DE2454220A1

DE2454220A1 - Verfahren zur filtration feststoffhaltiger aufschlussloesungen bei der titandioxidherstellung

Info

Publication number: DE2454220A1
Application number: DE19742454220
Authority: DE
Inventors: Joel Dipl Chem Dr Leuridan; Jozef Dipl Chem Dr Renier; Raoul Dipl Ing Dr Weiler
Original assignee: Bayer Antwerpen NV
Current assignee: Bayer Antwerpen NV
Priority date: 1974-11-15
Filing date: 1974-11-15
Publication date: 1976-05-20
Also published as: FR2291154A1; NO753665L; AU8645675A; FR2291154B1; CA1081620A; DD121093A5; JPS5176194A; BR7507553A; ES442629A1; GB1516339A; BE835538A; NL7513251A; US4013755A; IT1066347B

Description

BAYER ANTWERPEN N. V.

Antwerpen, '*· Nov. /974

Gr/IK

Verfahren zur Filtration feststoffhMltiger Aufnchlußlösungen bei der Titandioxidherstellung

Es int bekannt, Ilmeniterze oder Titanr.chlacken mit Schwefelsäure, gegebenenfalls unter anschließender Zugabe von .'.aoser aufzuschließen. Da eine derartige "Aufschluiilüsung" - sie enthält meist noch nicht aufgeschlossene Teilchen als Feststoff ein schwarzes Aussehen zeigt, wird sie auch "Schwarz-Lösung" genannt. Nicht aufgeschlossene Feststoffteilchen in der Schwarz-Losung müssen zunächst durch ein Trennverfahren von der titanhaltitren Lösung abgetrennt werden. Der Feststoffgehalt in der Schwarz-Lösung schwankt je nach Ausgangsmaterial zwischen 20 g/l und 75 g/l.

Nach Abtrennung der Feststoffteilchen kann das in der Schwarz-Lösung vorliegende Titanylsulfat in bekannter Weise zu Titandioxidhydrat hydrolysiert werden, das nach Abtrennung von der Mutterlauge (sogenannte Dünnsäure) calciniert und gemahlen wi rd.

Die Gewinnung einer praktisch feststoffreien Schwarz-Lösung ist infolge der feinen, vielfach sogar kolloiden Verteilung der Feststoffe schwierig.

Die Deutsche Patentschrift 513 291 beschreibt ein Verfahren zur Reinigung schwefelsaurer Titansulfatlösungen in liegenwart dreiwertigen Titans, wobei man die Lösungen abkühlt und bei

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möglichst tiefen Temperaturen durch Nitro-Filtertücher filtriert. Dieses Verfahren hat jedoch u.a. wegen der notwendigen Einhaltung des speziellen ungünstigen Temperaturbereichs keinen Eingang in die Praxis gefunden. Vielmehr wird die Aufschlußlösung üblicherweise in einem mehrstufigen Verfahren behandelt, wie z.B. beschrieben in Auslegeschrift 1 272 908; Offenlegungsschrift 1 767 232; Titanium von Jelks Earksdale, 2nd Edition 1966, Seite 214-215. Ein Schema dieses bekannten Verfahrens zur Abtrennung der Feststoffe aus der ächwarz-Lü^ung zeigt Fig. 1, in der den Zahlen folgende Bedeutung zukommt:

1 Zuführung Schwarz-Losung

2 Eindicker

3 Zuführung Überlauf zur Filterpresse;

4 Filterpresse;

5 Zuführung Unterlauf zu Drehfilter;

6 Drehfilter;

7 Zuführung praktisch feststoffreie Schwarz-Lösung zur Hydrolyse

Im einzelnen wird die feststoffhaltige ocnwarz-Losung zunächst in ein oder mehrere sogenannte 3indickergefäße (1) gegeben, worunter maxi große Behälter rät überlauf vorsteht, in denn ti sich die Feststoffteilchen mcglichct weitgehend absetzen sollen. Um den Wirkungsgrad dieser Eindicker zu erhöhen, werden üblicherweise Flockungsh;Ifsmittel, wie ioniische Polymere, z.B. Polyacrylate zugegeben. Der überlauf aus diesen StandbehLllter besitzt in der Regel noch einen Feststoffgehalt im Bereich von 0,50 bis 2,00 g/l, welcher für eine Hydrolyse der Schwarz-Lösung zu Titandioxidhydrat noch zu hoch ist. Daher wird der überlauf anschließend filtriert, was üblicherweise in einer Filterpresse (4) durchgeführt wird und wobei der Feststoffgehalt in der Schwarz-Lösung bis auf 15 bis 50 mg/l reduziert wird.

