DE2855467B2 - Process for the production of synthetic titanium dioxide via the direct digestion of rutile with sulfuric acid - Google Patents

Process for the production of synthetic titanium dioxide via the direct digestion of rutile with sulfuric acid

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DE2855467B2 DE19782855467 DE2855467A DE2855467B2 DE 2855467 B2 DE2855467 B2 DE 2855467B2 DE 19782855467 DE19782855467 DE 19782855467 DE 2855467 A DE2855467 A DE 2855467A DE 2855467 B2 DE2855467 B2 DE 2855467B2
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Description

2525th

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von synthetischem Titandioxid aus natürlichem Rutil (TiO2), Rutil enthaltenden polymineralischen Titanerzen und -Schlacken über den direkten Aufschluß als Titansulfat Nach mechanischer Aktivierung in Form von Veränderungen in der Kristallgitterstruktur mittels eines Feinstmahlprozesses kann der bisher als in Schwefelsäure unlösbar bekannte Rutil, in gleicher Weise wie z.B. Ilmenil; (FeTiOj) vollständig aufgeschlossen werden.The invention relates to a process for the production of synthetic titanium dioxide from natural rutile (TiO 2 ), rutile-containing polymineral titanium ores and slags via direct digestion as titanium sulfate insoluble known rutile, in the same way as, for example, ilmenil; (FeTiOj) can be completely unlocked.

Synthetisches Titandioxid ist der Ausgangsstoff für die Herstellung von Titandioxid-Pigmenten und in zunehmendem Maße nel>en hochangereichertem Rutil der Rohstoff zur Titantetrachloridherstellung für die Metallgewinnung. Die Herstellung von synthetischem «0 Titandioxid basiert bisher überwiegend auf der Verarbeitung von Ilmenit, Titanomagnetit (Ilmcnit-Magnetit) und Eisentitanate enthaltende Schlacken nach dem Prinzip des »Norwegiilchen Prozesses«. Mit z.B. 70-96%iger Schwefelsäure wird das Rohmaterial in « einem auf den TiOrGehalt bezogenen Verhältnis von 1,2-1,8 angemischt und bei 120-1800C in einen wasserlöslichen Titansullätkuchen überführt Der Aufschlußkuchen wird nach Beendigung der Reaktion in Wasser bzw. Dünnsäure aus dem Kreislauf des % Prozesses gelöst Die Konzentration liegt im allgemeinen zwischen 150 und 25) g T1O2/I. Vor der Fällung des Titangehaltes durch Hydrolyse als Titandioxidhydrat wird vorhandenes dreiwertiges Eisen z.B. mit Eisenscb'ott reduziert und zu 70~80% in Form von FeSO4 ■ H2O abgeschieden. Nach der Reinigung der Lösung von weiteren Frsmdstoffen wie z. B. As, P, Zr, Pb u. a. erfolgt bei pH > 1,5 die Hydrolyse von Titandioxidhydrat durch !Erhitzen bis 100"CSynthetic titanium dioxide is the starting material for the production of titanium dioxide pigments and, increasingly, highly enriched rutile is the raw material for the production of titanium tetrachloride for metal extraction. The production of synthetic «0 titanium dioxide has so far been based predominantly on the processing of ilmenite, titanomagnetite (ilmnite magnetite) and iron titanate-containing slags according to the principle of the“ Norwegian process ”. With, for example, 70-96% sulfuric acid is the raw material in "a mixed related to the TiOrGehalt ratio of 1.2-1.8 and transferred at 120-180 0 C in a water-soluble Titansullätkuchen The digestion cake is or after the reaction in water Dilute acid released from the% process cycle The concentration is generally between 150 and 25) g T1O2 / I. Before the titanium content is precipitated by hydrolysis as titanium dioxide hydrate, any trivalent iron present is reduced, for example with iron scaffold, and 70 ~ 80% of the iron is deposited in the form of FeSO 4 · H 2 O. After the solution has been cleaned of other foreign substances such as B. As, P, Zr, Pb etc. at pH> 1.5 the hydrolysis of titanium dioxide hydrate takes place by! Heating up to 100 ° C

