif, jusqu'à ce qu'il arrive dans une position dans laquelle il est suffisamment instable pour tour- ner autour de son propre axe et retomber au fond de l'intérieur du four rota- tif. Ce résultat est obtenu, fige 4, au moyen d'une saillie appropriée, telle qu'un bloc 26,boulonné sur la surface intérieure du four qui, lorsqu'il vient en contact avec une des ailettes 23 de l'élément garni d'ailettes en contact avec la surface inférieure intérieure du récipient, sert à entraîner cet élé- ment de bas en haut sur la surface intérieure ascendante du four.
Lorsque l'é- lément garni d'ailettes est monté assez haut pour perdre son équilibre, il bas- cule autour de son propre axe, de façon à se dégager du bloc et retombe dans la. - portion intérieure inférieure du four rotatif.
On voit donc u'au moyen du mouvement de glissement et de la chute com- binée de l'élément garni d'ailettes, celui-ci exerce non seulement une action de raclage sur la surface inférieure du four, mais encore une action de frag- mentation ou de cisaillement, du fait que les ailettes tombent sur la masse de la réaction agglomérée. Ainsi qu'il a déjà été dit, l'action de raclage seule provoque l'agglomération de la masse de la réaction. L'action de fragmentation qui résulte de la chute de l'élément garni d'ailettes est également insuffisan- te, étant donné qu'il en résulte seulement un dépôt nervuré analogue à un gâ- teau du produit de la réaction fortement adhérent à la surface intérieure du four. Les deux actions de raclage et de fragmentation sont donc nécessaires.
Mais il est facile de voir que si ces actions de raclage et de fragmentation se répétaient à des intervalles réguliers, la portion de la surface intérieure du four rotatif sur laquelle retombe simplement l'élément garni d'ailettes, ne se- rait pas raclée. On rend ces actions irrégulières suivant l'invention au moyen d'un second élément 27 en saillie sur la surface intérieure du four espacé péri- phériquement de la première saillie 26. On a constaté qu'il est avantageux de disposer la première saillie 26 au voisinage d'une extrémité de l'élément garni d'ailettes et l'autre saillie 27 au voisinage de l'autre extrémité de cet élément.
Deux ailettes adjacentes ou moins comportent à une extrémité de l'élément garni d'ailettes une échancrure 28 qui permet de laisser passer la première saillie 26 et deux ailettes adjacentes au moins de l'autre extrémité de l'élément garni d'ai- lettes comporte de la même manière des échancrures 29 disposées de façon à per- mettre de laisser passer la seconde saillie 27 sans venir en contact avec ces ailettes. En décalant les échancrures 28 et 29, voisines des deux extrémités de l'élément garni d'ailettes, il est possible de faire passer une des saillies li- brement au-dessous de l'élément garni d'ailettes sans l'entraîner tandis que
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l'autre saillie vient en contact avec une des ailettes, à l'autre extrémité de l'élément garni d'ailettes, et provoque son entraînement.
En disposant ainsi au moins deux saillies périphériquement espacées sur la surface inté- rieure du four et en décalant les portions échancrées aux extrémités de l'é- lément garni d'ailettes, les actions de râclage et de désagrégation se succè- dent à des intervalles irréguliers, de sorte que l'élément garni d'ailettes exerce tantôt une simple action de raclage, dans la région de chaque saillie et tantôt une action de désagrégation dans la même région. Il résulte de l'ir- régularité de ces actions que l'action de raclage s'exerce avec certitude sur toute la surface intérieure du four ou à un moment ou à un autre, tandis que l'action de désagrégation éventuelle qu'on désire est également assurée par la chute de l'élément garni d'ailettes.
En décalant les portions échancrées 28 et 29 des deux extrémités de l'élément garni d'ailettes, de façon qu'une surface pleine d'une au moins des deux ailettes en contact avec la surface in- térieure du récipient vienne toujours rencontrer au moins une des deux sail- lies, l'élément garni d'ailettes est entraîné et retombe au moins une fois à chaque tour complet du four et en moyenne plus souvent.
Ainsi qu'il a déjà été dit, les ailettes en saillie de l'élément de forme allongée doivent être de nature à établir un contact indépendant avec la surface intérieure du récipient. L'élément garni d'ailettes repose donc par les extrémités de ces ailettes sur la surface intérieure du four et par suite les ailettes sont toujours susceptibles d'exercer l'action de raclage qu'on dési- re ou de venir en contact avec les saillies qui provoquent l'action de désagrégation qu'on désire.
L'élément 'garni d'ailettes peut comporter un nombre quelconque d'ai- lettes à partir de trois au moins. Les ailettes peuvent être disposées de diver- ses manières, comme l'indiquent les fig. 5,6 et 7. Par exemple, un élément à quatre ailettes peut être construit, comme l'indique la fig. 5, en fixant l'une sur l'autre deux cornières 30 en contact le long de leurs sommets. Les deux cor- nières peuvent être maintenues en place en y fixant deux cornières plus petites 31. Suivant la fig. 6, chaque ailette peut être formée par une petite cornière 32 (ou plusieurs cornières empilées l'une sur l'autre) fixées l'ouverture en bas sur une portion de tuyau 33. Cette disposition est particulièrement avantageuse pour obtenir un élément comportant un nombre d'ailettes impair.