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Der Unterlauf aus den Eindickern wird mitte?.s eines Vakuumdrehfilters (6) filtriert, wobei das dabei resultierende FiI-trat anschließend ein zweites Mal zusammen mit dem überlauf der Eindicker filtriert wird. Das Vakuumdrehfilter wird vor der Filtration mit einem sogenannten "pre-coat" versehen, worunter man eine Beschichtung mit Filterhilfsmitteln, wie z.B. Diatoraaeen, feinteilige Aluminosilikete in Schichtdicken von 10 mm bis 80 mm versteht. Diese Beachichtungen sollen die Filtration des fast unfiltriorbaren Unterlaufs, der mit einem sehr hohen Feststoffgehali von 500 bis 1000 g/l vorliegt, bewirken.

Auch die Filterpresse, in der die Filtration dt?B Überlaufs und des filtrierten tnterlaufs der iSindicker vorgenommen wird, wird mit Filterhilfsmittel vorbeladen.

Nachteile des bekannten Verfahrens bestehen besonders darin, daß die mehrstufige Abtrennung der nicht aufgeschlossenen Feststoffe in der Schwarz-Lösung sehr zeitraubend i3t, daß bedeutende Mengen Flockungshilfsmittel einzusetzen sind und daß mit dem Filtrationsprozess kein gründlichnr Waschvorgang möglich ist, wodurch TiOSO. in dem Filterkuchen hinterbleibt.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Abtrennung von Feststoffteilchen aus titanylsuifathaltigen Lösungen, die durch Aufschluß von Ilmenit oder Titanschlacke mit Schwefelsäure erhalten werden, durch Filtrieren der Aufachlußlösung in Gegenwart von Filterhilfsmitteln, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die feststoffhaltige Aufschlußlösung bei Drucken von 1 bar bis 16 bar filtriert und in einen Filterkuchen mit Schichtdicken von 10 mm bis 35 mm überführt und gegebenenfalls den Filterkuchen direkt auf dem Filter mit Waschflüssigkeit in Mengen von 0,10 bis 0,50 HgO pro nr Filtrat behandelt und anschließend durch Abpressen des Wassers

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das Wanchwasser im Filterkuchen entfernt.

Nach dem erfindun^9gemäßen Verfahren, daß im Unterschied zu bekannten Verfahren die Feststoffe nicht mehrstufig über einen Absetzprozess mit anschließender zweimaliger Filtration des die Feststoffe in angereicherter Foia enthaltenden Teils der Aufschlußsuspension abtrennt, ist es überraschenderweise möglich, die feststoffhalti^e Aui'schlußlösüng trotz ihrer feinteiligen und kolloidalen Beschaffenheit in einem einstufigen Verfahren unter Anwendung von Druck zu filtrieren. Es werden Drucke von 1 bis 16, vorzugsweise 4 bis 10 bar angewendet. Woiter läßt sich der Keststoffgehalt des Filterkuchens ohne weiteres bei dieser einstufigen Filtration auf Werte von 50 bis 70 Gew.-^ einstellen. Bei dieser einstufigen Filtration kann der Feststoffgehalt im Filtrat auf 15 bis 50 mg/1 reduziert werden, so daß das Filtrat in einer für die Hydrolyse zu Titandioxidhydrat geeigneten Form vorliegt. Besonders geeignet für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Membranfilter, wie er beispielsweise in D.B« Purchas, Industrial Filtration of Liquids, Second Edition, Leonard Hill Books. Seite 225 abgebildet und auf Seite 223 und 227 beschrieben ist. Eine derartige Filtriervorrichtung besitzt waagerechte Filterkammern, welche eine beliebige Filterkuchenhöhe von 10 mm bis 35 mm möglich machen. Die Filtration kann bei Drucken von 1 bar bis 16 bar, vorzugsweise von 4 bar bis 10 bar durchgeführt werden. Bevorzugt wird ein Filterkuchen mit Schichtdicken von 15 bis 25 mm hergestellt.

Für die Filtration geeignete Filtertuchmaterialien sind z. B. Polyamid, Polyester und Polypropylen. Filtertuchmaterialien mit einer Durchlässigkeit D (Liter Luft/dm /min bei einem Δ ρ » 20 mm Wassersäule) zwischen etwa 560 und 420 sind besonders geeignet.

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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Filtration mit einem o^.ar mehreren Waschschritten kombiniert, wobei der Filterkucn u direkt auf dem Filter behandelt wird. Das Auswaschen des Filterkuchens kann dabei bei Drucken von 1 bis 16 bar, vorzugsweise bei 4 bis bar durchgeführt werden. Das Auswaschen des in homogener Form und praktisch rissefrei vorliegenden feststoffhaltigen Filterkuchen kann dabei derart vorgenommen werden, daß die Waschflüssigkeiten, vorzugsweise Waaser, mit Strömungsgeschwindigkeiten von 0,1 m/h bis 1m/h, vorzugsweise von 0,2 bis 0,6 m/h durch den Filterkuchen bzw. das Filter gebracht

werden.

