DE1592406A1 - Verfahren zur Herstellung von Titandioxydpigmenten mit hohem Weissgrad - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Titandioxydpigmenten mit hohem WeissgradInfo
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Description
LE VERKU S E N · Bayeiweik
GB/Ui P.teat-AbtcUunf 21. Sept. 1967
Abschrift
Verfahren zur Herstellung von Titandioxidpigmenten mit hohem Weißgrad
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Titandioxidpigmenten mit hohem Y/eißgrad durch
Aufschluß titanhaltiger Materialien mit Schwefelsäure.
Seit einigen Jahren ist es möglich geworden, nach dem
sogenannten Chloridverfahren, bei dem (Ditantetrachlorid mit
sauerstoffhaltigen Gasen umgesetzt wird, zu Pigmenten sehr hoher Reinheit zu gelangen. Aus diesem Grunde besteht ein
Anlaß, auch das schon seit langem durchgeführte sogenannte nasse Verfahren, bei dem das Pigment durch Hydrolysetitansulfathaliiger
Lösungen erhalten wird, zu verbessern. Da das sogenannte nasse Verfahren außerdem durch eine Vielzahl
von einzelnen Verfahrensschritten belastet ist, liegt weiterhin ein erhebliches Interesse vor, dieses Verfahren
zu vereinfachen. Üblicherweise verläuft die technische Herstellung von Qlitandioxidpigmenten nach dem Sulfatverfahren
über folgende Stufen":
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Ausgehend von Ilmenit oder aus Ilmenit gewonnenen Konzentraten wird das Material zunächst mit Schwefelsäure aufgeschlossen,
das Aufschlußgut geklärt, das mit aufgeschlossene Eisensulfat auskristallisiert und abgetrennt, worauf die
erhaltene reine titanhaltige Lösung aufkonzentriert und
hydrolysiert wird. Das Hydrolysat wird nach der Filtration gewaschen und nach einer evtl. Vorbehandlung geglüht,
gemahlen und unter Umständen einer weiteren Nachbehandlung unterzogen, je nachdem, welchem Verwendungszweck das Pigment
zugeführt werden soll. Fach dem Schwefelsäureaufschluß und der Auflösung des Aufschlußkuchens liegt eine starke
Schwefelsäurelösung vor, die die Bestandteile des Ilmenlts bzw. des Konzentrats - neben dem Titan das gesamte Eisen
und weitere Nebenbestandteile der Ausgangsmaterialien enthält. Die Abtrennung des Titans aus dieser Lösung, frei
von den übrigen gelösten Bestandteilen, ist ein wesentliches Problem der Titandioxidherstellung und entscheidend für die
Eigenschaften, speziell den Weißgrad des Pigmentes. Es wurden daher eine Reihe von Abänderungen,des oben
beschriebenen Verfahrens beschrieben, die den Zweck verfolgen, das Titan in reiner Form abzuscheiden bzw. das
Verfahren vereinfachen sollen." ■
Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von Titandioxidpigmenten
mit hohem Weißgrad durch Schwefelsäurenaufschluß der titandioxidhaltigen Materialien, Abtrennung des aufgeschlossenen
Titans von den übrigen Bestandteilen, Ausfällung des Titandioxids und Aufarbeitung des Fällungsproduktes
zum fertigen Pigment gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man das titanhaltige Material bei Temperaturen
von 10O0C bis,zum Siedepunkt der Lösung mit
40 bis 70 #iger Schwefelsäure und einem Gewichtsverhältnis von TiO2 JZU H2SO. von 1 : VbIs 1 :20 aufschließt, an-
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schließend das gelöste Titan bei Temperaturen von etwa 60 bis 15O0G in Form von Titanylsulfatdihydrat ausfällt, wobei die
Säurekonzentration so eingestellt wird, daß sie nach Beendigung der Ausfällung 2-13 molar ist, die erhaltene
Fällung nach Abtrennung von der Lösung unter Einhaltung einer Ti02~Konzentration von 150 bis 400 g/1 wieder in
Lösung bringt, vom Ungelösten abtrennt und das TiO2-Pigment
aus der Lösung durch Hydrolyse und Aufarbeitung des Fällungsproduktes gewinnt.