On peut augmenter le poids de l'élément en introduisant une barre pleine 34 dans la portion de tuy- au 33. L'élément à ailettes peut aussi être construit, comme l'indique la fig. 7, en soudant des ailettes rectilignes 35 dans le sens longitudinal sur une barre pleine 36, à intervalles périphériquement espacés. Les portions échancrées des ex- trémités de certaines des ailettes décrites ci-dessus peuvent être des portions réellement échancrées, fig. 5, ou obtenues en donnant aux ailettes une longueur plus courte que-celle de l'élément à ailettes, fig. 6 et 7.
La hauteur des ailettes doit être suffisante pour exercer l'action de désagrégation qu'on désire dans toute la masse réactionnelle et cette action dépend de son côté du nombre d'ailettes et des dimensions globales de l'élément.
En général, on a constaté que la masse de la réaction se désagrège d'une manière particulièrement efficace au moyen d'éléments à ailettes dont les dimensions sont choisies par rapport à celles du four de façon à remplir un trou hypothéti- que d'un diamètre au moins égal au cinquième et au plus égal à la moitié environ du diamètre intérieur du four. Si le diamètre efficace de l'élément à ailettes est inférieur au cinquième environ de celui du four, la masse plastique de la réac- tion s'agglomère immédiatement derrière les ailettes de râclage qui avancent et ne se désagrège pas lorsque l'élément à ailettes retombe.
Lorsque le diamètre effica- ce de l'élément à ailettes dépasse environ la moitié de celui du four, le mouvement d'entraînement de l'élément est légèrement gêné et l'action de désagrégation exer- cée par les ailettes de cet élément est insuffisante pour maintenir la masse réac- tionnelle à l'état de désagrégation nécessaire.
Le four rotatif 10 est enfermé à l'extérieur dans une chambre de chauf- fage appropriée 37, de préférence compartimentée et comportant un dispositif de chauffage quelconque approprié, tel qu'un brûleur à huile ou à gaz 38, ou analogue, disposé dans une chambre de combustion 39, La flamme du brûleur passe par des ori-
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fices 40, 41 et 42 dans chacun des compartiments respectifs 43, 44 et 45 de la chambre de chauffage. Les gaz d'échappement sortent par les tuyaux !:il de raccordement à la cheminée. La portion la plus chaude de la flamme passe dans le compartiment de chauffage !il qui entoure la portion de char- gement du four, de façon à faire prendre à la masse de la réaction la tem- pérature de la réaction qu'on désire aussi rapidement que possible.
La cham- bre de chauffage des fours rotatifs de dimensions relativement faibles sert à fournir la quantité de chaleur nécessaire à la mise en train et au main- -tien de la réaction de digestion qu'on désire. Dans les fours de plus gran- des dimensions dans lesquels une masse de réactif relativement grande peut être maintenue, la chaleur exothermique de la réaction peut rêtre suffisante pour que la quantité de chaleur arrivant dans la chambre de chauffage autour du four ne dépasse pas celle qui est nécessaire pour empêcher les pertes de chaleur de la masse de réaction. Bien entendu, on peut employer d'autres dis- positifs de chauffage faciles à régler, tels que la vapeur, l'air chaud, ou des appareils électriques de chauffage indirect.
On a constaté qu'il est avantageux de charger la bouillie des réactifs dans le four à une assez grande distance à l'intérieur de son ex- trémité fermée 11, fig.l. Le chargement s'effectuant de cette manière em- pêche une masse de réaction plastique de s'accumuler au voisinage de l'extré- mité fermée du four où elle aurait tendance à provoquer le collage de l'élément à ailettes 22, évite d'avoir à chauffer cette extrémité du four pour mettre la réaction en train et évite à y prolonger le revêtement 16 qui risquerait d'être endommagé par les extrémités de l'élément à ailettes en retombant sur lui.
Les avantages du chargement de la bouillie des réactifs '4 une certaine distance à l'intérieur du four peuvent aussi être obtenus en chargeant la bouillie dans la portion centrale du.four et en faisant sortir le produit à ses deux extré- mités.
Pour faire fonctionner le digesteur continu, on fait arriver une bouillie de matière titanifère et d'acide sulfurique concentré en proportions de réaction ordinaires par le tuyau de chargement 13 à l'intérieur du four ro- tatif 10. Le débit de chargement de la bouillie est choisi de façon à maintenir dans le four 10 une masse de réactifs dont la hauteur moyenne ou efficace ne dépasse pas sensiblement celle des ailettes de l'élément à ailettes. On main- tient là température de la chambre de chauffage 37 de façon à amener rapidement la bouillie contenue dans le four à une température de réaction d'environ 180 à 210 C et de préférence d'environ 200 C. Un chauffage prolongé à une température d'envi- ron 210 C doit être évité, de façonà ne pas décomposer le sulfate de titane for- mé par la réaction.
Le sulfate en se décomposant donne du bioxyde de titane sous forme de rutile qui résiste à l'attaque par l'acide sulfurique.