Der zu filtrierenden f«eststoffhaltigen Aufschlußlösung werden vor der Filtration Filterhilfsmittel, wie z.B. feinteilige Aluminosilikate in Mengen von 2 bis 10 g/l, vorzugsweise 4 bis 8 g/l hinzugefügt. Vor der Filtration werden die Filterflächen mit einer Schicht von etwa 1 bis 3 mm an Filterhilfsmittel vorbeladen.

Dabei wird zunächst bei Drucken von 3 bis 6 bar das Filter zur Vorbeladung mit Filterhilfsmittel mit einer Suspension, bestehend aus Klarfiltrat und 5 bis 10 g/l Filterhilfsmittel behandelt.

Danach wird die feststoffhaltige Aufschlußlösung, der Filterhilfsmittel in Mengen von 2 bis 10 g/l zugesetzt werden, bei einem Druck von 4 bis 10 bar filtriert. Die Temperatur der Aufschlußlösung soll dabei zwischen 60 bis 9O⁰C, vorzugsweise 75 bis C3°G eingestellt werden. Im Anschluß an die Filtration wird Waschflüssigkeit, vorzugsweise Wasser in Mengen von 0,10 bis 0,50 m⁵, vorzugsweise 0,20 bis 0,40 m⁵ H₂O pro m⁵ Filtrat durch den Filterkuchen gedruckt.

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Der Filterkuchen wird danach bei einem Druck von 10 bis 16 bar trocken gepreßt und anschließend ausgetragen. Daa auf diese Weise ernaltene Filtrat ist sofort klar; die Filterkuchenschicht wird vorzugsweise auf 10 bis 20 mm Höhe eingestellt.

Die Filtrationsleistung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt zwischen 0,150 bis 0,600 ar/m^/h.

Nach dem erfindungsgnmäßen Verfahren läiit sich die Ausbeute an Titanylsulfat um 1,5 - 4,5 jo erhöhen. Ferner ermöglicht es eine dsr vor aller! Dingen bedeutende Zeitersparnis und kann auf die Zugabe von Flockung3hilfsmitteln verzichten.

Im folgenden wird dac. erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft erläutert:

Beispiel 1

Vorbeladent Klarfiltrat, welches 6,5 g/l Filterhilfsmixtel in Form von feinteiligen Aluminosilikaten enthielt, wurde 1 Minute bei einem Druck von 5 bar durch das Filter gedruckt. Insgesamt wurden 100 ml Filterhilfsmittel enthaltendes Klarfiltrat verwendet, übereinstimmend mit dem Filterkammerinhalt des Filters.

Filtration: Schwarz-Lösung, die 35 g/l Feststoffe und 5 g/l Filterhilfsmittel enthielt, wurde bei 8 bar bei mittleren Strömungsgeschwindigkeit von 1,89 · 10" m/min, durch das Filter gedrückt, wobei 450 1 Filtrat anfiel. Die3er Vorgang dauerte 9,5 Minuten. Anschließend wurde der Druck 3 Minuten lang auf 10 bar erhöht. Der dabei erhaltene Filterkuchen, der

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_pi„e Ho_he von 15 - besaB, —- ♦^Si^T·^ von 4.5 bar und einer "^ungsgescnw ndiSkeit * .^, , _Mlnu. _o/oin .it 100 lit.r W...b.....r behandelt ^»·^ „_cit. ,e lan, der ,rue, auf I₅ bar "^^^Zl Feststoffsehend zu entfernen und einen FiI »"«^*^«,,»,.« der

sehend zu en ^^«,,»,.« de

_Kehalt von etwa » Gew.-* 7"^USt^ ^"'Jrationen betrug Plltriprvorrlchtunit während der genannten uper

nur 5.30 Minuten.

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Claims

Patentansprüche,

sulfathaltigen löeunr.en. die durch _{d n durcn Piltr}ie-,itanschlacke .it ^-efeleaure ^ten ^^^^ _ren der Auf.chluBlbeung In Ge^w _{fegtgtoffhaltige} Aufschluß· dadurch gekennzeichnet, daß m ^ _filtriert und in einen lösung bei Drucken vcn 1 bar ο _mm überführt

und gegebenenfalls der Filter- _{3 q m}.

^ 1 dadurch gekennzeichnet, daß
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, aadurch g ^^

,an den Filterkuchen bei Drucken von Vb.bx-,a.chflüssigkeit bei Strömungsgeschwxndigkeit bis 1,0 m/h behandelt.

etwa 50 bis 70 öew.-# einstellt.

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