Durch die Abscheidung des beim Aufschlußverfahren in Lösung λ
gegangenen Titans in Form von Titanylsulfatdihydrat (TiOSO.
2 H2O) gelingt es, das Titan in reiner Form von den
übrigen in Lösung gegangenen Bestandteilen abzutrennen, da das Titanylsulfatdihydrat kaum zur Mischkristallbildung
mit anderen Sulfaten neigt« Weiterhin gelingt es auch mit dieser Methode, das gesamte Verfahren zu vereinfachen,
da nach dem Aufschluß zunächst .das Titan ausgefällt wird und nach dem Abtrennen der Lösung und dem Auswaschen das
ausgefällte Titan in einfacher Weise von den ungelösten Bestandteilen des Ausgangsmaterials separiert werden kann.
Gegenüber dem bekannten Verfahren wird also zumindest eine Verfahrensstufe eingespart. Da die anschließende Hydrolyse
des wieder gelösten Titanylsulfatdihydrats praktisch -frei von störenden Ionen ist, entsteht ein'reines Endprodukt,
das keine Bestandteile enthält, die die Eigenfarbe des-Titandioxidpigmentes
beeinträchtigen. Wesentlich ist auch, daß die nadeiförmige Gestalt der Titanylsulfatdihydratkristalle
eine schnelle Filtration und Y/äsche ermöglicht und somit die Abtrennung von den in Lösung gegangenen
Nebenbestandteilen des titarihaltigen Ausgangsiaaterials
wesentlich erleichtert und beschleunigt wird.
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f"
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Bei der Ausfällung des Titanylsulfatdihydrats ist es von
Vorteil, Impfkristalle aus kristallinen TiOSO4 . 2 HpO
zuzufügen.
Im einzelnen wird das erfindungsgemäße Verfahren wie folgt durchgeführt:
Das titanhaltige Material, vorzugsweise Ilmenit - es
können jedoch auch andere Materialien, wie z.B. aus Ilmenit gewonnene Konzentrate sowie titanhaltige Schlacken verwendet
werden - wird bei Temperaturen von 1000C bis zum Siedepunkt der AufschIu£lösung mit Schwefelsäure behandelt.
Die Schwefelsäurekonzentration soll 40 - 70 fi, vorzugsweise
45 - 55 fit betragen bei einem Säure verhältnis (g ü?iOp :
g H2SO4) von etwa 1 : 1 bis 1 : 20, vorzugsweise von etwa
1 : 2 bis 1 : 10. iiach Beendigung des Aufschlusses wird
die Aufschlußlösung vorzugsweise ohne vorherige Abtrennung des Ungelösten auf eine Temperatur von 60 - 1500C,
vorzugsweise 100 - 1300C, eingestellt und soviel Säure
hinzugefügt, daß nach Beendigung der Ausfällung des Titanylsulfatdihydrats eine 2-13 molare, vorzugsweise
6-8 molare, Säurekonzentration vorliegt. In der Hegel erfolgt die Einstellung der Säurekonzentration durch Zugabe
von Schwefelsaure, wodurch dann nach Beendigung der Ausfällung des TiCSO4 . 2 HgO vorzugsweise eine 45 - 55
Schwefelsäurekonzentration vorliegt. Die Einstellung der Säurekonzentration kann jedoch auch durch Einleiten
von Chlorwasserstoff erfolgen. Wie bereits erwähnt, ist es zweckmäßig, die Ausfällung des Titanylsulfatdihydrats
durch Impfen der Aufschlußlösung mit kristallinem Material zu beschleunigen.
