CA1328421C - Cellule d'electrolyse et procede pour la reduction d'une solution comprenant du titane et du fer - Google Patents
Cellule d'electrolyse et procede pour la reduction d'une solution comprenant du titane et du ferInfo
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Abstract
L'invention a pour objet une cellule d'électrolyse et un procédé utilisant cette cellule pour la réduction d'une solution comprenant des ions titane et fer, et en particulier d'une solution issue de l'attaque sulfurique de l'ilménite. La cellule qui comporte un compartiment anodique, un compartiment cathodique et une membrane échangeuse d'ions séparant les deux compartiments, est caractérisée en ce que sa membrane est de type cationique. Cette cellule permêt avantageusement de travailler avec une densité de courant et un rendement élevés.
Description
~ 1328421 ~
CELLULE D'~LECTROLYSE ET PROCÉDÉ POUR LA RÉDUCTION D'UNE
SOLUTION COMPRENANT DU TITANE ET DU FER
La présente invention concerne une cellule d'élec-trolyse et un procédé pour la réduction d'une solution comprenant du titane et du fer et en particulier d'une solution issue d'une attaque sulfurique de l'ilménite.
on sait que la production du dioxyde de titane comporte une attaque par une solution d'acide sulfuri~ue d'un minerai titanifère du type ilménite, anatase ou rutile.
On obtient après cette attaque une solution qui contient du sulfate de titanyle et des sulfates de fer ferrique et ferreux notamment.
Or, cette solution doit être réduite pour trans-former les ions ferriques en ions ferreux, la présence des ions ferriques devant être évitée lors de l'étape ultérieure d'hydrolyse du sulfate de titanyle.
on connaît plusieurs méthodes pour cette réduction du fer ferrique. Industriellement elle est réalisée par des ferrailles "iron scrap".
Cette méthode présente différents inconvénients.
En particulier, elle est discontinue. D'autre part, elle nécessite une séparation ultérieure de grandes quantités de fer donnant notamment des déchets de sulfate ferreux.
Des réductions électrochimiques ont été proposées.
Une de ces méthodes est notamment décrite dans le brevet fran~ais n 2.363.642.
Toutefois, les différents types d'électrolyseurs étudiés jusqu'à présent ne permettent pas d'obtenir de bons rendements énergétiques à densités de courant fortes c'est-à-dire d'au moins 10 A/dm2.
L'objet principal de l'invention est donc une cellule d'électrolyse permettant de travailler avec une densité de courant et un rendement élevés.
~,.~, ~r ~, ~ 132842~
Un second objet de l'invention est un procédé
utilisable avec une telle cellule.
Selon l'invention, la cellule d'électrolyse pour la réduction d'une solution comprenant des ions titane et fer est du type comportant un compartiment anodique, un compartiment cathodique et une membrane échangeuse d'ions séparant les deux compartiments et elle est caractérisée en ce que la membrane est une membrane cationique.
Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'on fait circuler ladite solution dans le compartiment cathodique de la cellule décrite ci-dessus.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre et du dessin annexé dans lequel la figure unique est une représentation schématique d'une mise en oeuvre de cellules selon l'invention.
La cellule de l'invention va être décrite maintenant plus précisément.
Cette cellule comporte deux compartiments un anodique, un cathodique séparés par une membrane échangeuse d'ions.
Selon la caractéristique principale de l'inven-tion, cette membrane est du type cationique notamment avec I groupes acides forts du type par exemple sulfonique. Comme ¦ 25 membrane de cette espèce on peut citer par exemple celles vendues sous les marques de commerce NAFION et SELEMION.
L'utilisation d'une membrane cationique entraîne , un certain nombre d'avantages liés aux qualités mêmes de ce ¦ type de membrane. En effet leur solidité supérieure à
¦ 30 celles des anioniques rend la cellule moins fragile. Il est i aussi possible d'opérer avec des intensités de courant plus élev~es.
En ce qui concerne les électrodes, la cathode peut être à base de différents matériaux.
.