La masse réactionnelle, en avançant progressivement vers l'extrémi- té de déchargement du four, devient -d'abord collante et plastique, puis pâteuse et finalement relativement dure et sèche. La masse réactionnelle plastique sert de digue empêchant la bouillie fluide de couler sans interruption vers l'extré- mité de déchargement 17 du four. Le mouvement de rotation du four fait glisser l'élément à ailettes 22 sur la surface intérieure du four dans sa portion inté- rieure. Chacune des saillies 26 et 27 passe par intermittences sur les ailettes 23 ou vient en contact avec les ailettes 23 de l'élément à ailettes en contact avec la surface intérieure du four.
Lorsque la saillie dépasse librement les deux ailettes en contact avec le four, l'élément à ailettes continue à exercer son action de glissement et de raclage et lorsque la saillie vient en contact avec une des ailettes en contact avec la surface du four, elle entraîne l'élément à ailettes sur la surface ascendante du four jusqu'à ce que cet élément se dé- séquilibre et bascule. Il retombe ensuite vers la portion inférieure du four et exerce de nouveau son action de râclage. En basculant, l'élément à ailettes dé-
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sagrège ou cisaille sur son chemin les portions plastiques et solides de la charge, en la maintenant ainsi à l'état sensiblement désagrégé.
La durée de séjour de la masse réactionnelle passant dans le four rotatif étant de 5 à 15 minutes, 50 à 60% environ de la teneur initiale en titane de la matière titanifère se transforment en sulfate pendant le tra- jet de la masse réactionnelle dans le four. Ce mouvement d'avancement est as- suré en chargeant d'une manière continue la bouillie réactonnelle dans le four malgré la position horizontale du four. Cependant, si on le désire, on peut monter le four dans une position légèrement inclinée pour y rendre le pas- sage de la masse de la réaction plus facile, en particulier lorsqu'on désire que la durée de séjour soit relativement courte. Le produit de la réaction sen- siblement sec sortant du four 10, arrive par la trémie de déchargement 18 dans un second four rotatif 47, chauffé extérieurement de la même manière par une chambre de chauffage 48.
Le four 47 tourne lentement de façonà maintenir en mouvement le produit de la réaction désagrégé qu'il contient. Etant donné que le produit de la réaction chargé dans le second 47 est relativement sec, il est inutile de disposer dans ce four des dispositifs de râclage ou d'agitation.
Les dimensions du four 47 et la profondeur de la charge qui y est maintenue par une digue réglable 49 à son extrémité de déchargement sont choisies de préféren- ce de façon à maintenir une durée de cuisson d'environ une heure et demie à deux heures à une température d'environ 190 à 200 C. Si la matière titanifère à extrai- re consiste en scories titanifères contenant une proportion relativement forte de titane réduit, on peut introduire de l'air ou de l'air et de la vapeur dans le four de cuisson d'une manière quelconque appropriée pour provoquer l'oxydation du titane réduit, ainsi qu'il est décrit dans les deux brevets belges déposés ce jour même par la Demanderesse pour : "Procédé de production du bioxyde de titane" et "Perfectionnements à la production du bioxyde de titane" respectivement.
Cette oxydation du titane réduit n'est pas nécessaire lorsque la ma- tière titanifère à extraire consiste en minerai de titane ou analogue qui ne con- tient sensiblement pas de composés de titane "réduit" dans lesquels la valence du titane est inférieure à 4. Le produit sortant du four de cuisson contient généra- lement plus de 95% de sa teneur en titane sous forme de sulfate de titane.
La description donnée ci-après d'une forme spéciale d'une installa- tion dans laquelle le procédé suivant l'invention a été appliqué indique encore de quelle manière on utilise cette installation et on applique ce procédé. L'opé- ration d'extraction a été effectuée dans un four rotatif de 3,96 m. de longueur et d'un diamètre intérieur de 91,4 cm. Le four enfermé sur une longueur de 2,74-ni dans une enveloppe de chauffage à trois compartiments. L'élément à ailettes du four avait une longueur de 25,4 mm inférieure à celle du four à chaque extrémité, de façon à ménager un jeu aux deux extrémités du four. L'élément à ailettes de la 'forme de la fig. 5 était formé par deux cornières de 152 mm fixées l'une sur l'au- tre au voisinage de leurs sommets opposés par deux cornières de 101 mm.
On a ain- si obtenu un élément à quatre ailettes de 152 mm avec un diamètre efficace de 304 mm et pesant 347 kgs. Les ailettes comportaient des portions échancrées, disposées comme l'indique la fig. 5.
Cette installation a servi à extraire une scorie titanifère obtenue suivant le brevet des Etats-Unis N 2 476 453 en date du 19 juillet 1949. La sco- rie contenait environ 70% de Tio2, environ 8% d'oxyde de fer, (calculé à l'état de Fe), environ 2% de chaux et le complément consistant principalement dans les éléments de la gangue d'origine. Quoique la scorie et l'acide aient été chargés sous ,forme de bouillie dans l'exemple de ce cas particulier, il doit être bien entendu que la matière titanifère et l'acide peuvent être introduits séparément dans le four.
On a introduit,dans le four une bouillie de scorie et d'acide sul- furique en proportions ordinaires entre l'acide et la scorie de 1,5 cette propor- tion étant déterminée en considérant l'acide comme H2SO4 pur quoique l'acide ait
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été ajouté sous forme d'acide sulfurique à 93%. On remarquera qué cette con- centration de l'acide est sensiblement plus faible que celle qui est nécessai- re dans les opérations par charges intermittentes ordinaires, dans lesquelles il est nécessaire que la concentration en acide soit plus forte pour obtenir par sa dilution une fraction considérable de la quantité de chaleur qui est né- cessaire pour mettre en train la réaction d'extraction.
