BRPI0609681A2

BRPI0609681A2 - processo de sulfato para a produção de titánia a partir de um material titanìfero

Info

Publication number: BRPI0609681A2
Application number: BRPI0609681-6A
Authority: BR
Inventors: Sarah Nicholson; Eric Girvan Roche
Original assignee: Bhp Billiton Innovation Pty Ltd
Priority date: 2005-04-07
Filing date: 2006-04-07
Publication date: 2010-04-20
Also published as: TW200640793A; RU2007141163A; US20080124262A1; CN101194033A; EP1874970A1; WO2006105614A1

Abstract

PROCESSO DE SULFATO PARA A PRODUçãO DE TITáNIA A PARTIR DE UM MATERIAL TITANìFERO. Trata-se de um processo de sulfato para a produção de titânia a partir de um material titanífero como revelado. O processo é caracterizado pelo fato de uma etapa específica de precipitação de sulfato de titanila a partir da solução.

Description

"PROCESSO DE SULFATO PARA A PRODUÇÃO DE TI TÂNIAA PARTIR DE UM MATERIAL TITANIFERO"

A presente invenção refere-se a um processo paraa produção de titânia a partir de um material titanifero.

A expressão material "titanifero", conforme o usoem questão significa qualquer material que contenhatitânio, inclusive, à guisa de exemplo, minérios,concentrados de minério e escórias titaniferas.

A presente invenção refere-se, em particular, aoprocesso de sulfato para a produção de titânia a partir dematerial titanifero.

O pedido internacional PCT/AU2004/001421, em nomeda Depositante revela a invenção de um processo de sulfatopor ela concebida. A descrição do pedido internacionalencontra-se aqui incorporada para cruzamento dereferências.

Em termos gerais, a presente invenção proporcionaum processo de sulfato para a produção de titânia a partirde um material titanifero (tal como ilmenita) do tipo queinclui as etapas de:

(a) lixiviar o material titanifero sólido com umasolução de lixivia dotada de ácido sulfúrico e formar umasolução de processo que inclui uma solução acidica desulfato titanila (TiOS04) e sulfato de ferro (FeS04) ;

(b) separar a solução de processo e uma fasesólida residual da etapa de lixiviação (a) ;

(c) precipitar o sulfato de titanila da soluçãode processo da etapa (b);(d) separar o sulfato de titanila precipitado dasolução de processo;

(e) tratar o sulfato de titanila precipitado eproduzir uma solução dotada de sulfato de titanila;

(f) hidrolisar o sulfato de titanila na solução eformar uma fase sólida contendo óxidos de titâniohidratados e uma fase liquida;

(g) separar a fase sólida contendo óxidos detitânio hidratados e a fase liquida;

(h) calcinar a fase sólida a partir da etapa (g)e formar titânia; e

(i) remover sulfato de ferro a partir da soluçãode processo da etapa (b) e/ou solução de processo esgotadada etapa (d).

0 termo "óxidos hidratados de titânio" ésubentendido aqui como incluindo, como exemplo, compostosque têm a fórmula Ti02.2H20 e Ti02.H20.

Além disso, o termo "óxidos hidratados detitânio" é subentendido aqui como incluindo compostos quesão descritos na literatura técnica como hidróxido detitânio (Ti (OH)4) .

Também é observado nesse ponto que concentraçõesde ácido mencionadas anteriormente são subentendidas aquicomo sendo determinadas por titulação de uma amostra desolução tamponada com oxalato com solução de hidróxido desódio a um ponto de término de pH 7.

É observado também nesse ponto que concentraçõesde metais mencionadas a seguir são subentendidas aqui comosendo determinadas por ICP (todos os metais) ou portitulação (nos casos de Ti e Fe - ferroso e férrico).

Como é indicado no pedido internacional acimamencionado, a patente US 3.760.058 em nome de Langmesser eoutros (cedida a Farbenfabriken Bayer AK) revela uma partedo processo acima descrito.

A referência na presente invenção à patente US daBayer não deve ser tomada como uma indicação de que arevelação na patente faz parte do conhecimento geral comumde pessoas versadas no campo da invenção.

Preferivelmente, o processo inclui o fornecimentoda solução de processo separada a partir da etapa (d) e/oua fase liquida separada a partir da etapa (g) para lixiviara etapa (a) .

A Depositante realizou trabalho de pesquisaadicional sobre o processo desde a data de prioridade de 17de outubro de 2 003 do pedido internacional e identificoudiversas características que não são reveladas no pedidointernacional acima mencionado que são importantes,separadamente e em combinação, para operar o processo deforma eficaz e que forma a base da presente invenção.

A presente invenção se baseia nas característicasda etapa (c) de precipitar sulfato de titanila que sãodescritas a seguir que foram identificadas no trabalho depesquisa adicional.

Outras características do processo acima descritoque foram identificadas no trabalho de pesquisa adicionalsão descritas no relatório descritivo depositado com opedido provisional australiano 2005901749 no nome daDepôsitante e a revelação nesse relatório descritivo éincorporada aqui por referência cruzada.

A Depositante verificou que é preferívelcontrolar, tipicamente aumentando, a concentração de ácidona solução de processo contendo sulfato de titaniladissolvido a partir da etapa (a) para ser pelo menos 600g/L, mais pref erivelmente pelo menos 650 g/L paraprecipitar sulfato de titanila na etapa (c).

A concentração de ácido pode ser controlada poruma ou mais das opções de adicionar ácido fresco à soluçãode processo e/ou remover água a partir da solução deprocesso, por exemplo, por evaporação e/ou precipitação deum ou mais componentes da solução de processo (como sulfatode ferro)•

A Depositante verificou também que é preferívelque a acidez da solução de processo seja controlada paraser menor do que 750 g/L a fim de minimizar a possibilidadede co-precipitação indesejável de sais de ferro/titânio comsulfato de titanila na etapa (c).

A etapa de precipitação de sulfato de titanila(c) pode ser realizada em uma base continua em um únicoreator ou em uma pluralidade de reatores em série e/ou emparalelo.

A etapa (c) pode ser realizada também em uma basede batelada em um único reator ou em uma pluralidade dereatores.

A Depositante verificou que é preferível em umamodalidade, que o reator ou reatores incluam (i) um tubo detiragem de extremidade aberta, verticalmente estendido, quedivide o ou cada reator em uma câmara interna (definidapelo tubo de tiragem) e uma câmara externa e (ii) um meiode agitação no tanque.

Preferivelmente, a etapa (c) inclui ofornecimento da solução de processo contendo sulfato detitanila dissolvido a partir das etapas (a) e/ou (i) para oreator ou reatores de tubo de tiragem e circulação dasolução de processo sucessivamente através do tubo detiragem e câmara externa do reator ou reatores por umperíodo de tempo suficiente para permitir precipitação desulfato de titanila a partir da solução na solução deprocesso.

0 ajuste da concentração de ácido na solução deprocesso a partir da etapa (a) pode ser feito antes ou apósa adição da solução de processo ao reator ou reatores.

A etapa (c) pode ser realizada em uma basecontinua. Nessa modalidade, a etapa (c) pode incluir ofornecimento da solução de processo ao reator ou reatoresem uma base continua e descarregamento da solução deprocesso contendo sulfato de titanila precipitado, suspensoa partir do reator ou reatores em uma base continua.

A etapa (c) também pode ser realizada em uma basede batelada. Nessa modalidade a etapa (c) pode incluir oenchimento do reator ou reatores com solução de processo,circulação da solução de processo dentro do reator oureatores, descarregamento parcial ou totalmente da soluçãode processo contendo sulfato de titanila precipitado,suspenso a partir do reator ou reatores, e repetição dasetapas acima.A Depositante verificou que é preferivelcontrolar a temperatura da solução de processo durante aetapa (c) para ser pelo menos 90°C. Uma temperaturapreferida é 110°C.