~' t~
1328~21 Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, on utilise une cathode à base de cuivre, ce type de cathode offrant les plus hauts rendements faradiques grâce à l'excellent transfert de masse obtenu sur ce matériau.
Toutefois, il est aussi possible d'employer une cathode à base d'au moins un matériau choisi dans le groupe comprenant le plomb, le titane, les aciers spéciaux.
Dans ce dernier cas, plus particulièrement on peut utiliser soit des cathodes en plomb ou en titane seul, soit en plomb sur un substrat convenable par exemple plomb sur titane ou plomb sur cuivre soit encore en titane revêtu d'au moins un métal précieux.
Comme métaux précieux, on peut citer le platine, l'iridium, le palladium et utiliser par exemple une cathode en titane palladié à 0,2%.
Comme aciers spéciaux on peut mentionner ceux de marques de commerce URANUS B 6 et INCOLOY ~25 c'est-à-dire les aciers comprenant du chrome, du nickel et du molybdène, la teneur en molybdène ne devant toutefois généralement pas dépasser 15% environ.
En ce qui concerne l'anode, la nature de celle-ci n'est pas critique dans la mesure où elle présente une tenue chimique suffisante lors de l'oxydation de l'eau en milieu acide. En général, on utilise le titane revêtu de métaux précieux ou d'oxydes de métaux précieux tels ~ue définis ci-dessus.
Les électrodes peuvent se présenter sous diffé-rentes formes par exemple plane, trouée, déployée.
La membrane peut être disposée en appui sur l'anode. Des promoteurs de turbulence peuvent être disposés dans les compartiments de la cellule.
On va maintenant décrire plus en détail le procédé
pour la mise en oeuvre de la cellule d'électrolyse.
, .~. .- ~ , .
~ 132842~
Ce procédé consiste essentiellement à faire circuler dans le compartiment cathodique de la cellule qui vient d'être décrite la solution à traiter.
Cette solution comprend des ions titane et fer.
Le titane est essentiellement présent sous forme de titane IV, le rapport FeII/FeIII pouvant être variable.
cette solution peut contenir aussi des ions H et des anions du type sulfate.
On rappelle que le procédé de préparation du dioxyde de titane comporte essentie]lement les étapes suivantes.
La première étape consiste en une attaque du minerai titanifère par une solution d'acide sulfurique. La solution d'attaque ainsi obtenue est réduite dans une 1~ deuxième étape puis clarifiée dans une troisième, les étapes
CELLULE D'~LECTROLYSE ET PROCÉDÉ POUR LA RÉDUCTION D'UNE
SOLUTION COMPRENANT DU TITANE ET DU FER
La présente invention concerne une cellule d'élec-trolyse et un procédé pour la réduction d'une solution comprenant du titane et du fer et en particulier d'une solution issue d'une attaque sulfurique de l'ilménite.
on sait que la production du dioxyde de titane comporte une attaque par une solution d'acide sulfuri~ue d'un minerai titanifère du type ilménite, anatase ou rutile.
On obtient après cette attaque une solution qui contient du sulfate de titanyle et des sulfates de fer ferrique et ferreux notamment.
Or, cette solution doit être réduite pour trans-former les ions ferriques en ions ferreux, la présence des ions ferriques devant être évitée lors de l'étape ultérieure d'hydrolyse du sulfate de titanyle.
on connaît plusieurs méthodes pour cette réduction du fer ferrique. Industriellement elle est réalisée par des ferrailles "iron scrap".
Cette méthode présente différents inconvénients.
En particulier, elle est discontinue. D'autre part, elle nécessite une séparation ultérieure de grandes quantités de fer donnant notamment des déchets de sulfate ferreux.
Des réductions électrochimiques ont été proposées.
Une de ces méthodes est notamment décrite dans le brevet fran~ais n 2.363.642.
Toutefois, les différents types d'électrolyseurs étudiés jusqu'à présent ne permettent pas d'obtenir de bons rendements énergétiques à densités de courant fortes c'est-à-dire d'au moins 10 A/dm2.
L'objet principal de l'invention est donc une cellule d'électrolyse permettant de travailler avec une densité de courant et un rendement élevés.