La bouillie de scorie et d'acide a été chargée sous un débit de 13920 kgs de scorie par jour et on a recueilli une quantité de 34154 kgs par jour du produit de la réaction sor- tant du four. On a fait tourner le four à une vitesse d'environ 13 tours par minute en obtenant une durée de séjour d'environ 10 minutes pour le passage des réactifs dans le four. On a maintenu une température de 37500 dans la cham- bre de chauffage entourant l'extrémité de chargement du four et une températu- re d'environ 300 C dans les deux autres chambres entourant le reste du four.
Ces températures des chambres de chauffage ont maintenu une température d'en- viron 200 C dans toute la masse de la réaction dans le four. Le produit de la réaction sortant par l'extrémité de déchargement du four consistait dans une matière en principe granulaire, dont le diamètre moyen des particules était d'environ 6,3 mm. Le produit de déchargement ne contenait que très peu de fines et quelques grosses particules d'un diamètre compris entre environ 12,7 et 19,0 mm. On a constaté qu'environ 59% de la teneur en titane de la scorie s'étaient transformés en sulfate dans le produit sortant du four d'extraction.
Ce produit a été chargé directement dans un four semblable 3,65 m de longueur et 68,5 cm de diamètre intérieur, chauffé de la même manière que le four d'extraction, de façon à maintenir une température de cuisson d'environ 200 C dans le produit en grains contenu dans le four. Une certaine quantité des gaz de combustion sor- tant de la chambre de chauffage entourant le four de cuisson ont été dérivés dans la double enveloppe de chauffage entourant la trémie de déchargement, fig. 2 pour empêcher l'humidité acide corrosivè de s'y condenser. On a maintenu une couche du produit d'environ 228 mm d'épaisseur dans le four de cuisson, qu'on a fait tourner à une vitesse d'environ 1 tour par minute pour obtenir une durée de séjour d'envi- ron une demi-heure à deux heures.
Le produit sortant du second four contenait en- viron 95% de la teneur initiale en titane de la scorie sous forme de sulfate de ti- tane.
On voit que le procédé et le dispositif suivant l'invention permet- tent de faire digérer la matière titanifère en présence de l'acide sulfurique par une opération continue. Ce résultat est obtenu en raison de l'action de râclage et de désagrégation exercée dans le digesteur continu suivant l'invention. Etant donné que la masse de la réaction en cours de solidification et solide est main- tenue à l'état de désagrégation dans toute la longueur du digesteur, la masse de la réaction circule d'une manière ininterrompue dans le digesteur dans lequel on obtient ainsi les conditions de la réaction les plus avantageuses.
En règlant ain- si l'opération d'extraction principale, c'est-à-dire la portion de cette opéra- tion au cours de laquelle une réaction violente s'accomplit et s'accompagne d'une transformation de la masse en forme de bouillie en masse solide relativement sè- che, il est possible de terminer l'extraction dans une mesure industriellement acceptable par une simple opération de cuisson dans un récipient approprié. En conséquence, l'invention consiste non seulement dans un nouveau procédé d'extrac- tion continue, mais encore dans une forme de réalisation totale qui permet de réaliser une extraction ou attaque sensiblement totale d'une matière titanifère et convient particulièrement à la préparation des pigments de bioxyde de titane.
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CONTINUOUS EXTRACTION OF TITANIUM MATERIALS
The present invention relates to the extraction of titanium-containing materials and more particularly to a process and device for the continuous extraction of titanium-containing materials with sulfuric acid.
To prepare the titanium dioxide pigments, a titanium-containing material, such as titanium and iron ores and slag containing titanium is digested in the presence of concentrated sulfuric acid, the titanium sulfate thus formed is collected. in the acid-treated product by leaching it with water, and the titanium dioxide from the titanium sulfate solution is precipitated by hydrolysis. The digestion operation is generally carried out on an industrial scale by intermittent charges, as described in United States Patent No. 1,889,027 of November 29, 1932. To perform this intermittent operation, the titanium-containing material is mixed with concentrated sulfuric acid and the slurry thus obtained is charged to a reaction vessel.
Superheated steam is passed through the mass to raise its temperature to a value close to that at which the sulfuric acid reacts with the titanium-containing material. Then a small quantity of water is introduced into a portion of the heated mass so as to cause additional local heating by dilution of the concentrated acid and this local heating is sufficient to start the reaction between the mixture. acid and titanium.
Under the effect of the exothermic heat of the reaction, the initial localized reaction propagates rapidly throughout the mass, releasing a sufficient quantity of heat to vaporize a high proportion of the water contained in the reaction mass. The product obtained at the end of the violent reaction period consists of a hard mass containing a high proportion of initial titanium in the form of titanium sulphate. It is common practice to follow this digestion operation of the aforementioned type by a treatment. of "cooking" or "ripening" which consists in maintaining the product of the reaction at an elevated temperature for a period of time sufficient to allow a higher proportion of the titanium-containing material to be transformed into sulphate titanium.