A Depositante verificou também que em umamodalidade é preferivel que haja uma concentraçãorelativamente baixa de ions de titânio na solução deprocesso durante a etapa (c).

Preferivelmente, a concentração de titânio émenor do que 25 g/L, A baixa concentração de ions detitânio é importante para manter a pasta resultante"fluida" durante precipitação de titanila na etapa (c) e emprocessamento a jusante subseqüente da pasta.

A Depositante verificou também que em umamodalidade é preferivel controlar o processo de modo quehaja uma diferença menor do que 10 g/L entre a concentraçãode ions de titânio na solução de processo fornecida para aetapa (c) e solução de processo contendo sulfato detitanila precipitado, suspenso, descarregado a partir daetapa (c).

A Depositante verificou também que a precipitaçãode sulfato de titanila é essencialmente de auto-semeaduraem virtude da circulação de sulfato de titanila precipitadodentro do reator ou reatores.

A semente pode ser adicionada ao reator oureatores como semente fresca e/ou como semente reciclada.

A Depositante verificou também que em umamodalidade é preferivel que o carregamento de sólidos nasolução de processo contendo sulfato de titanilaprecipitado, suspenso descarregado da etapa (c) seja menordo que 10% de sólidos em peso, mais preferivelmente 3-4% desólidos em peso.

O sulfato de titanila precipitado estátipicamente na forma de 100 x 1 micron agulhas que sãodifíceis de manipular e não assentam facilmente a partir dolicor de lixivia. A Depositante verificou que há questõessignificativas de manipulação de materiais comcarregamentos de sólidos maiores do que 10% de sólidos empeso.

O processo da presente invenção inclui asseguintes reações tipicas.

Lixiviação:

FeTi03 + 2H2S04 -> FeS04 + TiOS04 + 2H20Redução férrica:Fe2(S04)3 + Fe° -> 3FeS04Cristalização de sulfato ferroso:FeS04 + 7H20 -> FeS04.7H20Precipitação de sulfato de titanila:TiOS04 + 2H20 -> TiOS04.2H20

Hidrólise:

TiOS04 + 2H20 -> TiO(OH)2 + H2S04

Calcinação:

TiO(OH)2 -> Ti02 + H20

A Depositante realizou trabalho experimental emuma escala de laboratório e uma escala de planta piloto emrelação ao processo acima descrito.O processo de sulfato aperfeiçoado da presenteinvenção é descrito agora adicionalmente como exemplosomente com referência ao fluxograma em anexo.

0 fluxograma inclui as seguintes etapas principais:

(a lixivia;

(b cristalização de sulfato ferroso;

(c cristalização de sulfato de titanila;

(d dissolução de titânio;

(e hidrólise para pigmento;

(f preparação de semente de rútilo;

(g alvejamento;

(h calcinação; e

(i acabamento.

Cada uma das etapas acima é descrita a seguir porsua vez

(a) Etapa de lixivia

A etapa de lixivia inclui dois estágios delixivia 1 e 2 realizados em tanques separados 3, 5.

Cada estágio de lixivia é realizado em um únicotanque 3, 5 como indicado no fluxograma ou em múltiplostanques (não mostrados) dispostos em série.

Os estágios de lixivia 1 e 2 podem ser totalmentecontracorrente ou podem ser co-corrente com adição defiltrado de retorno, fresco e/ou filtrados de lavagem aosdois estágios de lixivia.

A quimica da etapa de lixivia é:

FeTi03 + 2H2S04 -> TiOS04 + FeS04 + 2H20A lixiviação é realizada em uma acidez controladade 4 50 g/L (± 25 g/L) de H2S04 em cada estágio. Sob essascondições aproximadamente 80% de lixiviação ocorre em doisestágios de lixivia, cada um com aproximadamente 12 horasde tempo de residência.

A temperatura de lixiviação é tipicamente 110°Cem cada estágio, que é menor do que o ponto de ebulição desolução. A temperatura não é controlada, porém calorsuficiente é gerado durante lixiviação para manter a pastaaproximadamente em 110°C. Um pouco de vapor de adição podeser necessário para a partida.

Uma opção é utilizar adição de ferro de refugonos tanques de lixivia 3, 5. Verificou-se que isso aumentasignificativamente a cinética de lixivia. Um pouco deredutor é necessário para converter sulfato férrico emsulfato ferroso a fim de permitir que todo ferro saia naforma de cristais de FeS04.

Os tanques de lixivia 3, 5 são tanques deagitação simples, cada um dos quais opera com umtransbordamento para um espessador 7. Plástico reforçadode fibra (FRP) é apropriado para partes umedecidas. Outrosmateriais apropriados são tijolos e telhas de ácido.

Os tanques de lixivia 3, 5 são operados comagitação suave de modo que o tempo de residência de sólidosnos tanques seja mais longo do que o tempo de residência delicor nos tanques.

As pastas de lixivia descarregadas dos tanques 3,5 são espessadas em espessadores convencionais 7. A taxade assentamento é elevada para ilmenita parcialmentereagida. Floculação é possivel. Densidades de

subtransbordamento que excedem 60% são exeqüiveis, porémcarregamentos mais baixos de sólidos podem ser necessáriospara assegurar capacidade de bombeamento.

O carregamento de sólidos na etapa de lixivia écontrolado para fornecer uma solução de processo deaproximadamente 40 g/L Ti, 90-100 g/L de Fe e 400-450 g/Lde ácido que sai da etapa de lixivia como transbordamento apartir do espessador a jusante 7. Essas são asconcentrações preferidas de Fe e Ti sem que sulfato ferrosoou sulfato de titanila cristalize prematuramente.

Ilmenita é adicionada seca ao primeiro tanque delixivia 3.

Para controlar a acidez em 450 g/L (± 25 g/L) ,filtrado de retorno a partir da etapa de cristalização desulfato de titanila 19 discutida a seguir é fornecidoatravés da linha 9 aos tanques 3, 5 e/ou ácido sulfúricoadicional é dosado para dentro dos tanques 3, 5. Emsituações onde há múltiplos tanques 3, 5 em cada estágio,grande parte do ácido é adicionada aos dois primeirostanques 3, 5 em cada estágio. Na prática, a acidez emtanques posteriores pode ser não controlada.

O subtransbordamento de espessador a partir doespessador 7 do primeiro estágio de lixivia é bombeado parao tanque de lixivia 5 do segundo estágio de lixivia.

Um pouco de ácido reciclado em aproximadamente350 g/L (± 25 g/L) de H2S04, que é um filtrado a partir deuma etapa de f iltração 37 a jusante de uma etapa dehidrólise 25 descrita a seguir, também é bombeado atravésda linha 11 para o tanque de lixivia 5.

O filtrado de cristalização de sulfato detitanila produzido em uma etapa de filtração 31 descrita aseguir, também é adicionado através da linha 11 para osegundo tanque 5 a fim de manter a acidez em 450 g/L (± 25g/L) .

A lixiviação é aproximadamente 50-60% no primeiroestágio se elevando até aproximadamente 80% no geral até otérmino do segundo estágio. Extrações mais elevadas sãoexeqüíveis com lixiviação adicional.

A pasta de lixivia de segundo estágio que édescarregada a partir do tanque de lixivia 5 é espessada noespessador 7.

Em uma operação de contracorrente total otransbordamento de segundo estágio a partir do espessador 7é bombeado para o tanque de lixivia de primeiro estágio 3.Em um circuito co-corrente o carregamento de sólidos é maiselevado nos dois estágios de modo que a meta de 40 g/L deTi seja atingida na solução final do processo.

O residuo de lixivia de segundo estágio éfiltrado através do filtro 13 e a torta de filtroresiliente é suspensa em água reciclada. Calcáreo e calsão adicionados para elevar o pH para 7-8, e a pasta ébombeada para os resíduos 15.