~,.~, ~r ~, ~ 132842~
Un second objet de l'invention est un procédé
utilisable avec une telle cellule.
Selon l'invention, la cellule d'électrolyse pour la réduction d'une solution comprenant des ions titane et fer est du type comportant un compartiment anodique, un compartiment cathodique et une membrane échangeuse d'ions séparant les deux compartiments et elle est caractérisée en ce que la membrane est une membrane cationique.
Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'on fait circuler ladite solution dans le compartiment cathodique de la cellule décrite ci-dessus.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre et du dessin annexé dans lequel la figure unique est une représentation schématique d'une mise en oeuvre de cellules selon l'invention.
La cellule de l'invention va être décrite maintenant plus précisément.
Cette cellule comporte deux compartiments un anodique, un cathodique séparés par une membrane échangeuse d'ions.
Selon la caractéristique principale de l'inven-tion, cette membrane est du type cationique notamment avec I groupes acides forts du type par exemple sulfonique. Comme ¦ 25 membrane de cette espèce on peut citer par exemple celles vendues sous les marques de commerce NAFION et SELEMION.
L'utilisation d'une membrane cationique entraîne , un certain nombre d'avantages liés aux qualités mêmes de ce ¦ type de membrane. En effet leur solidité supérieure à
¦ 30 celles des anioniques rend la cellule moins fragile. Il est i aussi possible d'opérer avec des intensités de courant plus élev~es.
En ce qui concerne les électrodes, la cathode peut être à base de différents matériaux.
.
~' t~
1328~21 Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, on utilise une cathode à base de cuivre, ce type de cathode offrant les plus hauts rendements faradiques grâce à l'excellent transfert de masse obtenu sur ce matériau.
Toutefois, il est aussi possible d'employer une cathode à base d'au moins un matériau choisi dans le groupe comprenant le plomb, le titane, les aciers spéciaux.
Dans ce dernier cas, plus particulièrement on peut utiliser soit des cathodes en plomb ou en titane seul, soit en plomb sur un substrat convenable par exemple plomb sur titane ou plomb sur cuivre soit encore en titane revêtu d'au moins un métal précieux.
Comme métaux précieux, on peut citer le platine, l'iridium, le palladium et utiliser par exemple une cathode en titane palladié à 0,2%.
Comme aciers spéciaux on peut mentionner ceux de marques de commerce URANUS B 6 et INCOLOY ~25 c'est-à-dire les aciers comprenant du chrome, du nickel et du molybdène, la teneur en molybdène ne devant toutefois généralement pas dépasser 15% environ.
En ce qui concerne l'anode, la nature de celle-ci n'est pas critique dans la mesure où elle présente une tenue chimique suffisante lors de l'oxydation de l'eau en milieu acide. En général, on utilise le titane revêtu de métaux précieux ou d'oxydes de métaux précieux tels ~ue définis ci-dessus.
Les électrodes peuvent se présenter sous diffé-rentes formes par exemple plane, trouée, déployée.
La membrane peut être disposée en appui sur l'anode. Des promoteurs de turbulence peuvent être disposés dans les compartiments de la cellule.
On va maintenant décrire plus en détail le procédé
pour la mise en oeuvre de la cellule d'électrolyse.
, .~. .- ~ , .
~ 132842~
Ce procédé consiste essentiellement à faire circuler dans le compartiment cathodique de la cellule qui vient d'être décrite la solution à traiter.
Cette solution comprend des ions titane et fer.
Le titane est essentiellement présent sous forme de titane IV, le rapport FeII/FeIII pouvant être variable.
cette solution peut contenir aussi des ions H et des anions du type sulfate.
On rappelle que le procédé de préparation du dioxyde de titane comporte essentie]lement les étapes suivantes.
La première étape consiste en une attaque du minerai titanifère par une solution d'acide sulfurique. La solution d'attaque ainsi obtenue est réduite dans une 1~ deuxième étape puis clarifiée dans une troisième, les étapes
2 et 3 pouvant être inversée. Une quatrième étape consiste à cristalliser puis à séparer une partie du sulfate ferreux en solution. La solution ainsi obtenue subit une concentration dans une cinquième étape puis, dans une dernière et sixième étape on procède à l'hydrolyse du sulfate de titanyle et la séparation de l'hydroxyde de titane qui sera ensuite calciné.