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Although the process of intermittent extraction of titanium-containing material has grown sufficiently to enable a large quantity of titanium-bearing material to be treated by this process, it has generally been recognized that it would be advantageous to perform the extraction. by continuous operation. Considerable research work and numerous tests have been carried out with a view to finding the solution of the problem of continuous extraction of titanium-containing materials. The main difficulties encountered in this continuous operation result from the physical conditions which exist in the reaction mass.
During the reaction between the titaniferous material and the sulfuric acid, the consistency of the mass varies between that of a fluid broth, then of a thick slurry, then of a pasty and gummy mass, finally, the completed violent digestion reaction of a hard solid If a slurry of the reactants is loaded into a rotary kiln or the like to effect the reaction therein and to release a relatively solid reaction product therefrom, plastic and pasty states result by which passes the reaction mass which tends to agglomerate and solidify into a hard untreatable mass of considerable volume.
A roller device inside the oven is not advantageous because it flattens the plastic mass against the interior surface of the oven where it solidifies as a hard cake. An ordinary scraper or the like has been found to effectively prevent the reaction mass from solidifying in the oven as a cake against its interior surface, but it has also been found to promote agglomeration of the charge in the oven. point that the operation becomes intermittent instead of being continuous operation,
The Applicant has discovered that it is possible to digest the titaniferous material in the presence of sulfuric acid by a continuous operation in a rotary kiln or the like,
by making sure not only to scrape the interior surface of the furnace in which the titanium-containing material and the acid are charged to remove the plastic cake therefrom before it solidifies, but also to maintain the state of disintegration of the reaction mass in the course of solidification and solidified. It has been found that by maintaining these conditions throughout the duration of the main extraction, it is possible to carry out the extraction by a continuous operation, appreciably increasing the production capacity and the economy by compared to operation by intermittent loads, as it is generally practiced.
The process for the continuous extraction of the titanium-containing material in the presence of sulfuric acid according to the invention consists in charging in proportions suitable for the reaction the titanium-containing material and the acid into a portion of the interior of a rotating cylindrical vessel and substantially horizontal, which contains a rigid element of elongated shape with projecting longitudinal fins.
The finned member is disposed in the plane passing substantially through the axis of the container and rests freely on the lower surface of the container, so as to slide and thereby scrape the interior surface of the container as it is placed. As the container rotates, the finned isolation is also intermittently dragged up and down at irregular intervals over the rising interior surface of the rotating container and comes into an unstable position from which it falls back in the lower interior portion of the container. The finned member, thereby scraping the surface and falling back has the effect of keeping the solidifying and solid filler in the container substantially in a disintegrating state.
The charge in the vessel is maintained at a temperature substantially equal to the temperature of the reaction between the titaniferous material and the acid and the reaction product exits in a substantially dry state through a portion of the. end of the container.
The device which makes it possible to carry out the continuous extraction according to the invention consists of a substantially horizontal rotating cylindrical container which contains a rigid element of elongated shape disposed in the plane passing substantially through the axis of the container. The elongated member which rests freely on the lower interior surface of the container has in the longitudinal direction at least three projecting fins which are in independent support contact with the interior surface of the container. The inner surface of the re-
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The container comprises, in the vicinity of each end of the element lined with fins, at least two protruding elements peripherally spaced from one another in the container.
At least two adjacent fins, but not all of the fins, have scalloped portions at each end of the finned element which allow the protruding elements to pass over the interior surface of the container while the container rotates. . The scalloped portions of the two ends of the element trimmed with fins are offset so that one of the fins at least in contact with the interior surface of the container has a scalloped portion only at one of its ends and therefore only at least once for each complete revolution of the rotating container, the finned element falls back into this container.
Devices are used to rotate the vessel, charge titanium material and acid to the interior of the vessel, and discharge the reaction product from a portion of the end of the vessel.
The invention is easy to understand from the detailed description which is given hereinafter with the accompanying drawings on which: FIG. 1 is a vertical section of an embodiment of the invention. a continuous extraction device according to the invention; rod 2 is a vertical section of the device for the continuous extraction of rod 1 communicating with a continuous cooking device making it possible to carry out the substantially total extraction of the titanium-containing material; fig 3 is a section taken along line 3-3 of fig 1; fig. 4 is a section taken along line 4-4 of FIG. 1; and Figures 5, 6 and 7 are perspective views of several interrupted shapes of finned elements which may be used in accordance with the invention.
According to figure 1, the continuous digester according to the invention comprises a cylindrical container or oven 10, horizontal, mounted to rotate by an appropriate control device. The charging end 11 of the furnace is closed apart from a gasket 12, which allows a charging pipe 13 to pass inside the furnace. The portion of the furnace adjacent to the outlet end 14 of the charging pipe has a recessed portion 15 in which a corrosion resistant or replaceable coating 16 is disposed. For example the coating may consist of an acid resistant material, such as brick, or of a replaceable material such as cast iron or the like.
In all cases, it suffices for the coating 16 to be disposed in the portion of the furnace adjacent to the outlet end 14 of the feed pipe in which the mass of the reaction remains in the slurry state. The corrosiveness of the reaction mass in other portions of the furnace in which the reaction products are pasty or relatively solid, is so low that a special coating is not necessary. The reaction product exits through the other open end 17 of the furnace from where it passes into a discharge hopper 18.