A solução de processo contida na torta de filtro(não lavada) que é fornecida a residuos 15 representa aprincipal saida para diversos elementos secundários, comoCr e Zn.Baixa acidez nos estágios de lixivia pode causara hidrólise prematura e precipitação de TiO(OH)2.Tipicamente isso se torna significativo abaixo deaproximadamente 425 g/L de H2S04. Acima de 450 g/L de H2SO4é possível, de modo semelhante, cristalizar prematuramentediidrato de sulfato de titanila TiOS04.2H20.

(b) Etapa de cristalização de sulfato ferrosoQuase todo ferro em solução eventualmente deixa ocircuito como cristais verdes de sulfato ferroso,FeS04. 7H2O, em uma etapa de cristalização de sulfatoferroso 17.

Água significativa também é rejeitada a partir doprocesso no sulfato ferro, também conhecida como"caparrosa". Isso permite recuperação e reciclagem deácido de resistência média a partir da etapa de hidrólise,levando a um consumo muito mais baixo de ácido geral portonelada de produto de Ti02.

Na etapa de cristalização de sulfato ferroso 17,solução de processo quente descarregada comotransbordamento a partir do espessador a jusante 7 da etapade lixivia é primeiramente resfriada até aproximadamente60°C em um permutador de calor (não mostrado) por permutatérmica com a solução de processo que foi descarregada apartir de um tanque de cristalização a jusante (nãomostrado).

A solução de processo impregnada resfriada éentão resfriada de forma evaporativa até aproximadamente20°C. Isso faz com que sulfato ferroso cristalize notanque. A solução de processo resfriada nesse estágiocontém aproximadamente 40 g/L de Fe e 55 g/L de Ti. Aconcentração de Ti se eleva devido ao volume mais baixo dasolução de processo resfriada.

A remoção de água por evaporação pode serincluída para fornecer um crédito adicional de água,permitindo recuperação de mais ácido fraco.

Os cristais de sulfato ferroso podem serseparados a partir da solução de processo por umacentrifuga convencional (não mostrada) ou por um filtro decorreia (não mostrado).

Um pouco de lavagem pode ser possível, porém asolubilidade elevada dos cristais significa que a lavagemdeve ser minimizada, se possível.

O sulfato ferroso pode ser vendido diretamente ouconvertido em outro produto vendivel.

Embora 40 g/L de Fe permaneçam em solução, oferro é recirculado e eventualmente retorna à etapa decristalização de sulfato ferroso, 17. Os cristais desulfato ferroso são, portanto, essencialmente o único pontode saida para ferro a partir do circuito.

Mn, Al e Mg são elementos secundários que saem docircuito principalmente com os cristais de sulfato ferroso.

Finalmente, a solução de processo frio que édescarregada a partir da etapa de cristalização de sulfatoferroso 17 é parcialmente reaquecida por permuta de calorde fluxo transversal contra solução de processo quente queentra, fornecida à etapa 17.

(c) Etapa de precipitação de sulfato de titanilaÁcido sulfúrico fresco a 98% que é necessáriopara lixiviar ilmenita não é adicionado nos estágios delixivia da etapa de lixivia. Em vez disso, o ácido éadicionado em uma etapa de precipitação de sulfato detitanila, genericamente identificada pelo numerai 19.

0 ácido faz com que o titânio precipite para forada solução de processo como diidrato de sulfato detitanila, TiS04. 2H20, e forme uma pasta de acordo com aseguinte reação:

TiOS04 + 2H20 -> TiOS04.2H20

0 mecanismo efetivo de precipitação não é claro.

A temperatura operacional preferida na etapa deprecipitação de sulfato de titanila é de 110°C. Aprecipitação é muito lenta em menos de 90°C.

A precipitação é de auto-semeadura - a cinéticade cristalização é acelerada pela presença dos cristais deproduto.

Os sólidos têm um formato semelhante à agulhalonga (tipicamente 1 jjm de largura por 100 |om decomprimento). A morfologia semelhante à agulha causaproblemas de reologia significativos na etapa deprecipitação de sulfato de titanila. Carregamentos bembaixos de sólidos podem resultar em pastas semelhantes amingau espesso que resistem a bombeamento e agitação.

Em uma modalidade especifica o tanque deprecipitação (ou um ou mais de um dos tanques deprecipitação em situações onde há múltiplos tanques) tem umtubo de tiragem vertical que tem uma entrada superior e umasaida inferior e o tubo de tiragem é localizado paradividir o tanque em uma câmara externa e uma câmaracilíndrica central. 0 conjunto também inclui um impulsorpara ajudar a circulação da pasta. A pasta flui através dotubo de tiragem e câmara externa no tanque.

Para manter a pasta em um estado fluido umareciclagem de filtrado pode ser utilizada.

Os sólidos na pasta que é descarregada a partirdo tanque ou tanques de separação são separados a partir dapasta por filtração. A filtração pode ser por um filtro decorreia 21 mostrado no fluxograma. Entretanto, amanutenção da temperatura do filtrado provavelmente requerfiltração de pressão.

Um pouco de lavagem dos sólidos na torta defiltro no filtro 21 por ácido reciclado a partir da etapade hidrólise descrita a seguir, pode ser realizado vistoque isso melhora a pureza da solução de Ti de resistênciaelevada indo para hidrólise.

A torta de filtro de TiOS04.2H20 lavada com ácidoé um produto sólido estável e oferece um ponto de rupturaconveniente no fluxograma. A torta de filtro pode serarmazenada como indicado pelo numerai 27. A armazenagemtemporária dos cristais lavados com ácido oferececapacidade de tampão útil e torna o processo mais robusto.

0 filtrado contém aproximadamente 7 00 g/L deH2S04 (aproximadamente 50 % peso/v) mais 10 g/L de Ti e 40g/L de Fe. Um pouco é reciclado para o tanque de estágiode precipitação de sulfato de titanila 19. 0 resto éenviado para os estágios de lixivia através da linha 9,onde é utilizado para controlar a acidez a 450 g/L de H2SO4na pasta de lixivia.

O espessamento antes de filtração não é utilizadodevido aos sólidos semelhantes à agulha, que não compactamfacilmente sob gravidade.

(d) Dissolução de titânio

A torta de filtro lavada com ácido a partir dodepósito 27 é repolpada em uma solução de H2S04 a 30% emuma etapa de repolpagem 2 9 e é então bombeada para umfiltro 31. A pasta resultante tem uma concentração deácido da ordem de 400 g/L.

A torta de filtro no filtro 31 pode ser lavadacom filtrado de hidrólise para remover licor de lixiviaaprisionado, restante.

Finalmente, uma lavagem de água cuidadosamentecontrolada é utilizada para deslocar todo ácido restante natorta de filtro no filtro 31. A redução da concentração deácido abaixo de 200 g/L desestabiliza os sólidos, levando àdissolução final dos sólidos. A compressão da torta e/ousopro de ar é então utilizado para controlar o teor deumidade da torta. Aproximadamente 5 g/L de Ti se reportamao filtrado de lavagem, que é reciclado através da linha 11para os estágios de lixivia.

Como descrito acima, essas etapas de lavagempodem ser aplicadas na etapa de filtração inicial paraeliminar a necessidade de repolpar e refiltrar os sólidos.Entretanto, ao fazer isso a capacidade de armazenar umatorta de filtro intermediária é perdida e o processo émenos robusto.A torta de filtro lavada com água descarregada apartir do filtro 31 é adicionada a um tanque agitado 35.Durante um periodo de aproximadamente 2 horas a 60°C atorta dissolve em uma solução de Ti de elevada resistência.Temperaturas mais baixas também podem ser utilizadas,embora o tempo de dissolução possa ser mais longo do que 2horas.