La cellule et le procédé de l'invention s'appli-quent tout particulièrement à la réduction de la solution provenant de la première étape précitée c'est-à-dire de l'attaque sulfurique du minerai titanifère du type ilménite notamment.
Dans un tel cas bien entendu l'étape de réduction du procédé (deuxième étape) est effectuée entièrement par voie électrolytique.
Toutefois, il est aussi possible d'effectuer la réduction en un point quelconque du procédé de préparation du Tio2 entre l'attaque et l'hydrolyse et en particulier immédiatement avant l'hydrolyse.
.~
-1~"` '` ~ ~' Dans le compartiment anodique on pourra faire circuler soit de l'eau acidifiée par exemple une solution 0~5 N d H2SO4H soit une solution de sel ferreux.
Bien entendu la solution circulant dans le compar-timent cathodi~ue peut y être recyclée à la sortie de celui-ci.
Il est aussi possible de faire circuler la solution dans les compartiments cathodiques de deux cellules montées en parallèle. Une telle installation permet lo d'assurer une marche constante de l'unité de production même en cas de défaillance d'une des cellules.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, on sépare la solution à traiter en une première et une deuxième partie, on traite la seconde partie par passage dans le compartiment cathodique de la cellule précitée, on stocke la solution ainsi traitée dans une réserve et on réunit la solution issue de cette réserve à la première partie précitée.
La figure illustre ce mode de réalisation.
La solution à traiter arrive en 1, une première partie principale 2 continue dans le procédé tandis qu'une deuxième partie 3 va subir le traitement électrolytique.
Le flux 3 est divisé en deux parties 4 et 5 et alimente les compartiments cathodiques des deux cellules 6 et 7 selon l'invention montées en parallèle. Les deux ~ parties de ce même fiux sont réunies à la sortie en 8 et j debouchent dans une réserve 9.
Par une conduite 10 on rejoint le flux 2.
Des conduites 12 et 11 permettent de recycler au moins une partie de la solution issue de la réserve 9 dans le ou les compartiments cathodiques d'au moins une des cellules 6 et 7.
Un tel système avec réserve et deux cellules permet d'avoir une stabilité plus grande de fonctionnement ' .
-~:`,. : ' ' : .
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' " . ' ` ' . ' '~ ' ' ' , ~ ' ' .,~"' ; ' ~ .
'; ` . ' ' ' ~ 1328421 des cellules même en cas d'instabilité du rapport Fe II/FeIII du flux principal. On peut aussi grâce à ce système ne traiter qu'une partie du flux principal dans la mesure ou l'on a conduit assez loin la réduction du titane par exemple de l'ordre de 100 g/l.
Des exemples concrets vont maintenant être donnés.
On utilise une cellule d'électrolyse ayant les caractéristiques et dans les conditions données ci-dessous:
- membrane cationique: NAFION 423.
- anode: titane déployé revêtu de platine-iridium.
- cathode: cuivre déployé.
- densité de courant: 30 A/dm2.
Par ailleurs, on y fait circuler les milieux ci-dessous:
- anolyte H2SO4 o,5 N
- catholyte à l'entrée: Ti4 120 g/l, Fe2 45 g/l, Fe3+ 3 g/l, H2SO4 270 g/l.
Pour une vitesse de circulation du catholyte de 10 cm/s et de l'anolyte de 0,5 cm/s avec une température de la cellule de 65C, on obtient à la sortie du compartiment cathodique un catholyte de composition suivante:
Ti4+ 104 g/l, Fe2+ 48 g/l, Ti3 16 g/l.
Le rendement faradique cathodique est de 99%.
Les conditions de fonctionnement sont les suivantes:
On utilise une cellule d'électrolyse ayant les caractéristiques et dans les conditions ci-dessous:
- membrane cationique: NAFION 423.
