CS197246B2 - Method of treatment of aqueous suspensions of titanium dioxide hydrate - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu úpravy suspenzí hydrátu kysličníku titaničitého. Je známo, že se kysličník titaničitý vyrábí z ilmenitových rud nebo z titanových strusek rozkladem kyselinou sírovou. Hydrolýzou vzniklého titanylsulfátu se tvoří hydrát kysličníku titaničitého, který se po oddělení od matečného louhu (tzv. zředěné kyseliny) kalcinuje a semílá. Hydrát kysličníku titaničitého v té formě, jak vzniká při hydrolýze, je velmi jemný, a kromě toho obsahuje ještě cizí látky v takových množstvích, že se nedá použít pro postup kalcinování bez dodatečných postupů čištění. Vysrážený hydrát kysličníku titaničitého se v důsledku stllačitelnosti a velmi jemné formy značně obtížně filtruje. К odstranění nečistot z odfiltrovaného hydrátu kysličníku titaničitého se obvykle pevný podíl z filtru rozmíchá do vody, popřípadě za přítomnosti speciálních přísad, a pevný podíl se znovu odfiltruje. Tento postup promývání a filtrování se dá několikrát opakovat (viz J. Barksdale, Titanium, druhé vyd., str. 317).

Hydrát kysličníku titaničitého, vznikající hydrolýzou roztoku titanylsulfátu, obsahujícího kyselinu sírovou, a ponejvíce obsahujícího ještě železo a jiné nečistoty, se obvykle dělí od zředěné kyseliny na tak zvaných Mooreových filtrech. Ty se hodí zvláště pro pomalé filtrace za práce ve vakuu. Umožňují navíc promytí pevného podílu na filtru. Bližší popis známých Mooreových filtrů lze nalézt například v knize D. B. Purchas, Industrial Filtration of Liquids, druhé vydání, Leonard Hill Books, str. 278 až 9.

Dále se popisuje s odkazem na schéma zobrazené na připojeném výkrese obvykle prováděný postup.

Ve stupni 1 se provádí hydrolýza roztoku titanylsulfátu, obsahujícího kyselinu sírovou a železo, za teplot od 80 až do 120 stupňů Celsia. Vzniklý hydrát kysličníku titaničitého se v prvém filtračním stupni 2 odděluje na Mooreově filtru od zředěné kyseliny, dále lze promýt v zařízení 3 pevný podíl z filtru vodou. Podíl na filtru obsahuje, vychází-li se z ilmenitu, váhově asi 40 % železa, přepočteno jako kysličník železitý na kysličník titaničitý jako pevnou látku, pokud se vychází ze strusky, váhově asi 25 % železa. Promytím je možno snížit obsah železa na váhových asi 0,1 %. Dělení zředěné kyseliny od vody z promývání se provádí snadno sledováním množství kapaliny filtrátu, popřípadě vody z promývání. Po filtraci a případném promytí se podíl z filtru ručně oddělí od filtru, rozmíchá se do vody, dále se bělí v zařízení 4, např, přidáním hliníku, kyseliny sírové za teploty 80 °C vedením 5. Vybělená suspenze se znovu filtruje na Mooreově filtru 6, a obvykle se tak dlouho promývá vodou z vedení 7, až obsah železa v podílu na filtru klesne pod 40 ppm kysličníku železitého. A tento podíl z filtru se opět ručně oddělí a rozmíchá do vody. Přidáním různých chemikálií z potrubí 8, jako je například hydroxid sodný, hydroxid draselný, kyselina fosforečná, kysličník antimonitý se dá provést úprava v části 9, například ovlivnění, a to úmyslné, pigmentových vlastností v kalcinační peci. Potom se upravená suspenze hydrátu kysličníku titaničitého zahustí za použití rotačního filtru 10 na obsah pevných látek asi 38 % [váhově, přepočteno na kysličník titaničitý, a v kalcinační peci 11 se provede žíhání za teplot mezi 600 až 1200 °C za vzniku konečného slínku kysličníku titaničitého v anatasové nebo rutilové formě.