A concentração alvo é de 150 g/L Ti (= 250 g/L"Ti02") . As concentrações excedendo 200 g/L de Ti foramproduzidas em trabalho de laboratório e planta piloto.Entretanto, 150 g/L ou acima é apropriado para hidrólise depigmento convencional.

O processo de dissolução requer, preferivelmente,uma quantidade menor do que 100 g/L de ácido na soluçãocontida na torta de filtro para assegurar que o processo váaté conclusão. Se grande parte ou todo ácido for retiradopor lavagem o teor de ácido livre de solução de resistênciaelevada é bem baixo. Em termos de indústria de pigmento arazão de ácido para titânia (A/T) é normalmenteaproximadamente 1,3 (o minimo teórico é 1,225 em acidezzero).

A solução de resistência elevada de produto,produzida no tanque agitado 35 é filtrada através de umcartucho de filtro (não mostrado) para remover matériasilicosa e outra matéria em partículas finas.

Ao contrário de sulfatos de metal normais, oTiOS04.2H20 na torta de filtro não dissolve imediatamenteem água. Além disso, sua solubilidade em >20% de H2SO4 ébem baixa. Isso sugere que o processo de dissolução não éestritamente dissolução. A solubilidade notável de Ti embaixa acidez (>200 g/L de Ti) em comparação com 20% deH2SO4 (-5 g/L de Ti) favorece essa visão,(e) Etapa de hidrólise

A solução de processo de Ti de resistênciaelevada filtrada é apropriada para todos os processos dehidrólise de pigmento convencionais.

Também pode ser utilizado para precipitaçãocontinua ou de batelada de TiO(OH)2 de elevada pureza,grossa.

Os processos de hidrólise de pigmento sãotipicamente processos de batelada devido à necessidadecritica de controlar o tamanho de partícula.

A solução de alimentação para a etapa dehidrólise de pigmento é pré-tratada para geraraproximadamente 2 g/L de Ti3+ na solução por meioconvencional. O Ti3+ protege contra oxidação de qualquerferro em Fe3+, que co-precipita com o Ti e transmite corindesej ável ao pigmento.

A solução de processo é então ajustada com ácidoem uma razão de A/T apropriada para hidrólise pigmentária,utilizando H2S04 concentrado ou preferivelmente o filtradode hidrólise. A razão de A/T é um parâmetro de processochave. A razão de A/T é:

[ácido livre + ácido ligado em TiS04] + [Ti02]

Todos os parâmetros são expressos em g/L.

Na prática a concentração de [ácido livre + ácidoligado em TÍOSO4] é medida por uma simples titulação em pH7 com solução de hidróxido de sódio, e o [TÍO2] g/L é Tig/L -5- 0,6.

Em um exemplo de prática comercial, a hidrólise érealizada por pré-aquecimento de um residuo de água,tipicamente 10-20% do volume de solução de alimentação, atéaproximadamente 96°C.

A solução de processo é também pré-aquecida aaproximadamente 96°C e então é bombeada através para otanque de hidrólise de batelada durante um periodo de tempofixo.

O tanque de hidrólise 25 é equipado comaquecimento a vapor e um agitador de ancinho do tipo porta,que opera em baixo rpm. Preferivelmente, o aquecimento avapor é indireto de modo que o filtrado não seja diluidopor condensado.

Os poucos segundos iniciais de bombeamento causama precipitação de partículas de TiO(OH)2 muito finas, quecausam um aspecto leitoso por aproximadamente 30 segundos,a seguir parecem redissolver. Na prática as partículasfinas são núcleos coloidais que controlam o tamanho tantodo precipitado resultante como o tamanho de cristal nadescarga do calcinador. O controle dessa etapa é portantoimportante para preparar bom pigmento.

Após toda solução de processo ser bombeadaatravés ou deixada cair de um tanque coletor, a temperaturada pasta é cuidadosamente aquecida até o ponto de ebulição(tipicamente a l°C/minuto) .A pasta é então fervida por aproximadamente 5horas, em cu j o tempo o Ti que resta na solução foidiminuído para aproximadamente 5 g/L.

A pasta descarregada do tanque de hidrólise 25 éfiltrada e lavada com água em um filtro de correia 37 eproduz uma torta de filtro de TiO(OH)2 e um filtrado.

Não há exigências especiais para filtração vistoque o tamanho de partícula já foi estabelecido. Uma gamade filtros é utilizada na indústria. As partículas flocamnaturalmente juntas e a taxa de filtração é rápida obastante que filtração a vácuo pode ser utilizada. A tortade filtro contém aproximadamente 55% peso/peso de água.

O filtrado a partir do filtro 37 contém 350-450g/L de H2SO4. Esse é retornado através da linha 11 para aetapa de lixivia para formar em pasta ilmenita e/ousubtransbordamento de espessador de primeiro estágio. Asunidades de ácido são desse modo utilizadas para lixiviarilmenita. A reciclagem desse ácido é limitada peloequilíbrio geral de água de circuito, e é favorecida poracidez mais elevada (isto é, um volume mais baixo é igual àacidez mais elevada). Qualquer excesso é enviado para umaplanta de gesso limpo 49.

(f) Etapa de preparação de semente de rútilo

Em um exemplo de prática comercial, semente derútilo é feita em uma etapa de preparação de semente derútilo 41 por reação de um pouco de torta de filtro deTio(OH)2 descarregada do filtro de correia 37 com soluçãode NaOH a 50% comercial, por várias horas no ponto deebulição (aproximadamente 117°C):2NaOH + TiO(OH)2 -> Na2Ti03 + 2H204NaOH + TiOS04 "> Na2Ti03 + Na2S04 + 2H20A torta de filtro de TiO(OH)2 contémaproximadamente 4% de S na forma de sul fatos de titâniobásico absorvidos. 0 titanato de sódio resultante éfiltrado e lavado bem para remover totalmente sulfato. Atorta lavada é então misturada com uma quantidadecuidadosamente controlada de HC1 comercial a 35% paraproduzir uma solução de TiCl4:

Na2Ti03 + 6HC1 -> TiCl4 + 2NaCl + 3H20A solução é então fervida para gerar partículasde TiO(OH)2 ultrafinas:

TiCl4 + 3H20 -> TiO(OH)2 + 4HC1

A pasta resultante contém aproximadamente 100 g/Lde Ti02 na forma de rútilo. Pode ser utilizada diretamentese o fluxograma a j usante puder tolerar ions de Cl ou podeser lavado por decantação para remover NaCl.

(g) Etapa de alvejamento

A torta de filtro de Ti(OH)2 que é descarregada apartir do filtro de correia 37 e não é utilizada para fazersemente de rútilo é repolpada com solução de H2S04 limpa emuma etapa de alvej amento 4 3. Pó de Al ou Zn é adicionadopara lixiviar de forma redutiva, cromóforos como Fe, Cr, Mne V, que de outro modo reduziriam a brancura do pigmentofinal.

A etapa de alvejar ocorre, tipicamente a 80°C. Apasta de semente de rútilo é adicionada nesse ponto em umaquantidade cuidadosamente controlada (por exemplo, 4,0 ±0,1 % peso/peso). A pasta alvejada é filtrada e lavada.A torta de filtro de Ti0(0H)2, que tem um teor deenxofre de aproximadamente 2%, é misturada com diversosaditivos. Esses podem ser adicionados como soluções deágua, ou sólidos. Os aditivos podem incluir 0,2% de K20como K2S04, 0,6% de ZnO como ZnS04 e 0,3% de P205 como H3P04.

Os aditivos controlam desenvolvimento doscristais de rútilo durante calcinação, de tal modo que otamanho de cristal é 0,27 ± 0,03 (im, rutilação é 98,5 ±0,5%, os cristais têm um formato lenticular e não sãosinterizados j untos.