The open end of the furnace is enclosed in a hood 19 which has a gas exhaust stack 20 through which the acid fumes and other vapors from the reaction zone of the furnace exit and undergo. in the ordinary way, a treatment to rid them of corrosive elements. Unloading hopper 18 and hood 19 have a double heating jacket 21 to prevent corrosive acid vapors from condensing in the hopper and in the hood.
The rotary kiln 10 contains inside, Figs 1 and 4, a rigid element or rail 22, lined with fins, which rests freely on the inner lower surface of the kiln and therefore lies substantially in a plane passing through its axis. The finned element comprises in the longitudinal direction at least three projecting fins 23 of sufficient height to form a support independent of the elongated element within the container. Since this
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element rests freely on the interior surface of the rotary kiln, fig. 4, it is evident that while the kiln is rotating, the finned element remains at the bottom of the kiln and therefore slides on the interior surface of the kiln which passes through the below him.
The finned element is maintained in a substantially fixed longitudinal position in the furnace by the closed end 11 of the furnace at one end and by an annular retaining washer 24 adjacent to the other end of the element. garnished with fins. The retaining washer, fig. 3, is of sufficient width to retain the finned member 22 in its correct position in the rotary kiln, and furthermore has suitable windows or openings 25, which allow the granular reaction product to be removed. cross and arrive in the discharge hopper 18.
It has been found by experience that the sliding and scraping movement alone which results from the rotational movement of the furnace containing the element lined with unattached fins causes the agglomeration of the reaction mass when it is at. plastic state by completely preventing its consistency from being adjusted in the container. On the other hand, it has been found that this scraping action is essential to prevent the reaction product from solidifying as a cake on the interior surface of the rotary kiln. To achieve this scraping action as well as a disintegrating or comminuting action, a device drops the finned element intermittently into the oven at irregular intervals.
This drop is achieved by intermittently dragging the finned element up and down over the ascending interior surface of the rotary kiln, until it reaches a position in which it is sufficiently unstable to rotate around. of its own axis and drop to the bottom of the interior of the rotary kiln. This result is obtained, freezes 4, by means of a suitable projection, such as a block 26, bolted to the interior surface of the furnace which, when it comes into contact with one of the fins 23 of the element lined with fins in contact with the lower interior surface of the container serve to drive this element up and down on the rising interior surface of the oven.
When the finned element is mounted high enough to lose its balance, it tilts around its own axis, so as to disengage from the block and falls back into the. - lower interior portion of the rotary kiln.
It can therefore be seen that by means of the sliding movement and the combined fall of the element furnished with fins, the latter not only exerts a scraping action on the lower surface of the furnace, but also a breaking action. - mentation or shearing, due to the fact that the fins fall on the mass of the agglomerated reaction. As already stated, the scraping action alone causes agglomeration of the reaction mass. The fragmentation action which results from the fall of the finned member is also insufficient, since it results only in a ribbed cake-like deposit of the reaction product strongly adherent to the gas. interior surface of the oven. The two actions of scraping and fragmentation are therefore necessary.
But it is easy to see that if these scraping and breaking actions were repeated at regular intervals, the portion of the interior surface of the rotary kiln on which the finned element simply falls would not be scraped. These actions are made irregular according to the invention by means of a second member 27 projecting on the interior surface of the furnace spaced peripherally from the first projection 26. It has been found that it is advantageous to arrange the first projection 26 at the same time. vicinity of one end of the element lined with fins and the other projection 27 in the vicinity of the other end of this element.
Two or less adjacent fins have at one end of the finned element a notch 28 which allows passage of the first projection 26 and two adjacent fins at least from the other end of the finned element. in the same way comprises notches 29 arranged so as to allow the second projection 27 to pass without coming into contact with these fins. By shifting the notches 28 and 29, adjacent to the two ends of the finned element, it is possible to pass one of the protrusions freely below the finned element without driving it while
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the other projection comes into contact with one of the fins, at the other end of the element lined with fins, and causes it to be driven.
By thus arranging at least two peripherally spaced protrusions on the interior surface of the furnace and by shifting the scalloped portions at the ends of the finned element, the scraping and disintegrating actions follow one another at intervals. irregular, so that the finned element sometimes exerts a simple scraping action, in the region of each projection and sometimes a disintegrating action in the same region. It follows from the irregularity of these actions that the scraping action is exerted with certainty over the entire interior surface of the furnace or at one time or another, while the eventual disintegration action which is desired is also ensured by the fall of the element trimmed with fins.
By shifting the scalloped portions 28 and 29 of the two ends of the finned element, so that a solid surface of at least one of the two fins in contact with the interior surface of the container always comes into contact with at least one of the two protrusions, the finned element is driven and falls back at least once on each complete revolution of the furnace and on average more often.
As has already been said, the projecting fins of the elongated element must be such as to establish independent contact with the interior surface of the container. The finned element therefore rests by the ends of these fins on the interior surface of the furnace and consequently the fins are always capable of exerting the desired scraping action or of coming into contact with the fins. protrusions which cause the desired disintegration action.
The finned element may have any number of fins from at least three. The fins can be arranged in various ways, as shown in figs. 5, 6 and 7. For example, a four-fin element can be constructed, as shown in fig. 5, by fixing one on the other two angles 30 in contact along their tops. The two cornices can be held in place by fixing two smaller angles 31 to them. According to fig. 6, each fin can be formed by a small angle iron 32 (or several angles stacked one on top of the other) fixed at the bottom opening on a portion of pipe 33. This arrangement is particularly advantageous for obtaining an element comprising a number. odd fin.