Z francouzského patentového spisu č. 1 422 120 je známo, že se hydrát kysličníku titaničitého po hydrolýze odděluje za použití Mooreova a rotačního filtru, dále se podíl na filtru zpracovává různými promývacími kapalinami a tím se odstraní nečistoty. Obsah železa se může přitom snížit přidáním promývací kapaliny, obsahující ionty trojmocného titanu, na hodnotu 40 ppm a níže. Posléze se podíl z filtru po vhodné úpravě pro kalcinování přímo vnáší do kalcinační pece.

Nevýhody tohoto postupu spočívají zvláště v tom, že jak postup filtrace, tak i různé způsoby promývání jsou časově náročné, a dále, že lze dosáhnout vzniku hydrátu kysličníku titaničitého před žíháním s obsahem pevných látek pouze 35 až 40 váhových % kysličníku titaničitého, a tedy v následujícím stupni žíhání jsou potřebná velká množství energie k odpaření přebytečné vody.

Předmětem tohoto vynálezu je způsob úpravy vodných suspenzí hydrátu kysličníku titaničitého v ' jednom nebo více stupních filtrace a promývání, popřípadě za provedení bělení s další úpravou pigmentových vlastností a kalcinováním částečně odvodněného hydrátu kysličníku titaničitého, jehož podstata spočívá v tom, že se suspenze hydrátu kysličníku titaničitého filtruje za tlaků 1 až 16 barů za vzniku homogenního podílu na filtru, prakticky bez trhlin a o tloušťce vrstvy 10 až 35 mm.

Při postupu podle tohoto vynálezu, kdy se na rozdíl od známých postupů neprovádí filtrace ve vakuu, ale za použití tlaku, je s překvapením možno filtrovat hydrát kysličníku titaničitého na vzdory jemné povaze a stlačitelnosti rychleji, než jak to bylo možno dosud. Dále je možno obsah pevných podílů kysličníku titaničitého zvýšit bez dalšího na hodnoty váhově 45 až 55 %.

Pro provádění postupu podle tohoto vynálezu se zvláště hodí membránový filtr, jak je např. vyobrazen v publikaci D. B. Purchas, I-ndustrial Filtration of Liquids, druhé vydání, Leonard Hill Books, str. 225 a popsán na str. 223 a 227. Filtrační zařízení uvedeného typu obsahuje vodorovně uspořádané filtrační komory, pomocí kterých lze dosáhnout libovolnou výši podílu na filtru 10 až 35 mm, přičemž se filtrace · provádí za tlaku 0,1 až 1,6 MPa, s výhodou 0,3 až 0,6 MPa.

Podle jednoho· způsobu provedení postupu podle tohoto vynálezu se filtrace kombinuje s jedním nebo více stupni promývání, přičemž se zpracovává pevný podíl přímo na filtru. Promývání podílu na filtru se dá provést za tlaků 0,1 až 1,6 MPa, s výhodou 0,4 až 1 MPa. Při postupu podle schématu zobrazeného na připojeném výkrese lze provést filtrační stupně, které se provádějí za použití Mooreova, popřípadě rotačního · filtru, i za použití membránového filtru. Při výhodném provedení postupu podle tohoto vynálezu se mohou spojit do jednoho stupně dva po sobě následující nebo i všechny filtrační stupně, které jsou nutné při postupu podle připojeného schématu. Promývání šlemu hydrátu kysličníku titaničitého po hydrolýze, který se získá v homogenní formě a prakticky bez trhlin, · se dá provádět tak, že se promývací kapaliny vedou podílem na filtru, popřípadě přes filtr rychlostí proudění 0,1 až 1 m za hodinu, s výhodou 0,3 až 0,7 m za hodinu. K promývací vodě lze · přidávat známým způsobem trojmocný titan, přičemž koncentrace v promývací vodě činí asi 0,8 až 4 g Ti³⁺ na litr.

Se zřetelem na nepatrnou zbývající vlhkost, sp kterou se získává hydrát kysličníku titaničitého podle tohoto vynálezu po filtraci a promytí podle postupu podle tohoto vynálezu, lze dosáhnout při následujícím zahřívání na vysokou teplotu úsporu energie z 25 až 30 °/o, nebo rychlejší průchod materiálu. Obsah železa lze bez dalších opatření nastavit na hodnoty pod 25 ppm. Na filtru se dá provést bez jakýchkoli obttží postup, který je ve schématu naznačen pod 9 jako úprava. Přitom se pevný podíl na filtru přidáním chemikálií, které jsou jinak známé pro provádění takové úpravy, preparuje pro následný stupeň kalcinování.