Além das etapas acima descritas, o fluxograma deprocesso também inclui as etapas de: calcinação 45,acabamento 47, e, se necessário, produção de gesso limpo4 9. Essas etapas são etapas convencionais.

Muitas modificações podem ser feitas nofluxograma de processo descrito acima, sem se afastar doespirito e escopo da presente invenção.

Como exemplo, como alternativa à produção depigmento, o processo é capaz de produzir titânia de purezaelevada grossa que pode ser utilizada, por exemplo, como uminsumo para redução eletroquimica para produzir metal detitânio e ligas. A hidrólise pode ser realizada

continuamente nessa opção. Vários tanques de agitaçãosimples podem ser utilizados em uma disposição em cascata.A hidrólise pode ser realizada em ponto de ebuliçãoutilizando aquecimento a vapor, preferivelmente indireto.A semeadura é realizada por reciclagem desubtransbordamento de espessador para o primeiro tanque.Isso permite que o tempo de residência da pasta seja 8-12horas e gere um tamanho de partícula d5o de aproximadamente20 microns. O espessamento fornece uma pasta densa deaproximadamente 30% de sólidos em peso, que pode serfiltrada a vácuo e lavada. Alvejamento pode ser realizadode acordo com o processo de pigmento, se necessário- Nãose utilizam sementes químicas ou de rútilo. A calcinaçãorequer somente uma temperatura da ordem de 900°C poraproximadamente 1 hora.

A presente invenção é descrita adicionalmente comreferência aos exemplos a seguir.

Nesses exemplos onde *H2S04 livre' foimencionado, isso foi determinado por titulação de umaamostra de solução tamponada com oxalato com solução dehidróxido de sódio a um ponto final de pH 7.

Exemplo 1

Esse exemplo descreve um primeiro estágio delixiviação de batelada.

Uma solução (300 L) contendo 3,0 g/L Ti, 11,2 g/LFe2+, 3,0 g/L Fe3+ e 716 g/L de H2S04 livre foi aquecida emum recipiente com defletor, agitado. Após o licor atingir110°C, 79,6 kg de concentrado de ilmenita contendo 25,9% deFeO, 19,3 de Fe203 e 50,4% de Ti02, que tinha sidoanteriormente moido em um moinho de bolas para 80% menoresdo que 38 jam, foram introduzidos no recipiente de reação.Seis hastes de aço doce com 10 mm de diâmetro foramsuspensas no reator de tal modo que aproximadamente 200 mmdas hastes se estendiam abaixo do nivel de solução. Amistura foi deixada reagir a 110°C por 3 horas, após o quea temperatura foi deixada cair de forma constante até 80°Cdurante as 3 horas seguintes. A pasta resultante foifiltrada através de um filtro de placa com recesso e atorta foi lavada com água fresca. 0 filtrado continha 47g/L de Ti, 55 g/L de Fe2+, 17 g/L de Fe3+, 618 g/L de H2S04livre e tinha uma gravidade especifica de 1, 637 g/cm . 0peso da torta de filtro lavada era 39 kg com um teor deumidade de 16,9%. A torta de filtro lavada foi ensaiada emuma base de peso seco e verificou-se conter 15,3% de FeO,24,4% de Fe203 e 48,7% de Ti02.

Com base nos pesos e composições de ilmenitas etorta, 60,6% do Ti02 na ilmenita dissolveram durante oprocesso de lixivia.

Exemplo 2

Esse exemplo descreve um segundo estágio delixiviação utilizando o residuo de lixivia de primeiroresíduo.

Uma solução (273 L) contendo 3,6 g/L Ti, 6,1 g/LFe2+, 2,4 g/L Fe3+ e 711 g/L de H2S04 livre foi aquecida emum recipiente com defletor, agitado. Após o licor atingir110°C, 130 kg de torta úmida, como descrito no Exemplo 1,tendo um teor de umidade de 18,6% e contendo 17,0% de FeO,22, 7 de Fe203 e 49, 4% de Ti02, foram introduzidos norecipiente de reação. Seis hastes de aço doce com 10 mm dediâmetro foram suspensas no reator de tal modo queaproximadamente 200 mm das hastes se estendiam abaixo donivel de solução. A mistura foi deixada reagir a 110°C por3 horas, após o que a temperatura foi deixada cair de formaconstante até 80 °C durante as 3 horas seguintes. A pastaresultante foi filtrada através de um filtro de placa comrecesso e a torta foi lavada com água fresca. 0 filtradocontinha 46 g/L de Ti, 38 g/L de Fe2+, 20 g/L de Fe3+, 513g/L de H2S04 livre e tinha uma gravidade especifica de1, 553 g/cm3. O peso da torta de filtro lavada era 86 kgcom um teor de umidade de 26,2%. A torta de filtro lavadafoi ensaiada em uma base de peso seco e verificou-se conter13,3% de FeO, 22,7% de Fe203 e 49,7% de Ti02.

Com base nos pesos e composições da alimentação eproduto e tortas, 39,7% do Ti02 na torta de alimentaçãodissolveram durante o processo de lixivia.

Exemplo 3

Esse exemplo descreve a redução e remoção de Fe3+a partir da solução produzida como descrito nos Exemplos 1-2.

Um reator de vidro com defletor, de 5 L, adaptadocom um agitador de 6 turbinas Rushton de 80 mm foi cheiocom 4 L de uma solução contendo 13,2 g/L de Fe3+, 38,5 g/Lde Fe2+, 505 g/L de H2S04 livre e 40 g/L de Ti. A taxa deagitação foi ajustada em 500 rpm. O reator teve atemperatura controlada em 50°C. Ao atingir essatemperatura uma bomba foi utilizada para recircular asolução em 100 mL/min a partir do recipiente de vidro, eatravés de um recipiente de plástico reforçado com fibra(FRP) de 4 L contendo um único feixe comprimido de 150 mm x150 mm x 150 mm de aço de refugo desestanhado comercial. Asolução foi introduzida na parte inferior do recipiente FRPe fluiu para cima através do refugo e transbordou atravésde gravidade de volta para dentro do reator de vidro. Ofeixe de refugo teve a altura ajustada para ser totalmentesubmerso abaixo do nivel da solução no recipiente FRP.Após recircular a solução por 45 min verificou-se que todoFe3+ tinha sido consumido. Após 60 minutos a bomba foidesligada e o feixe de ref ugo removido, após o que severificou que a solução continha 0 g/L de Fe3+, 93 g/L deFe2+ e 8,5 g/L de Ti3+.

Exemplo 4

Esse exemplo mostra que sulfato ferroso pode serprecipitado em batelada a partir de uma solução de lixiviade ilmenita.

Uma solução de lixivia de ilmenita contendo 0, 1g/L de Fe3+, 98,2 g/L de Fe2+, 48 g/L de Ti e 399 g/L deH2S04 livre, preparado no modo descrito no Exemplo 3, foicolocada em um béquer e resfriada durante a noite.Cristais verdes de heptaidrato de sulfato ferroso comcomposição de 18,5% de Fe, 10,5% de S, 0,23% de Ti e 0,15%de Mn foram então recuperados a partir da pasta resultante.O filtrado foi ensaiado e verificou-se que contém <1 g/L deFe3+, 30,2 g/L de Fe2+ e 539 g/L de H2S04 livre.

Exemplo 5

Esse exemplo mostra que cristais de diidrato desulfato de titanila, TiOS04. 2H20, podem ser precipitados embatelada a partir de uma solução de lixivia de ilmenitapreparada no modo dos Exemplos 1-2 pela adição de ácidosulfúrico, e que uma solução de intensidade elevadaapropriada para manufatura de pigmento pode ser gerada peladissolução dos cristais.