The weight of the element can be increased by inserting a solid bar 34 into the pipe portion 33. The fin element can also be constructed, as shown in FIG. 7, by welding rectilinear fins 35 in the longitudinal direction to a solid bar 36, at peripherally spaced intervals. The scalloped portions of the ends of some of the fins described above may be truly scalloped portions, fig. 5, or obtained by giving the fins a shorter length than that of the fin element, fig. 6 and 7.
The height of the fins must be sufficient to exert the desired disintegration action throughout the reaction mass and this action in turn depends on the number of fins and the overall dimensions of the element.
In general, it has been found that the reaction mass disintegrates in a particularly efficient manner by means of finned elements the dimensions of which are chosen from those of the furnace so as to fill a hypothetical hole with one. diameter at least equal to a fifth and at most equal to approximately half of the internal diameter of the furnace. If the effective diameter of the finned element is less than about one-fifth of that of the furnace, the plastic mass of the reaction agglomerates immediately behind the advancing scraping fins and does not fall apart when the finned element falls.
When the effective diameter of the finned element exceeds about half that of the furnace, the driving movement of the element is slightly hampered and the disintegrating action exerted by the fins of this element is insufficient. to maintain the reaction mass in the necessary disintegrating state.
The rotary kiln 10 is enclosed externally in a suitable heating chamber 37, preferably compartmentalized and having some suitable heating device, such as an oil or gas burner 38, or the like, disposed in a chamber. combustion chamber 39, The burner flame passes through ori-
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fices 40, 41 and 42 in each of the respective compartments 43, 44 and 45 of the heating chamber. The exhaust gases exit through the pipes !: it connecting to the chimney. The hottest portion of the flame passes into the heating compartment which surrounds the load portion of the furnace, so as to make the reaction mass take the temperature of the reaction which is also desired. quickly as possible.
The heating chamber of relatively small rotary kilns serves to provide the amount of heat necessary to initiate and maintain the desired digestion reaction. In larger sized furnaces in which a relatively large mass of reactant can be maintained, the exothermic heat of the reaction may be sufficient so that the amount of heat entering the heating chamber around the furnace does not exceed that which. is necessary to prevent heat loss from the reaction mass. Of course, other easily controllable heating devices can be used, such as steam, hot air, or electric indirect heating devices.
It has been found to be advantageous to charge the slurry of the reagents into the furnace at a considerable distance inside its closed end 11, fig.l. Loading in this way prevents a plastic reaction mass from accumulating in the vicinity of the closed end of the furnace where it would tend to cause sticking of the finned element 22, avoiding having to heat this end of the furnace to start the reaction and avoid extending the coating 16 therein, which would risk being damaged by the ends of the finned element by falling on it.
The advantages of loading the reactant slurry a certain distance inside the furnace can also be achieved by loading the slurry into the central portion of the furnace and exiting the product at both ends.
In order to operate the continuous digester, a slurry of titaniferous material and concentrated sulfuric acid in ordinary reaction proportions is fed through the charging pipe 13 inside the rotary kiln 10. The slurry charging rate is chosen so as to maintain in the oven 10 a mass of reagents whose average or effective height does not substantially exceed that of the fins of the finned element. The temperature of the heating chamber 37 is maintained so as to rapidly bring the slurry contained in the oven to a reaction temperature of about 180 to 210 ° C. and preferably about 200 C. Prolonged heating at a temperature of about 210 ° C should be avoided, so as not to decompose the titanium sulphate formed by the reaction.
The sulphate on decomposition gives titanium dioxide in the form of rutile which resists attack by sulfuric acid.
The reaction mass, progressively advancing towards the discharge end of the furnace, first becomes sticky and plastic, then pasty, and finally relatively hard and dry. The plastic reaction mass serves as a dam preventing the fluid slurry from flowing continuously to the discharge end 17 of the furnace. The rotational movement of the oven slides the finned member 22 on the interior surface of the oven in its interior portion. Each of the projections 26 and 27 intermittently passes over the fins 23 or comes into contact with the fins 23 of the fin member in contact with the interior surface of the furnace.
When the protrusion freely exceeds the two fins in contact with the furnace, the finned element continues to exert its sliding and scraping action and when the protrusion comes into contact with one of the fins in contact with the surface of the furnace, it drives the finned element on the rising surface of the oven until this element unbalances and tips over. It then falls back to the lower portion of the oven and exerts its scraping action again. By tilting, the finned element releases
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aggregates or shears in its path the plastic and solid portions of the load, thus maintaining it in a substantially broken state.
Since the residence time of the reaction mass passing through the rotary kiln is 5 to 15 minutes, approximately 50 to 60% of the initial titanium content of the titaniferous material becomes sulphate during the travel of the reaction mass through the reaction mass. oven. This forward movement is ensured by continuously loading the reactive slurry into the oven despite the horizontal position of the oven. However, if desired, the furnace can be mounted in a slightly inclined position to make passage of the reaction mass easier therein, particularly where the residence time is desired to be relatively short. The substantially dry reaction product exiting the furnace 10 enters through the discharge hopper 18 into a second rotary furnace 47, externally heated in the same manner by a heating chamber 48.