Durch Hitzebehandluttg wird Titandioxidhydrat ge- «> trocknet, dehydratisiert, von flüchtigen Bestandteilen (z.B. Schwefelsäure) befreit und in kristallisiertes Titandioxid mit Pigmentcharakter (Anatas oder Rutilpigment) überführt (Ullmanns Encyklöpädie der technischen Chemie, Bd. 13, !». 761 ff., 3. Aufl., Urban und Schwarzenberg München-Berlin 1962).Titanium dioxide hydrate is removed by heat treatment dries, dehydrated, of volatile matter (e.g. sulfuric acid) and converted into crystallized titanium dioxide with pigment character (anatase or rutile pigment) (Ullmanns Encyklöpadie der technischen Chemie, Vol. 13,! ». 761 ff., 3rd edition, Urban and Schwarzenberg Munich-Berlin 1962).

Für natürlichen Rutil, der bis zu 30% Fe enthalten kann (Ramdohr P., Struiz, H.: Klockmanns LehrbuchFor natural rutile, which can contain up to 30% Fe (Ramdohr P., Struiz, H .: Klockmanns textbook der Mineralogie, 16, Aufl. S. 530, F. Enke Verlag Stuttgart 1978), Rutil enthaltende polymineralische Titanerze und -Schlacken ist eine Gewinnung von synthetischem Titandioxid nach dem Prinzip des »Norwegischen Prozesses aufgrund der Tatsache, daß »Rutil sich nicht mit H2SO4 allein, sondern nur im Schmelzfluß mit Bisulfat bzw, durch Fluoride oder durch Alkalien aufschließen läßt« nicht durchführbar (Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, Titan, S. 85, 8. Aufl. Verlag Chemie GmbH, Weinheim 1951). Siedende konzentrierte Schwefelsäure (338"C) löst nach 1AStUndiger Einwirkung lediglich 2,7% vorher bei 8000C geglühtes TiO2 (Rutil) (Cheme, Deissenberg, Martin-Borret, Anw. Chim. anaL 28 [1946] 197/8).der Mineralogie, 16, ed. p. 530, F. Enke Verlag Stuttgart 1978), polymineral titanium ores and slags containing rutile is a production of synthetic titanium dioxide according to the principle of the Norwegian process due to the fact that rutile does not react with H2SO4 alone, but only in the melt flow with bisulfate or by fluoride or by alkalis can not be carried out (Gmelins Handbuch der inorganic Chemie, Titan, p. 85, 8th edition. Verlag Chemie GmbH, Weinheim 1951). Boiling concentrated sulfuric acid (338 "C) released after 1 AStUndiger action of only 2.7% at 800 0 C previously calcined TiO 2 (rutile) (Cheme, Deiss Berg, Martin-Borret, App. Chim. Anal 28 [1946] 197/8 ).

Es hat nicht an Versuchen gefehlt, Aufschlußverfahren für Rutil zu entwickeln. Eine beute praktizierte Möglichkeit zur Herstellung von synthetischem Titandioxid aus natürlichem Rutil oder aus Rutil-Schlacken der metallurgischen Ilmenitaufbereituntr die durch reduzierendes Schmelzen zur Gewinnung und Verminderung des Eisengehaltes erhalten werden, ist die Chlorierung des Rohmaterials zu Titantetrachlorid. Titantetrachloriddampf kann dann sowohl mit überhitztem Wasserdampf als auch direkt mit Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gas zu Titandioxid umgesetzt werden. Nachteilig kann sich bei diesem Verfahren die Einwirkung des freiwerdenden Chlorwasserstoffs auf das entstehende Titandioxid auswirken, indem ein relativ grob kristallines Produkt ohne Pigmenteigenschaften entstehen kann.There has been no lack of attempts to develop digestion processes for rutile. A prey practiced Possibility to manufacture synthetic titanium dioxide from natural rutile or from rutile slags the metallurgical Ilmenite processing by reducing smelting for the recovery and reduction of the iron content is obtained Chlorination of the raw material to titanium tetrachloride. Titanium tetrachloride vapor can then both with superheated steam and directly with oxygen or an oxygen-containing gas can be converted to titanium dioxide. This process can have a disadvantage The effect of the released hydrogen chloride on the resulting titanium dioxide by a relatively coarse crystalline product without pigment properties can arise.