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Nach der Ausfällung des TiOSO. . 2 H2O wird die Lösung
vom Ungelösten bzw- von der Fällung durch Dekantation oder Filtration abgetrennt und der Filterrückstand mit verdünnter
Schwefelsäure einer Konzentration von 30 # bis 70 Jj
ausgewaschen. Das ausgewaschene Produkt wird dann durch Zugabe von Wasser bzw. verdünnter Schwefelsäure unter
Rühren in Lösung gebracht, wobei eine TiOp-Konzentration
von etwa 150 bis 400 g/l aufrechterhalten wird. Nach dem Abtrennen vom Ungelösten wird das TiOp in üblicher Weise
durch Hydrolyse ausgefällt. Dabei wird die titanylsulfathaltige Lösung nach Versetzen mit Ti(III)-Lösung in noch
heißem Zustand in heißes Wasser mit einer Temperatur von 500C bis 1000C gegeben, anschließend zum Sieden gebracht
und im weiteren Verlauf unter weiterem Sieden mit Wasser verdünnt, um die Hydrolyse zu vervollständigen. Nach beendeter
Hydrolyse wird das Hydrolysat abgetrennt und wie üblich aufgearbeitet. Dabei können dem Hydrolysat in \
bekannter Weise modifizierende Mittel, wie z.B. Rutilkeime, Schwermetalloxide, wie z.B. Zinkoxide sowie Phosphate
oder Silicate zugesetzt werden.
Nach dem Calcinieren wird das erhaltene Produkt gemahlen und evtl. einer weiteren Nachbehandlung zugeführt, bei der ;
die Eigenschaften des Pigmentes durch Umhüllen der j Pigmentteilchen mit anorganischen und/oder organischen ;
Stoffen verbessert werden. Die Behandlung des Hydrolysate wie auch die Nachbehandlung des calcinierten Hydrolysate
richtet sich nach der speziellen Verwendung des TiOp-*" Pigmentes. Derartige Verfahren werden z.B. im GJIELIN,
8. Auflage, System Nr. 41 und J. BARKSDALE "Titanium, its Occurence, Chemistry a. Technology" (1949) und
ULLIiA-ITlT, "Enz. d. techn. Chemie, Band 13, Seiten 766 ff.
beschrieben. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Pigmente zeigen-gegenüber den auf üblichem Wege
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hergestellten Pigmenten einen reineren Farbton. Verglichen mit den Üblichen Verfahren werden die bisherigen 8 Verfahrener·
stufen (Aufschluß, Klärung, Kristallisation des FeSO,,
Konzentrierung, Hydrolyse, Filtration, Bleiche, zweite Verfahrensstufe) durch 6 Verfahrensstufen (Lösung,
Kristallisation des TiOSO. . 2 HgO, Filtration, lösung,
Hydrolyse, Filtration) ersetzt.
Zu beachten ist ferner, daß die einzelnen Verfahrensstufen beim erfindungsgemäßen Verfahren wegen der besseren
Filtriereigenschaften der abzutrennenden Fällungsprodukte wesentlich schneller durchzuführen sind.
Nachfolgend wird das neue Verfahren anhand von Beispielen näher erläutert:
Beispiel 1 - - ...
200 g gemahlener Ilmenit wurden mit 866 g 50 ySiger H2SO.
unter Rückfluß gekocht. Nach 11 Stunden war das 2-Iaterial
bis auf geringe Mengen gelöst. Weitere 976 g einer 53 #igen HgSO. wurden zugesetzt und dann 5-1Og kristallines
TiOSO. . 2 H2O als Keim zugegeben. Nach 3 Stunden 40 Minuten
war die Hauptmenge des Titans auskristallisiert, wobei der Gefäßinhalt breiig wurde. Es wurde weitere 6.Stunden bei
105 0 getempert, um die Kristallisation zu vervollständigen.
Anschließend wurde der Kristallbrei heiß filtriert und nit geringen Mengen einer 47,5 S&Lgen H2SO. eine Verdrängungswaschung durchgeführt.