The oven 47 rotates slowly so as to keep in motion the disaggregated reaction product which it contains. Since the reaction product loaded into the second 47 is relatively dry, it is unnecessary to have scraping or stirring devices in this oven.
The dimensions of the oven 47 and the depth of the load which is maintained there by an adjustable dam 49 at its unloading end are preferably chosen so as to maintain a cooking time of about one and a half to two hours at a temperature of about 190 to 200 C. If the titanium-containing material to be extracted consists of titanium-containing slag containing a relatively high proportion of reduced titanium, air or air and steam can be introduced into the furnace baking in any manner appropriate to cause oxidation of the reduced titanium, as described in the two Belgian patents filed this same day by the Applicant for: "Process for the production of titanium dioxide" and "Improvements to the production of titanium dioxide "respectively.
This oxidation of reduced titanium is not necessary when the titanium material to be extracted consists of titanium ore or the like which substantially does not contain "reduced" titanium compounds in which the valence of the titanium is less than 4. The product leaving the baking oven generally contains more than 95% of its titanium content in the form of titanium sulfate.
The description given below of a special form of an installation in which the method according to the invention has been applied further indicates how this installation is used and this method is applied. The extraction operation was carried out in a 3.96 m rotary kiln. length and an internal diameter of 91.4 cm. The oven enclosed over a 2.74-nl length in a three-compartment heating jacket. The finned element of the furnace was 25.4 mm shorter than that of the furnace at each end, so as to provide clearance at both ends of the furnace. The finned member of the form of FIG. 5 was formed by two 152 mm angles fixed one on top of the other in the vicinity of their opposite tops by two 101 mm angles.
There was thus obtained a four-fin element of 152 mm with an effective diameter of 304 mm and weighing 347 kgs. The fins had scalloped portions, arranged as shown in FIG. 5.
This plant was used to extract a titaniferous slag obtained according to United States Patent No. 2,476,453 dated July 19, 1949. The slag contained about 70% TiO2, about 8% iron oxide, (calculated in the state of Fe), about 2% lime and the remainder consisting mainly of the elements of the original gangue. Although the slag and the acid were charged as a slurry in the example of this particular case, it should of course be understood that the titaniferous material and the acid can be introduced separately into the furnace.
A slurry of slag and sulfuric acid in ordinary proportions between the acid and the slag of 1.5 was introduced into the furnace, this proportion being determined by considering the acid as pure H2SO4 although the acid have
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was added as 93% sulfuric acid. It will be noted that this concentration of acid is appreciably lower than that which is required in ordinary intermittent charge operations, in which it is necessary for the acid concentration to be higher in order to obtain by its dilution a fraction. considerable amount of heat which is required to initiate the extraction reaction.
The slag and acid slurry was charged at a rate of 13,920 kgs of slag per day and an amount of 34154 kgs per day of the reaction product from the furnace was collected. The furnace was rotated at a speed of about 13 rpm obtaining a residence time of about 10 minutes for the passage of the reagents through the furnace. A temperature of 37500 was maintained in the heating chamber surrounding the charging end of the oven and a temperature of about 300 ° C. in the other two chambers surrounding the remainder of the oven.
These heating chamber temperatures maintained a temperature of about 200 ° C throughout the reaction mass in the furnace. The reaction product exiting the discharge end of the furnace consisted of a generally granular material, the average particle diameter of which was about 6.3 mm. The unloading product contained very few fines and a few large particles with a diameter of between about 12.7 and 19.0 mm. It was found that about 59% of the titanium content of the slag was converted to sulfate in the product leaving the extraction furnace.
This product was loaded directly into a similar oven 3.65 m in length and 68.5 cm in internal diameter, heated in the same manner as the extraction oven, so as to maintain a baking temperature of about 200 C in the bean product contained in the oven. A certain quantity of the combustion gases leaving the heating chamber surrounding the baking oven was diverted into the heating jacket surrounding the unloading hopper, fig. 2 to prevent corrosive acidic moisture from condensing there. A layer of the product about 228 mm thick was maintained in the baking oven, which was rotated at a speed of about 1 revolution per minute to obtain a residence time of about one-half. - hour to two o'clock.
The product from the second furnace contained about 95% of the initial titanium content of the slag as titanium sulfate.
It can be seen that the method and the device according to the invention make it possible to digest the titaniferous material in the presence of sulfuric acid by a continuous operation. This result is obtained due to the scraping and disintegrating action exerted in the continuous digester according to the invention. Since the solidifying and solid mass of the reaction is maintained in a state of disintegration throughout the length of the digester, the mass of the reaction circulates uninterruptedly in the digester in which one thus obtains the most advantageous reaction conditions.
By thus regulating the main extraction operation, that is to say the portion of this operation during which a violent reaction is accomplished and is accompanied by a transformation of the mass into form of a relatively dry solid mass slurry, it is possible to complete the extraction to an industrially acceptable extent by a simple cooking operation in a suitable vessel. Accordingly, the invention consists not only of a new process of continuous extraction, but also of a total embodiment which enables substantially complete extraction or attack of a titanium-containing material and is particularly suitable for the preparation of. titanium dioxide pigments.