~ 1328421 - anode: titane déployé revêtu de platine iridium, - cathode: titane palladié troué, - densité de courant: 20 A/dm2.
Par ailleurs, on y fait circuler les milieux ci-S dessous:
- anolyte H2SO4 0,5 N
- catholyte à l'entrée Ti4 120 g/l, Fe2+ 47 g/1, Fe3 4 g/l, H2SO4 270 g/l.
Pour une vitesse de circulation de l'anolyte de 0,5 cm/s et du catholyte de 10 cm/s à une température de la cellule de 65C, on obtient à la sortie du compartiment cathodique un catholyte de composition:
Ti4+ 113 g/l, Fe2+ 51 g/l, Ti3+ 7 g/l avec un rendement faradique cathodique de 99%.
On utilise dans cet exemple différents types de cathodes selon les essais 1, 2 et 3.
Les conditions de fonctionnement de la cellule sont les suivantes:
- catholyte entrée Ti4+ 120 g/l Fe2 46 g/l Fe 3+ 3 g/l, H2SO4 270 g/l.
- vitesse de circulation du catholyte : 30 cm/s.
- température de la cellule: 65C, - membrane cationique: NAFION 423.
- densité de courant: 30 A/dm2.
- anolyte H2SO4 0,5 N pour essais 1 et 2, solu-tion d'un sel ferreux: Fe2 40 g/l pour essai
La cellule et le procédé de l'invention s'appli-quent tout particulièrement à la réduction de la solution provenant de la première étape précitée c'est-à-dire de l'attaque sulfurique du minerai titanifère du type ilménite notamment.
Dans un tel cas bien entendu l'étape de réduction du procédé (deuxième étape) est effectuée entièrement par voie électrolytique.
Toutefois, il est aussi possible d'effectuer la réduction en un point quelconque du procédé de préparation du Tio2 entre l'attaque et l'hydrolyse et en particulier immédiatement avant l'hydrolyse.
.~
-1~"` '` ~ ~' Dans le compartiment anodique on pourra faire circuler soit de l'eau acidifiée par exemple une solution 0~5 N d H2SO4H soit une solution de sel ferreux.
Bien entendu la solution circulant dans le compar-timent cathodi~ue peut y être recyclée à la sortie de celui-ci.
Il est aussi possible de faire circuler la solution dans les compartiments cathodiques de deux cellules montées en parallèle. Une telle installation permet lo d'assurer une marche constante de l'unité de production même en cas de défaillance d'une des cellules.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, on sépare la solution à traiter en une première et une deuxième partie, on traite la seconde partie par passage dans le compartiment cathodique de la cellule précitée, on stocke la solution ainsi traitée dans une réserve et on réunit la solution issue de cette réserve à la première partie précitée.
La figure illustre ce mode de réalisation.
La solution à traiter arrive en 1, une première partie principale 2 continue dans le procédé tandis qu'une deuxième partie 3 va subir le traitement électrolytique.
Le flux 3 est divisé en deux parties 4 et 5 et alimente les compartiments cathodiques des deux cellules 6 et 7 selon l'invention montées en parallèle. Les deux ~ parties de ce même fiux sont réunies à la sortie en 8 et j debouchent dans une réserve 9.
Par une conduite 10 on rejoint le flux 2.
Des conduites 12 et 11 permettent de recycler au moins une partie de la solution issue de la réserve 9 dans le ou les compartiments cathodiques d'au moins une des cellules 6 et 7.
Un tel système avec réserve et deux cellules permet d'avoir une stabilité plus grande de fonctionnement ' .
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Des exemples concrets vont maintenant être donnés.
On utilise une cellule d'électrolyse ayant les caractéristiques et dans les conditions données ci-dessous:
- membrane cationique: NAFION 423.
- anode: titane déployé revêtu de platine-iridium.
- cathode: cuivre déployé.
- densité de courant: 30 A/dm2.
Par ailleurs, on y fait circuler les milieux ci-dessous:
- anolyte H2SO4 o,5 N
- catholyte à l'entrée: Ti4 120 g/l, Fe2 45 g/l, Fe3+ 3 g/l, H2SO4 270 g/l.