Ausbeute: 80 # des eingesetzten Titans. Die Mutterlauge enthielt (neben 2,15 # TiO2) .11,3 1· FeSO. in einer 51,9 #igen H
Ausbeute: 80 # des eingesetzten Titans. Die Mutterlauge enthielt (neben 2,15 # TiO2) .11,3 1· FeSO. in einer 51,9 #igen H
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10Og gemahlener Ilmenit- wurde mit 820 g einer 50 jSigen
H2SO4 unter Rückfluß gekocht. Nach 11 Stunden war das
Material bis auf geringe Mengen gelöst. Vfeitere 920 g einer
6719 #igen H2SO4 wurden zugesetzt und dann 5-10g
kristallines TiOSO. . 2 H2O als Keim zugegeben. Nach
31/2 Stunden war die Hauptmenge des Titans auskristallisiert,
wobei der Gefäiainhalt breiig wurde. Es wurde weitere 8 Stunden bei 105 .0 getempert, um die
Kristallisation zu vervollständigen. Anschließend wurde der Kristallbrei heiß filtriert und der Filterrückstand
mit geringen Mengen einer 56 £igen H2SO4 einer Verdrängungs-Waschung
unterzogen.
Ausbeute: 90 £ des eingesetzten Titans. Die Mutterlauge enthielt (neben 0,8 56 TiO2) 5,7 £ FeSO4
in einer 59,5 £igen H2SO4.
100 g gemahlener Ilmenit wurde mit 212 g einer 50 £igen
HpSO4 unter Rückfluß gekocht und anschließen! HOl eingeleitet.
Hach 6 Stunden war die Hauptnenge des "ixans
in Form eines dicken Kristallbreies auskristallisiert. Nach dem Abkühlen wurde das Fällungsprodukt alt wenig
kaltem Wasser ausgewaschen und in 1000 g 2ητΗ250, gelöst.
Die Lösung wurde filtriert und der Filterrückstand, der aus unaufgeschlossenem Ilmenit bestand und 13 v>
der eingesetzten Menge betrug, mit wenig Wasser nachgewaschen.
Ausbeute: 90 £ des aufgeschlossenen TiO2-
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Filterfeuchte Kristallkuchen nach Beispiel 1, 2 und 3
wurden mit V/asser zur Herstellung einer Lösung versetzt, die 300 g TiO2/l enthielt. Die Kristalle waren leicht
löslich, während des Lösens wurde gerührt. Die lösung
wurde nach Zugabe von wenig Ti(III)-Lösung wie folgt
hydrolysiert:
2250 ml der heißen Lösung ließ man in 750 ml heißes "iiasser
einlaufen, nach 30 Minuten Wartezeit wurde zum Sieden aufgeheizt und nach 20 Minuten unter ständigem Sieden langsam
124 ml V/asser zugegeben. Danach v/urde noch eine Stunde weiter zum Sieden ei^hitzt. Anschließend wurde filtriert
und der Niederschlag ausgiebig gewaschen. Das Hydrolysat wurde mit 3 cß>
Rutilkedrnen, 1,2 # ZnO, 0,3^ K2O und 0,15 £
versetzt und zu einem Produkt calciniert (2 1/2 Stunden bei 92O0C), das 99 - 100 £ Rutil enthielt. Das geglühte Produkt
wurde gemahlen. Es wurde ein Pigment mit Aufhellvemögen
(DIN 53 192) von 800 erhalten, das sowohl als Trockenpulver
wie auch in öl heller und reiner als ein nach dem Sulfatverfahren in herkömmlicher Weise hergestelltes Pigment war:
Ölanreibung
Farbton und Helligkeit in Öl
Remissionsmessungen an
Pulverpressliiic (Llrei/ho,
Vo ■100)
Hellbezugswert Gelbstich
herkömmliches Rutilpigment
ca. gleich Standard
5,1
Rutilpigment nach dem beschriebenen Verfahren
viel reiner und heller alo Standard
3,7
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"100 g' gemahlener Ilraenit wurden mit 148 g 98-^iger -H2SO,
gut gemischt. Ss wurde dann so viel Wasser zugegeben, daß die Säurekonzentration auf 90 fo absank, dabei wurde
leicht erwärmt. Nach beendetem Aufschluß ließ nan 2 Stunden reifen, gab dann unter Rühren nach und nach
so viel Wasser an, wie zum Erreichen einer Sndkonzentratian.