Ácido sulfúrico (98%, 450 g) foi misturado comuma solução de lixivia de ilmenita (1500 mL) contendo 440g/L de H2S04 livre, 35,4 g/L de Fe2+, 7,4 g/L de Fe3+ e 29g/L de Ti em um reator de vidro equipado com defletores eum agitador de Teflon. A solução resultante foi aquecida a110°C e cristais de sulfato de titanila (4 g) foramadicionados como material de semente. A mistura foiagitada nessa temperatura por um total de 6 horas, durantecujo periodo um precipitado espesso se formou. A pasta foifiltrada e a torta foi lavada com água para fornecer umatorta de filtro úmida (238 g). 0 filtrado continha 16 g/L de Ti, 638 g/L de H2S04 e 48 g/L de Fe, dos quais 6,6 g/Leram Fe3+. A torta de filtro dissolveu após 3 horas paraproduzir uma solução de sulfato de titanila contendo 160g/L de Ti e 8,3 g/L de Fe.

Exemplo 6

Esse exemplo descreve a precipitação continua decristais de diidrato de sulfato de titanila, TiOS04.2H20,seguido por filtração a vácuo.

Solução de lixivia de ilmenita (603,6 L)preparada como descrito nos Exemplos 1-2, contendo 524,7 g/L de H2S04 livre, 14,5 g/L de Fe2+, 4,3 g/L de Fe3+ e 41,2g/L de Ti foi misturada em um reator de fibra de vidroagitado com filtrado de sulfato de titanila (1043,2 L)contendo 637, 5 g/L de H2S04 livre, 44,7 g/l de Fe2+, 12,8g/L de Fe3+ e 6,1 g/L de Ti. Ácido sulfúrico (98%, 88,3 L)foi então adicionado juntamente com torta de filtro desulfato de titanila (10 kg, 14% peso/peso de sólidos) e atemperatura foi elevada para 110°C. O reator tinha 1,35 mde diâmetro, com 1,3 m de profundidade de solução econtinha um tubo de tiragem para melhorar a misturar e auniformidade de mistura no interior do reator com entradaminima de energia. 0 tubo de tiragem tinha 0,9 m dediâmetro interno, 0,87 m de altura e foi elevado 0,25 m apartir do fundo do reator. O reator foi adaptado com umaturbina axial com 0,6 m de diâmetro e elevado 0,5 m apartir do piso do reator. A turbina operou a 250 rpm. Oreator foi deixado agitar em temperatura por 12 horas e umaamostra foi tirada e filtrada. A concentração de titâniono licor tinha caido a partir de um nivel inicial combinadode 17,3 g/L para 9,0 g/L. As bombas de alimentação eproduto foram iniciadas e ajustadas em taxas de fluxo de4,6 L/min para permitir um tempo de residência de 4,9 horascom uma solução de alimentação combinada constante contendo17,5 g/L de Ti e 660 g/L de H2S04. O precipitador foioperado continuamente desse modo por 10 horas produzindo1742 L de pasta de sulfato de titanila. Amostras regularesforam tiradas do reator e filtradas e analisadas. Essasamostras de filtrado forneceram concentrações médias de 7,5g/L de Ti e 611,8 g/L de H2S04. O diidrato de sulfato detitanila precipitado (TiOS04. 2H20) foi separado da pastautilizando um filtro de correia, fornecendo aproximadamente780 kg de torta de filtro com carregamento de sólidos de14% peso/peso.

Exemplo 7

Esse exemplo demonstra que cristais de diidratode sulfato de titanila, TiOS04.2H20, preparados no modo dosExemplos 5 e 6 podem ser dissolvidos em água para produziruma solução de resistência elevada.Torta de filtro de diidrato de sulfato detitanila (19 kg) produzida utilizando o processo descritono Exemplo 6 foi repolpada em uma pasta bombeávelutilizando uma solução que contém 400 g/L de H2SO4 (4 L)misturada com filtrado de repolpa (36 L) contendo 485 g/Lde H2SO4 livre, 6,7 g/L de Fe2+, 9,6 g/L de Fe3+ e 5,9 g/L deTi. A pasta foi deixada agitar por 15 minutos e então foifiltrada utilizando um filtro de armação e placa. Umaamostra do filtrado a partir dessa etapa de filtração foianalisada e verificou-se que contém 510 g/L de H2S04 livre,8,9 g/L de Fe2+, 10,7 g/L de Fe3+ e 7,4 g/L de Ti. Água (50L) foi bombeada através do filtro para lavar os sólidos.Uma amostra do filtrado a partir da etapa de lavagem foianalisada e verificou-se que contém 137 g/L de H2S04 livre,2,2 g/L de Fe2+, 3 g/L de Fe3+ e 3,3 g/L de Ti. Os sólidoslavados foram coletados e foram deixados dissolver durantea noite. A solução de sulfato de titanila resultante foifiltrada para remover sólidos não dissolvidos, finos queeram predominantemente silica. Verificou-se por ensaio quea solução contém 467 g/L de H2S04 total, 1,7 g/L de Fe2+,6,5 g/L de Fe3+ e 194 g/L de Ti.

Exemplo 8

Esse exemplo descreve a conversão de uma pasta dediidrato de sulfato de titanila diretamente em uma soluçãode titânio de concentração elevada apropriada para produçãode pigmento, sem uma etapa de repolpar intermediária.

Pasta de sulfato de titanila (108 L) produzida apartir do reator descrita no Exemplo 6 foi filtradautilizando um filtro de pressão de membrana, em vez dofiltro cie correia descrito no Exemplo 6. Ácido de filtroreciclado (45 L) contendo 338, 4 g/L de H2S04 livre, 10, 1g/L de Fe2+, 2,3 g/L de Fe3+ e 10,1 g/L de Ti foi misturadocom água de lavagem reciclada (50 L) contendo 93,2 g/L deH2S04 livre, 3,4 g/L de Fe2+, 0,7 g/L de Fe3+ e 3,4 g/L de Tie com 4 50 g/L de ácido sulfúrico (10 L) . Esse fluxo deácido misturado foi então passado através do filtro depressão de membrana para lavar os sólidos filtrados. Ossólidos foram então adicionalmente lavados com água (50 L)e comprimidos em uma pressão de 4 bar por 5 minutos. Arcomprimido foi então soprado através da torta lavada por 5minutos. A torta de filtro foi então removida a partir dofiltro e transferida para um recipiente onde se dissolveudurante um periodo de várias horas para fornecer umasolução de sulfato de titanila contendo 218 g/L de Ti e333,5 g/L de H2S04 livre.

Exemplo 9

Esse exemplo descreve a precipitação de hidróxidode titânio capaz de pigmento a partir da solução de sulfatode titanila de resistência elevada, utilizando práticaconvencional.

A solução de sulfato de titanila de resistênciaelevada (2,5 L) preparada como descrito no Exemplo 7, foifiltrada para remover sólidos residuais, a seguir pó dezinco (13 g) foi adicionado com agitação para remover ionsférricos e gerar titânio trivalente. Verificou-se que asolução em análise contém aproximadamente 3,0 g/L de Ti3+.Ácido sulfúrico concentrado foi adicionado para forneceruma razão A/T de 1,70 ± 0,05. O licor foi entãoconcentrado por evaporação sob pressão reduzida parafornecer uma viscosidade de 22-25 cp a 60°C e 330 ± 10 g/Lde TÍO2 no licor concentrado final.