Pour une vitesse de circulation du catholyte de 10 cm/s et de l'anolyte de 0,5 cm/s avec une température de la cellule de 65C, on obtient à la sortie du compartiment cathodique un catholyte de composition suivante:
Ti4+ 104 g/l, Fe2+ 48 g/l, Ti3 16 g/l.
Le rendement faradique cathodique est de 99%.
Les conditions de fonctionnement sont les suivantes:
On utilise une cellule d'électrolyse ayant les caractéristiques et dans les conditions ci-dessous:
- membrane cationique: NAFION 423.
~ 1328421 - anode: titane déployé revêtu de platine iridium, - cathode: titane palladié troué, - densité de courant: 20 A/dm2.
Par ailleurs, on y fait circuler les milieux ci-S dessous:
- anolyte H2SO4 0,5 N
- catholyte à l'entrée Ti4 120 g/l, Fe2+ 47 g/1, Fe3 4 g/l, H2SO4 270 g/l.
Pour une vitesse de circulation de l'anolyte de 0,5 cm/s et du catholyte de 10 cm/s à une température de la cellule de 65C, on obtient à la sortie du compartiment cathodique un catholyte de composition:
Ti4+ 113 g/l, Fe2+ 51 g/l, Ti3+ 7 g/l avec un rendement faradique cathodique de 99%.
On utilise dans cet exemple différents types de cathodes selon les essais 1, 2 et 3.
Les conditions de fonctionnement de la cellule sont les suivantes:
- catholyte entrée Ti4+ 120 g/l Fe2 46 g/l Fe 3+ 3 g/l, H2SO4 270 g/l.
- vitesse de circulation du catholyte : 30 cm/s.
- température de la cellule: 65C, - membrane cationique: NAFION 423.
- densité de courant: 30 A/dm2.
- anolyte H2SO4 0,5 N pour essais 1 et 2, solu-tion d'un sel ferreux: Fe2 40 g/l pour essai
3.
- anode: titane déployé revêtu de platine iridium pour les essais 1 et 2.
- graphite pour essai 3.
Les résultats sont donnés ci-dessous.
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' '' ~ '` : ~ ' ' ~ 1328~21 ESSAI CATHODE RENDEMENT FARADIQUE
CATHODIQUE (%) _ 1 graphite 73 2 titane perforé 84 _ 3 cuivre perforé
Cette exemple montre la possibilité d'obtenir avec la cellule de l'invention des solutions fortement -concentrées en Ti3+.
Les conditions de fonctionnement de la cellule sont les suivantes:
- anolyte: H2SO4 0,5 N-- catholyte entrée Ti4 120 g/l Fe2 45,7 g/l Fe3 3,4 g/l, H2SO4 270 g/l.
- vitesse de circulation du catholyte: 60 cm/s, - vitesse de circulation de l'anolyte: 0,5 cm/s, - température de la cellule: 65C, - membrane cationique: NAFION 423, - anode: titane déployée revêtu de platine-iridium, - cathode: cuivre perfor~, - densité de courant: 17 A/dm2.
on obtient à la sortie un catholyte de composition suivante:
Ti4 46,4 g/l Fe2 49,1 g/l Ti3+ 73,6 ~/L. ~ ~
Le rendement faradique cathodique est de 97,5%. ~ ;
~
: - :
~ 1328421 On utilise une cellule d'électrolyse ayant les caractéristiques et dans les conditions données ci-dessous:
S - membrane cationique: NAFION 423, - anode: titane déployé revêtu de platine-iridium, - cathode: plomb, - densité de courant: 20 A/dm2. ~ -Par ailleurs, on y fait circuler les milieux ci-dessous:
- anolyte H2SO4 0,5 N
- catholyte à l'entrée: Ti4+ 120 g/l, Fe2+ 45 g/l, Ti3 1 g/l, H2SO4 270 G/L.
Pour une vitesse de circulation du catholyte de 10 cm/s et de l'anolyte de 0,5 cm/s avec une température de la cellule de 65C, on obtient à la sortie du compartiment cathodique un catholyte de composition suivante:
Ti4 104 g/l, Fe2 48 g/l, Ti3 8 g/l.