Bei der Verarbeitung von Rutilkonzentraten, Rutil enthaltenden polymineralischen Titanerzkonzentraten und titanreichen Schlacken aus der metallurgischen Ilmenitaufbereitung nut Eisengehalten Ober 10% ergeben sich bei der Chlorierung erhebliche Schwierigkeiten. Einmal wird bei der Chlorierung von Titanrohstoffen mit hohem Eisengehalt zuviel Chlor unter Bildung von Eisen(IIl)-chlorid verbraucht, für das kaum Verwendung besteht, und aus dem Chlor nur unter hohen Kosten wiedergewonnen werden kann, zum anderen wird Eisen(III)-chlorid trotz seines höheren Siedepunktes mit dem Tetrachloriddampf mitgerissen und in den Kühlern in fester feinteiliger Form abgeschieden. Da Eisen(Ill)-chlorid außerdem in flüssigem Titantetrachlorid nur zu 0,03% löslich ist, bilden sich Verstopfungen, die die technische Durchführung des Verfahrens erschweren (Ullmanns Encyklöpädie der technischen Chemie Bd. 17, S. 419 ff, 3. Auflage, Urban und Schwarzenberg München-Berlin 1966, Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, Titan, S. 92/93,8. Aufl. Verlag Chemie GmbH. Weinhpyn 1951).When processing rutile concentrates, polymineral titanium ore concentrates containing rutile and titanium-rich slag from metallurgical ilmenite processing with an iron content of over 10% there are considerable difficulties in the chlorination. On the one hand, when titanium raw materials with a high iron content are chlorinated, too much chlorine is used Formation of iron (IIl) chloride consumed for that hardly Use, and from which chlorine can only be recovered at high costs for others will be ferric chloride despite its higher level Boiling point is entrained with the tetrachloride vapor and in the coolers in solid, finely divided form deposited. Since iron (III) chloride is also only 0.03% soluble in liquid titanium tetrachloride, form blockages that make the technical implementation of the process difficult (Ullmanns Encyklöpädie der technical chemistry vol. 17, p. 419 ff, 3rd edition, Urban and Schwarzenberg Munich-Berlin 1966, Gmelins Handbuch der inorganic Chemie, Titan, pp. 92 / 93.8. Edition Verlag Chemie GmbH. Weinhpyn 1951).

Andere Vorschläge zum Aufschluß von natürlichem Rutil bzw. Rutil-Schlacken haben bisher für die Herstellung von synthetischem Titandioxid keine technische Bedeutung erlangtOther proposals for the digestion of natural rutile or rutile slags have so far for the Production of synthetic titanium dioxide has no technical importance

So wird u.a. in der Offenlegungsschrift DE-OS 17 92 582 angegeben, »daß natürlicher Rutil oder synthetische Rutilkonzentrate mit einer Teilchengröße von unter 40 μΐη bei Temperaturen von 220 bis 280° C bei Aufschlußzeitön von 1 bis 24 Stunden mit Schwefelsäure behandelt werden« (Anspruch 4, S. II), so daß wasserfreies Titanylsulfat entsteht »Doch müssen hier für einen guten Aufschlußgrad von über 95% Mindestzeiten eingehalten werden, die für Aufschlußtemperauiren von 2200C bei 20 Stunden, für 2800C bei 3 Stunden liegen.« (S. 5, Abs. 1). »Das kristalline Reaktionsprodukt löst sich allerdings nur sehr langsam im Wasser oder verdünnter Schwefelsäure. DieFor example, the laid-open specification DE-OS 17 92 582 states that "natural rutile or synthetic rutile concentrates with a particle size of less than 40 μm are treated with sulfuric acid at temperatures of 220 to 280 ° C for a digestion time of 1 to 24 hours" (claim 4, pp II), so that anhydrous titanylsulfate arises "But must be adhered to for a good digestion rate of over 95% minimum times here that are for Aufschlußtemperauiren of 220 0 C for 20 hours to 280 0 C at 3 hours." ( P. 5, paragraph 1). »However, the crystalline reaction product only dissolves very slowly in water or dilute sulfuric acid. the