Dále se postup podle tohoto vynálezu vysvětluje formou připojených příkladů:

Příklad 1

Za použití schématu podle obr. 1 se nahradí rotační filtr 10 membránovým filtrem. Filtrační cyklus vypadá takto:

filtrace za tlaku 0,4 MPa vylisování za tlaku 1,6 MPa vysušení za tlaku 0,4 MPa celkový mrtvý čas zařízení trvání minuty minuty minuta

3,5 minut

9,5 minut

Filtrační výkon pro anatas činí 120 až 130 kg/m² za hodinu při filtrační ploše

2,5 m2 (na podkladu kysličníku titaničitého), pro. rutil je výkon asi o 20 nižší. Obsah pevných látek činí pro· anatas asi váhově 50 °/o, pro rutil váhově 48,5 °/o. Optimální tloušťka pevného podílu na filtru činí 15 až 25 mm.

Příklad 2

Při postupu podle schématu se Mooreův filtr 6 a rotační filtr 10 nahradí membránovým filtrem.

Filtrační cyklus trvání filtrace při 0,4 až 0,45 MPa promývání při 0,6 až 0,8 MPa rychlost proudění m/h: 0,38 vylisování za tlaku 1,6 MPa vysušení za tlaku 0,4 až 0,45 MPa celkový mrtvý čas zařízení

2,5 minut

10,0 minut minuty

0,5 minut

3,5 minut

19,5 minut

Mezi filtrací a promýváním se neprovádí lisování. Filtrační výkon pro anatas činí 44,2 kg/m·² za hodinu, pro rutil je asi o 20 % nižší. Optimální tloušťka podílu na filtru ρΰ filtraci činí 15 až 25 mm. Obsah železa v podílu na filtru činí 20 ppm; obsah pevných látek jako v příkladu 1.

Příklad 3

Po hydrolýze se provádí filtrace v jednom stupni na membránovém filtru. Obsah železa ve výchozí suspenzi činil váhově 22 proč., vyjádřeno jako kysličník železitý v přepočtu na kysličník titaničitý. Filtrační cyklus se jeví takto:

trvání filtrace za tlaku 0,6 MPa10 promývání I (vodou) za tlaku

0,6 MPa; rychlost proudění m/h = 0,5610 mezivylisování za tlaku 0,6 MPa 4 promývání II (vodou + Ti³⁺) za tlaku 0,6 MPa rychlost proudění · m/h: 0,2546 lisování za tlaku 1,6 MPa3 vysušení za tlaku 0,4 MPa1 celkový mrtvý čas zařízení:3,' minut minut minuty minut minuty minuta minut

77,5 minut

Filtrační výkon pro rutil činí 8 kg/cm² za filtrační plochy 2,5 m²; pro anatas činí 10 · až 15 kg/m2.

Ve druhém stupni promývání (promývání II) se nastaví v promývací kapalině koncentrace 1,6 g Ti³+/1. Celkové přidosované množství Ti³⁺ množství činí 40 g. Obsah železa v podílu, na filtru po vysušení činí 25 ppm, obsah pevných látek 50 %. Optimální tloušťka filtračního· pevného podílu činí 15 až 25 mm.

Claims (3)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Způsob úpravy vodných suspenzí hydrátu kysličníku titaničitého v alespoň jednom filtračním a promývacím stupni, popřípadě za provádění bělení s tím, že se nastaví pigmentové vlastnosti · a kalcinuje se částečně odvodněný hydrát kysličníku titaničitého, vyznačující se tím, že se suspenze hydrátu kysličníku titaničitého filtruje za tlaku 0,1 až 1,6 MPa k získání homogenního podílu na filtru, který je bez trhlin a má tloušťku vrstvy 10 až 35 mm.
2. 2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že sej' na pevný podíl na filtru působí promývací kapalinou za tlaku 0,1 až 1,6 MPa a při· rychlosti proudění 0,1 až 1 m/h.
3. 3. Způsob podle bodu 1 a 2 vyznačený tím, že se ve filtračním podílu na filtru udržuje podíl pevných látek alespoň 45 % hmotnostních.