Le rendement faradique cathodique est de 80%.
On utilise une cellule d'électrolyse ayant les caractéristiques et dans les conditions données ci-dessous:
- membrane cationique: NAFION 423, - anode: titane déployé revêtu de platine-iridium, - cathode: titane déployé + plomb, - densité de courant: 30 A/dm2.
Par ailleurs, on y fait circuler les milieux ci-dessous:
- anolyte H2SO4 0,5N
- catholyte à l'entrée: Ti4 120 g/l, Fe2 45 gJl, Ti3+ 1 g/l H2SO4 270 g/l.
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~ 1328421 Pour une vitesse de circulation du catholyte de 10 cm/s et de l'anolyte de 0,5 cm/s avec une température de la cellule de 65C, on obtient à la sortie du compartiment cathodique un catholyte de composition suivante: :
Ti4 120 g/l, Fe2 48 g/l, Ti3 9 g/l.
Le rendement faradique cathodique est de 9o~.
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- anode: titane déployé revêtu de platine iridium pour les essais 1 et 2.
- graphite pour essai 3.
Les résultats sont donnés ci-dessous.
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' '' ~ '` : ~ ' ' ~ 1328~21 ESSAI CATHODE RENDEMENT FARADIQUE
CATHODIQUE (%) _ 1 graphite 73 2 titane perforé 84 _ 3 cuivre perforé
Cette exemple montre la possibilité d'obtenir avec la cellule de l'invention des solutions fortement -concentrées en Ti3+.
Les conditions de fonctionnement de la cellule sont les suivantes:
- anolyte: H2SO4 0,5 N-- catholyte entrée Ti4 120 g/l Fe2 45,7 g/l Fe3 3,4 g/l, H2SO4 270 g/l.
- vitesse de circulation du catholyte: 60 cm/s, - vitesse de circulation de l'anolyte: 0,5 cm/s, - température de la cellule: 65C, - membrane cationique: NAFION 423, - anode: titane déployée revêtu de platine-iridium, - cathode: cuivre perfor~, - densité de courant: 17 A/dm2.
on obtient à la sortie un catholyte de composition suivante:
Ti4 46,4 g/l Fe2 49,1 g/l Ti3+ 73,6 ~/L. ~ ~
Le rendement faradique cathodique est de 97,5%. ~ ;
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~ 1328421 On utilise une cellule d'électrolyse ayant les caractéristiques et dans les conditions données ci-dessous:
S - membrane cationique: NAFION 423, - anode: titane déployé revêtu de platine-iridium, - cathode: plomb, - densité de courant: 20 A/dm2. ~ -Par ailleurs, on y fait circuler les milieux ci-dessous:
- anolyte H2SO4 0,5 N
- catholyte à l'entrée: Ti4+ 120 g/l, Fe2+ 45 g/l, Ti3 1 g/l, H2SO4 270 G/L.
Pour une vitesse de circulation du catholyte de 10 cm/s et de l'anolyte de 0,5 cm/s avec une température de la cellule de 65C, on obtient à la sortie du compartiment cathodique un catholyte de composition suivante:
Ti4 104 g/l, Fe2 48 g/l, Ti3 8 g/l.
Le rendement faradique cathodique est de 80%.
On utilise une cellule d'électrolyse ayant les caractéristiques et dans les conditions données ci-dessous:
- membrane cationique: NAFION 423, - anode: titane déployé revêtu de platine-iridium, - cathode: titane déployé + plomb, - densité de courant: 30 A/dm2.
Par ailleurs, on y fait circuler les milieux ci-dessous:
- anolyte H2SO4 0,5N
- catholyte à l'entrée: Ti4 120 g/l, Fe2 45 gJl, Ti3+ 1 g/l H2SO4 270 g/l.
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~ 1328421 Pour une vitesse de circulation du catholyte de 10 cm/s et de l'anolyte de 0,5 cm/s avec une température de la cellule de 65C, on obtient à la sortie du compartiment cathodique un catholyte de composition suivante: :
Ti4 120 g/l, Fe2 48 g/l, Ti3 9 g/l.