Hidrólise foi realizada com base no métodoBlumenfeld. Um resíduo de água (0,5 L) foi aquecido a 98 í1°C em um reator de vidro equipado com aquecimento elétricoexterno, controlador de temperatura, termopar e um agitadordo tipo ancinho. O licor controlado A/T pré-tratado (2,0L) foi separadamente aquecido até 98 ± 1°C antes de seradicionado ao resíduo de água em uma taxa controlada de talmodo que todo licor foi adicionado ao resíduo em 17 ± 1minuto. O perfil de temperatura foi então controlado paraprecipitar Ti02 em uma taxa relativa de 0,7 a 1,0% porminuto elevando a taxa de aquecimento para fornecer umaumento de temperatura de 0,5°C por min. até o ponto deebulição. A agitação e aquecimento foram então parados por30 minutos. Após esse *tempo de parada' a agitação eaquecimento foram reaplicados para continuar a precipitaçãona taxa de 0,7 a 1,0% por minuto em relação à concentraçãoinicial de Ti02. Após um tempo de reação geral de 5 horasa batelada foi resfriada bruscamente com 2 L de água. Apósa solução ser resfriada a menos de 60°C a solução foifiltrada a vácuo utilizando um funil buchner e oprecipitado lavado com água (6 L) a 60°C. A torta foideixada secar por filtração para obter 30% de sólidos comoTi02. No total 608 g de hidróxido de titânio foramproduzidos, correspondendo a um rendimento de 96%.

Exemplo 10Esse exemplo descreve a produção de pasta desemente de rútilo, que pode ser utilizada para auxiliar oprocesso de rutilação durante calcinação.

Torta de filtro de hidróxido de titânio (750 g,perda em ignição de 68%) preparada como descrito no Exemplo9, foi colocada em um recipiente de reação equipado comagitação e aquecimento externo. À pasta, pelotas dehidróxido de sódio (495 g) foram lentamente adicionadasdurante 30 minutos. Uma tampa foi então colocada sobre orecipiente. A temperatura foi ajustada em 126°C e foimantida nesse nivel com agitação por um periodo adicionalde 60 minutos. Ao término desse tempo a reação foiresfriada bruscamente até 60°C pela adição de águasuficiente para diminuir o carregamento de sólidos para 140g/L de Ti02 equivalente (resultando em um volume total depasta de 1713 mL) . A pasta foi então filtrada utilizandoum funil Buchner, e o precipitado lavado com água a 60°Caté que o filtrado de lavagem continha aproximadamente 1 g/de Na20 equivalente, medido utilizando um medidor decondutividade calibrada.

A torta de filtro lavada foi então transferidapara um recipiente de refluxo equipado com um agitador eformada novamente em pasta para 255 g/L de Ti02 equivalente(fornecendo um volume de pasta de 941 mL) . O pH da pastafoi ajustado para 2,8 utilizando HC1 concentrado (0 mL, 33%peso/v) . Uma amostra de 1 g foi removida para teste emrelação à qualidade de torta. À pasta restante HC1concentrado suficiente (298 mL, 33% peso/v) foi adicionadopara fornecer uma razão de HC1:Ti02 de 0,41, e atemperatura foi elevado para 60°C. A temperatura foi entãoaumentada para o ponto de ebulição em uma taxa controladade 1°C por minuto, e mantida no ponto de ebulição por 90minutos, após o que a pasta foi resfriada bruscamente comágua até um volume de 2400 mL, fornecendo um carregamentode sólidos equivalente a 97 g/L de TÍO2- Uma pequenaamostra foi neutralizada com NaOH, filtrada, lavada e seca,verificou-se por XRD que contém 100% de forma de rútilo deTiO(OH)2.

Exemplo 11

Esse exemplo descreve lixiviação de ácido deredução convencional de hidróxido de titânio precipitadopara remover cromóforos.

A torta filtrada (63,5 g) do Exemplo 9 foiformada em pasta em água (0,07 L) em um recipiente de vidroequipado com um agitador de laboratório. H2S04 concentrado(98%, 9,0 g) foi adicionado à pasta agitada após o quenúcleos de rútilo grossos (8,6 mL; preparados como descritono Exemplo 10) foram adicionados à pasta para obter 4% deTi02 de rútilo adicionado. A pasta semeada foi composta a0,1 L com água e aquecida a 75°C. Quando na temperatura póde zinco foi adicionado (0,5 g) e a pasta foi mantida emtemperatura por 2 horas. A pasta foi então resfriada a60°C e filtrada a vácuo em um funil Buchner. 0 filtradofinal foi analisado em relação à concentração de Ti3+ paraconfirmar que Ti3+ suficiente estava presente (>0,4 g/L deTi3+ preferido (como Ti02) ) . A torta foi então lavada comágua a 60°C (três vezes o volume de torta de precipitado) .A torta final (60 g) foi deixada secar sob filtração avácuo até aproximadamente 30% de sólidos.

Exemplo 12

Esse exemplo descreve calcinação de hidróxido detitânio para produzir uma calcina de TÍO2 substancialmenterutilada com tamanho de cristal apropriado para produção depigmento.

A pasta de torta (300 g) preparada como descritono Exemplo 11 foi mecanicamente misturada na presença deH3PO4 (98% de solução), A12(S04)3/ K2S04 para fornecer 0,15%de P205, 0, 18% de A1203 e 0,28% de K20 como calculado apóscalcinação, até que se obtenha uma mistura homogênea. Apasta foi então extrusada através de uma matriz de 5 mmsobre superfície de vidro, coberta a seguir seca em umforno de laboratório a 75°C por 12 horas. Os sólidos foramentão transferidos para um forno de mufia eletricamenteaquecido e a temperatura foi elevada para 920°C por 3horas. Os sólidos calcinados foram removidos a partir doforno e deixados resfriar até a temperatura ambiente, everificou-se que a rutilação medida por XRD era 97,3%.

Exemplo 13

Sólidos de Ti02 esfriados (800 g) preparados comodescrito no Exemplo 12 foram então processados através deum moinho a martelo de laboratório e peneirados para obterum tamanho de partícula menor do que 90 microns. Aspartículas moidas foram então formadas em pasta em água emtemperatura ambiente para fornecer um carregamento desólidos de 400 g/L (como Ti02) com o auxilio de dispersanteorgânico (1,1,1-tris-hidróxi metil propano). A pastadispersa foi ajustada em pH para 10-11 pela adição desolução de NaOH a 10% peso/v. A pasta foi então passadaatravés de um moinho de conta hidráulico (tamanho de conta-0,8 - 1,0 mm, estabilizada em zircônia) no modo derecirculação até que se obteve um tamanho médio departícula de 0,27 jim. A pasta foi então passada através deuma peneira de 325 pm e o tamanho maior foi descartado.

A pasta peneirada (2 L) foi então transferidapara um béquer de 3 L e aquecida até 50°C utilizando umamanta de aquecimento elétrico externa. Quatro soluções(2 0% peso/v de H2S04, 10% peso/v de NaOH, 100 g/L (comoZr02) de ZrCl2.8H20 e NaA103 (solução estabilizada comcáustica contendo 17-18% peso/peso de A1203) ) foram cheiasem buretas de 50 ml separadas e seus volumes anotados. Osreagentes foram adicionados em temperatura tal que umaconcentração final de A1203 (3, 5% de teor de Ti02) e Zr02(0,88% de teor de Ti02) foi obtida. A pasta foi entãofiltrada e lavada com água a 60°C para obter sais solúveisna torta como menos de 0,1% que Na2S04, e seca poraproximadamente 3 horas a vácuo. A pasta de torta foientão mecanicamente misturada na presença de dispersanteorgânico para obter carbono a 0,2% (peso/peso) no Ti02. Apasta foi então extrusada através de uma matriz de 5 mlsobre superfície de vidro, que foi coberta e seca em umforno de laboratório a 75°C por 6 horas para obter menos de1,0% de H20. Os sólidos foram então levemente moidos commartelo e os sólidos resultantes passados através de ummicronisador de ar de laboratório que foi operado em 6 bar(ar comprimido seco) para inj eção e moagem. O tamanhomédio de partícula de produto micronisado foi moldo entre0, 30 e 0,33 fim como determinado por medições de densidadeóptica.