von 120 - 150 g TiO2A erforderlich war. Nach beendeten
Lösen wurde die Lösung zur Klärung durch ein beheiztes Filter mit Filterhilfe gegeben. Sodann wurde der größte
Teil des Eisensulfats durch Kristallisation entfernt: Hierzu wurde die Lösung auf etwa 30 0 abgekühlt und ™
filtriert. Das Verhältnis FeSO, : TiO2 war danach von
vorher 2 auf etwa 0,7 - 0,8 gesunken, Sodann wurde der Lösung durch Evakuieren auf 100 Torr so lange Wasser
entzogen, bis die Titankonzentration 230 - 250 g TiO2A
betrug. Nach Zugabe von wenig Ti(III)-Sulfatlösung (ca. 1 g TiOp/1) wurde hydrolysiert: die Titansulfatlösung
wurde langsam zum Sieden erhitzt (108 - 1100C),
das Sieden wurde 2 Stunden fortgesetzt. Dann wurde unter weiterem ständigen Sieden innerhalb von 4 Stunden
so viel Wasser zugegeben, daß die Endkonzentration 140 - 160 g TiO2A betrug.
Die Suspension wurde filtriert und gewaschen, nach Zusatz von 2 - 3 i>
Rutilkeimen erneut angemaischt und nach Zugabe von wenig Ti(III)-Sulfatlösung erneut filtriert
und gewaschen. Nach dem Absaugen wurde dem Filterkuchen etwas V/asser zugesetzt bis zu einem Feststoffgehalt von
30 ft, dann wurden unter Rühren 0,2 $>
?20c als Η,ϊ0,,
0,25 K2O als K2CO, und 1,2 fo ZnO zugegeben. Nach erneutem
Absaugen wurde der Schlamm in einem Drehrohr bei 900 - 95O0C calciniert. Nach 2-2 1/2 Stunden erhielt
man ein Produkt mit 99 - 100 /> Rutil, das in einer
Labormühle gemahlen wurde.
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Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von Titandioxidpigaenten
mit hohem Weißgrad durch Schwefelsäurenaufschluä der
titandioxidhaltigen Materialien, Abtrennung des aufgeschlossenen
Titans von den übrigen Bestandteilen, Ausfällung des Titandioxids und Aufarbeitung des Jällungsproduktes
zum fertigen Pigment, dadurch gekennzeichnet, daß man das titanhal.tige Material bei Temperaturen von
10O0O bis zum Siedepunkt der lösung mit 40 - 70 £iger
Schwefelsäure und einem Gewiehtsverhältnis von 2iO~ zu
H2SO. von 1 :1 bis 1 : 20 aufschließt, anschließend
das gelöste Titan bei Temperaturen von etwa 60 bis 150 C in Form von Titanylsulfatdihydrat ausfällt, v/obei die
Säurekonzentration so eingestellt wird, daß sie nach Beendigung der Ausfällung 2-13 molar ist, die erhaltene
Fällung nach Abtrennung von der Lösung unter Einhaltung einer TiO2-Konzentration von 100 bis 400 g/l wieder in
Lösung bringt, vom Ungelösten abtrennt und das TiO2-Pigment
aus der Lösung durch Hydrolyse und Aufarbeitung des Fällungsproduktes gewinnt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Aufschluß des titanhaltigen Materials mit
45 - 55 /Siger Schwefelsäure und beim Siedepunkt der Aufschlußlösung
durchgeführt wird. '
3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufschluß bei einem Gewichtsverhältnis TiO? :
von 1 : 2 bis 1 : 10 durchgeführt wird.
rlo k I I 041 -ΙΟ-
Γ) Cj >j 8 ϋ ι / 1 3 1 1
4- Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausfällung des Titanylsulfatdihydrats
bei einer Temperatur vc-n 60 - 1LiO G erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
de.': die Ausfällung des üütar.ylsulfatdihydrats
bei einer Temperatur von 100 - 13O0C durchgeführt wird
und die Säurekonzentration so eingestellt wird, daß nach beendeter Abscheidung des TitanylsulXatdihydrats eine
6-8 molare Säurekonzentration vorliert.
-le A 11 (HI - 11 - BAD
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