Le rendement faradique cathodique est de 9o~.
i
Claims (19)
1. Cellule d'électrolyse pour la réduction d'une solution comprenant des ions titane et fer, du type comportant un compartiment anodique, un compartiment cathodique et une membrane échangeuse d'ions séparant les deux compartiments, caractérisée en ce que la membrane est une membrane cationique.
2. Cellule selon la revendication 1, caractérisée en ce que le compartiment cathodique comprend une cathode à
base de cuivre.
base de cuivre.
3. Cellule selon la revendication 1, caractérisée en ce que le compartiment cathodique comprend une cathode à
base d'au moins un matériau choisi dans le groupe comprenant le plomb, le titane et les aciers spéciaux.
base d'au moins un matériau choisi dans le groupe comprenant le plomb, le titane et les aciers spéciaux.
4. Cellule selon la revendication 2, caractérisée en ce que la cathode est en plomb déposé sur un substrat.
5. Cellule selon la revendication 4, caractérisée en ce que le substrat de la cathode est en titane ou en cuivre.
6. Cellule selon la revendication 3, caractérisée en ce que la cathode est en titane revêtu d'au moins un métal précieux.
7. Cellule selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que la membrane cationique est du type utilisable avec des groupes acides forts.
8. Cellule selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que la membrane cationique est choisie parmi celles commercialisées sous les marques de commerce NAFION et SELEMION.
9. Procédé pour la réduction électrolytique d'une solution comprenant des ions titane et fer, caractérisé en ce qu'on fait circuler ladite solution dans le compartiment cathodique d'une cellule selon la revendication 1.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé
en ce que la solution à réduire provient de l'attaque sulfurique d'un minerai titanifère du type ilménite.
en ce que la solution à réduire provient de l'attaque sulfurique d'un minerai titanifère du type ilménite.
11. Procédé selon la revendication 9, caractérisé
en ce qu'on fait circuler dans le compartiment anodique de la cellule de l'eau acidifiée ou une solution de sels ferreux.
en ce qu'on fait circuler dans le compartiment anodique de la cellule de l'eau acidifiée ou une solution de sels ferreux.
12. Procédé selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce qu'on fait circuler dans le compartiment cathodique la solution à réduire immédiatement avant l'étape d'hydrolyse dans un procédé de préparation de dioxyde de titane.
13. Procédé selon la revendication 9, 10 ou 11, caractérisé en ce que la solution circulant dans le compartiment cathodique y est en partie recyclée à la sortie de celui-ci.
14. Procédé selon la revendication 9, 10 ou 11, caractérisé en ce qu'on fait circuler la solution dans les compartiments cathodiques de deux cellules montées en parallèle.
15. Procédé selon la revendication 9, caractérisé
en ce qu'on sépare la solution à réduire en une première et une deuxième partie, on traite la seconde partie par passage dans le compartiment cathodique de la cellule, on stocke la solution ainsi traitée dans une réserve et on réunit la solution issue de cette réserve à la première partie.
en ce qu'on sépare la solution à réduire en une première et une deuxième partie, on traite la seconde partie par passage dans le compartiment cathodique de la cellule, on stocke la solution ainsi traitée dans une réserve et on réunit la solution issue de cette réserve à la première partie.
16. Procédé selon la revendication 15, caracté-risé en ce qu'on recycle au moins une partie de la solution issue de la réserve dans le compartiment cathodique de la cellule.
17. procédé selon la revendication 15 ou 16, caractérisé en ce qu'on fait circuler la seconde partie dans les compartiments cathodiques de deux cellules montées en parallèle.
18. Procédé selon la revendication 15 ou 16, caractérisé en ce que la solution à réduire provient de l'attaque sulfurique d'un minerai titanifère du type ilménite.
19. Procédé selon la revendication 15 ou 16, caractérisé en ce qu'on fait circuler dans le compartiment anodique de la cellule de l'eau acidifiée ou une solution de sels ferreux.
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