Exemplo 14

Esse exemplo mostra a capacidade de hidrolisarcontinuamente solução de titânio de resistência elevadapara produzir TiO(OH)2 grosso que pode ser assentado efiltrado facilmente.

Uma planta piloto continua compreendendo 2 x 5 Lde recipientes de plástico reforçado com fibra (FRP),equipado com turbinas axiais e aquecedores, e um espessadorde FRP de 30 cm de diâmetro e 90 cm de altura, equipado comancinhos e um motor de acionamento de ancinho, foi montada.Os recipientes de FRP e espessador foram organizados emsérie com tubos de transbordamento em cascata entre osmesmos para permitir que a pasta flua a partir derecipiente para recipiente por gravidade. Uma pasta acidicade hidróxido de titânio (4 kg) preparada como descrito noExemplo 9 foi colocada no primeiro recipiente como semente,e uma solução de 300 g?l de H2S04 em água (5 L) foicolocada no segundo recipiente para auxiliar a fase departida inicial. Os recipientes foram aquecidos a umatemperatura de 100°C com agitação. Ao atingir a

temperatura uma solução de sulfato de titânio preparadocomo descrito no Exemplo 7, e contendo Ti 130 g/L, Ti3+ 5g/L, ácido total 330 g/L e Fe 10 g/L, foi bombeada para oprimeiro recipiente em uma taxa de 7,5 mL/min. Água tambémfoi adicionada em uma taxa de 6 mL/min. para corrigir emrelação à evaporação. No enchimento do espessador, umaporção do subtransbordamento correspondendo a 5 mL/min. e20% peso/peso de carregamento de sólidos foi posteriormentebombeada continuamente para o primeiro recipiente paraatuar como semente. No total a planta piloto de hidrólisefoi operada continuamente por 75 horas. Ao atingir estadoconstante sob essas condições de processo verificou-se queos recipientes e fluxos de processo equilibraram nasseguintes composições.

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A taxa de fluxo de subtransbordamento deespessador combinado foi 7 mL min (da qual 5 mL/min foireciclada como descrito) . A taxa de fluxo desubtransbordamento de espessador equilibrada foi de 9mL/min. O carregamento de sólidos no subtransbordamento deespessador atingiu 30% peso/peso ao final do curso. Otamanho de partícula dos sólidos de subtransbordamento deespessador foi determinado utilizando um dimensionadorlaser Malvern 2000 e verificou-se ser d5o 7,8 /im.

Claims

1. Processo de sulfato para a produção de titâniaa partir de um material titanifero (tal como ilmenita),caracterizado pelo fato de incluir as etapas de:(a) lixiviar o material titanifero sólido com umasolução de lixivia contendo ácido sulfúrico e formar umasolução de processo que inclui uma solução acidica desulfato de titanila (TiOS04) e sulfato de ferro (FeS04);(b) separar a solução de processo e uma fasesólida residual a partir da etapa de lixivia (a);(c) precipitar sulfato de titanila a partir dasolução de processo da etapa (b);(d) separar o sulfato de titanila precipitado apartir da solução de processo;(e) tratar o sulfato de titanila precipitado eproduzir uma solução contendo sulfato de titanila;(f) hidrolisar o sulfato de titanila na solução eformar uma fase sólida contendo óxidos de titâniohidratados e uma fase liquida;(g) separar a fase sólida contendo óxidos detitânio hidratados e a fase liquida;(h) calcinar a fase sólida a partir da etapa (g)e formar titânia; e(i) remover sulfato de ferro a partir da soluçãode processo da etapa (b) e/ou solução de processo esgotadada etapa (d).

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de incluir ainda o fornecimento dasolução de processo separada a partir da etapa (d) e/ou dafase liquida separada a partir da etapa (g) para a etapa delixivia (a).

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 oureivindicação 2, caracterizado pelo fato de incluir ocontrole da concentração de ácido na solução de processocontendo sulfato de titanila dissolvido a partir da etapade lixivia (a) para ser pelo menos 600 g/L a fim deprecipitar sulfato de titanila na etapa de precipitação desulfato de titanila (c) .

4. Processo, de acordo com a reivindicação 3,caracterizado pelo fato de incluir o controle daconcentração de ácido na solução de processo contendosulfato de titanila dissolvido a partir da etapa de lixivia(a) para ser pelo menos 650 g/L a fim de precipitar sulfatode titanila na etapa de precipitação de sulfato de titanila (c) .

5. Processo, de acordo com a reivindicação 3 oureivindicação 4, caracterizado pelo fato de incluir ocontrole da concentração de ácido por uma ou mais dasopções de acrescentar ácido fresco à solução de processoe/ou retirar água da solução de processo, por exemplo, porevaporação e/ou precipitação de um ou mais componentes dasolução de processo (como sulfato de ferro).

6. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato deincluir o controle da acidez da solução de processo paraque seja menor do que 750 g/L a fim de minimizar co-precipitação indesejável de sais de ferro/titânio comsulfato de titanila na etapa de precipitação de sulfato detitanila (c).

7. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato deincluir a realização da etapa de precipitação de sulfato detitanila (c) em uma base continua em um único reator ou emuma pluralidade de reatores em série e/ou em paralelo.

8. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de incluir arealização da etapa de precipitação de sulfato de titanila(c) em uma base de batelada em um único reator ou em umapluralidade de reatores.

9. Processo, de acordo com a reivindicação 7 oureivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o reator oureatores incluem um tubo de tiragem de extremidade abertaestendido verticalmente que divide o ou cada reator em umacâmara interna (definida pelo tubo de tiragem) e uma câmaraexterna e um meio de agitação no tanque.

10. Processo, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de que a etapa de precipitação desulfato de titanila (c) inclui fornecer a solução deprocesso contendo sulfato de titanila dissolvido a partirda etapa de lixivia (a) e/ou etapa de remoção (i) para oreator ou reatores do tubo de tiragem e circulação dasolução de processo sucessivamente através do tubo detiragem e câmara externa do reator ou reatores por umperiodo de tempo suficiente para permitir precipitação desulfato de titanila a partir da solução na solução deprocesso.

11. Processo, cie acordo com qualquer uma dasreivindicações 7 a 10, caracterizado pelo fato de incluir oajuste da concentração de ácido na solução de processo apartir da etapa de lixivia (a) como necessário para a etapade precipitação de sulfato de titanila (c) antes ou após aadição da solução de processo ao reator ou reatores.

12. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato deincluir o controle da temperatura da solução de processo naetapa de precipitação de sulfato de titanila (c) para queseja pelo menos 90°C.

13. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato deincluir o controle da etapa de precipitação de sulfato detitanila (c) de modo que a concentração de ions de titâniona solução de processo seja uma concentração relativamentebaixa.

14. Processo, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de Incluir o controle da etapa deprecipitação de sulfato de titanila (c) , de modo que aconcentração de ions de titânio na solução de processo sejamenor do que 25 g/L.

15. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato deincluir o controle do processo de modo que haja umadiferença menor do que 10 g/L entre a concentração de ionsde titânio na solução de processo fornecida para a etapa deprecipitação de sulfato de titanila (c) e a solução deprocesso contendo sulfato de titanila precipitado,suspenso, descarregado da etapa (c) .

16. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato deincluir o controle da etapa de precipitação de sulfato detitanila (c) de modo que o carregamento de sólido nasolução de processo contendo sulfato de titanilaprecipitado, suspenso, descarregado da etapa (c) seja menordo que 10% de sólidos em peso.

17. Processo, de acordo com a reivindicação 16,caracterizado pelo fato de incluir o controle da etapa deprecipitação de sulfato de titanila (c) , de modo que ocarregamento de sólidos na solução de processo contendosulfato de titanila precipitado, suspenso, descarregado daetapa (c) seja menor do que 3-4% de sólidos em peso.