Lösegeschwindigkeit laßt sich aber beträchtlich hen, wenn man die Lösung soweit reduziert, daß geringe Mengen an Ti3+-lonen vorhanden sind« (S, 2, Abs, 3), Für den kontinuierlichen Aufschluß wird vorgeschlagen, daß »mit einer konzentrierten Schwefelsäure von 94 bis j 98 Gewichtsprozent H2SO4-Gehalt in einer zum Titandioxidgehalt des Ausgangsmaterials berechneten großen Oberschußmenge« gearbeitet wird, »vorzugsweise ... bei einem TiO2 zu H2SO4-Verhältnis von 1:4' bis 1 :10« (S. 3, Abs. 2; Anspruch 6, S. 12). Da in dem angegebenen Temperaturbereich zwischen 220 und 2800C nach einer bestimmten Zeit eine vorübergehende Umwandlung der Suspension in einen kolloidähnlichen Zustand« eintritt und »sich das ausgefallene Titanylsulfat kaum noch filtrieren und waschen« läßt (S. 4, Abs. 2), ι s muß der Aufschluß mehrstufig vorgenommen werden (Anspruch 7, S. 12).However, the rate of dissolution can be increased considerably if the solution is reduced to such an extent that small amounts of Ti 3 + ions are present "(S, 2, Abs, 3). For continuous digestion it is suggested that" with a concentrated sulfuric acid of 94 to 98 percent by weight H 2 SO 4 content in a large excess amount calculated on the titanium dioxide content of the starting material "is worked," preferably ... with a TiO 2 to H 2 SO 4 ratio of 1: 4 to 1:10 " (P. 3, para. 2; claim 6, p. 12). Since in the specified temperature range between 220 and 280 0 C after a certain time a temporary conversion of the suspension into a colloid-like state "occurs and the precipitated titanyl sulfate can hardly be filtered and washed" (p. 4, paragraph 2), ι The digestion must be carried out in several stages (claim 7, p. 12).

Nachteilig bei dem vorstehenden Verfahrensvorschlag ist, daß ein vollständiger Aufschluß von natürlichem und synthetischem Rutil, dessen obere Korngrenze mit 40 um festgelegt wird, mit Schwefelsäure im vorzugsweise beanspruchten Temperaturbereich von 220 bis 2800C in einer Verfahrensstufe nicht möglich ist Bei Temperaturen über 225° C bildet sich bei beliebigem Oberschuß von konzentrierter Schwefelsäure ein in kaltem und warmem Wasser schwerlösbares Titanylsulfat mit geringem Wassergehalt (A. v. Pamfilov, A. T. Chudjakova, Zumal obscej Chim. 19 [1949J S. 1443/53), so daß diese Temperatur eine Grenze für den Umsatz von Rutil mit Schwefelsäure zu wasserlöslichem Titanylsulfat darstellt Da das im Temperaturbereich zwischen 220 und 280° C entstehende Reaktionsprodukt darüber hinaus iu Form eines schwer filtrierbaren »kollidahnlichen« Niederschlages rnfällt, sind folgende,' eine technische Anwendung infrage stellende Maßnahmen erforderlich:A disadvantage of the above process proposal that a complete digestion of natural and synthetic rutile, the upper grain limit is set at 40 microns is not possible with sulfuric acid in the preferably claimed temperature range of 220 to 280 0 C in a process stage, at temperatures above 225 ° C Any excess of concentrated sulfuric acid forms a titanyl sulfate with a low water content that is sparingly soluble in cold and warm water (A. v. Pamfilov, AT Chudjakova, Zumal obscej Chim. 19 [1949J p. 1443/53), so that this temperature is a limit for represents the conversion of rutile with sulfuric acid to water-soluble titanyl sulphate. Since the reaction product formed in the temperature range between 220 and 280 ° C also falls in the form of a "collide-like" precipitate that is difficult to filter, the following measures are required which call into question technical application:

— Einsatz von 94 bis 98%iger H2SO4 bis zum 19fachen Oberschuß,- Use of 94 to 98% H2SO4 up to 19 times Excess,

— Reduktion eines Teils der Ti4+lonen zu Ti3+Ionen,- Reduction of part of the Ti 4+ ions to Ti 3 + ions,

— Mehrstufige Prozeßführung. Die gegenüber Rutilkonzentraten mit Undefinierten- Multi-stage process management. The opposite of rutile concentrates with undefined

Korngrenzen erreichte Erhöhung der Reaktionskinetik beim Umsatz mit Schwefelsäure, wenn durch Kugelmahlung eine Zerkleinerung bis auf eine obere Korngrenze von 40μΐη vorgenommen wird, ist eine Folge der Oberflächenvergrößerung. Die Oberflächenvergrößerung durch Kugelmahlung, die im wesentlichen durch reibende Beanspruchung gekennzeichnet ist, erfolgt durch Aufbrechen strukturbedingter Schwächezonen, die z.B. bevorzugte Spaltbarkeitsebenen sein können. Eine Veränderung der thermodynamischen Voraussetzungen durch Bildung von Strukturvarianten und instabilen Zwischenzuständen findet nicht statt Reaktionstemperaturen kleiner 220° C sind deshalb für den Umsatz von Rutil mit einer oberen Korngrenze von 40 um von keiner technischen Bedeutung; bei 220° C beträgt die Reaktionsdauer für einen 95%igen Umsatz dieses Materials mit 94- bis 98%iger H2SO4 zu Titanylsulfat 20 Stunden.Increase in the reaction kinetics achieved in the reaction with sulfuric acid when the grain boundaries are broken down to an upper grain boundary of 40μΐη by ball milling, is a consequence of the increase in the surface area. The increase in surface area by ball milling, which is essentially characterized by frictional stress, is achieved by breaking up structure-related weak zones, which can be preferred levels of cleavage, for example. There is no change in the thermodynamic requirements through the formation of structural variants and unstable intermediate states. Reaction temperatures below 220 ° C. are therefore of no technical importance for the conversion of rutile with an upper grain limit of 40 μm; at 220 ° C., the reaction time for a 95% conversion of this material with 94 to 98% H 2 SO 4 to give titanyl sulfate is 20 hours.

Den übrigen Verfahrensvorschlägen ist aufgrund der μ weitgehenden Unlösbarkeit von Rutil in Schwefelsäure gemeinsam, daß zunächst über den Umweg von Reaktionen in der Gasphase und im Schmelzfluß und durch Festkörpeireaktionen lösbare Verbindungen erzeugt werden. So wird z. B. vorgeschlagen, ggf. auf 10400C vorerhitzten Rutil bei Temperaturen bis 2900C mit NH4F zu behandeln und das entstehende flüchtige TiF4 in wäßriger NHj- bzw. NH4F-Lösung unterDue to the fact that rutile is largely insoluble in sulfuric acid, the other proposed methods have in common that detachable compounds are initially generated via reactions in the gas phase and in the melt flow and by solid-state reactions. So z. B. proposed to treat rutile preheated to 1040 0 C at temperatures up to 290 0 C with NH 4 F and the resulting volatile TiF 4 in aqueous NHj or NH 4 F solution Abscheidung von TiOj aufzufangen (Burgess Titanium Co, SS. Svendsen, Can, P, 369 915 [1938] nach G1938II 4368; Norw. P. 58 413 [1937] nach C, 1937II4466; Norw. P, 58 757 [1938] nach C, 1936 U 1409), Weitere Vorschläge betreffen den Aufschluß über die Bildung von Alkali- oder Erdalkalititanaten bei hoben Temperaturen, die dann nach der Behandlung mit Säuren (H2SO4, HCl, H2SO3) geeignete Lösungen für die Hydrolyse von Titandioxidhydrat ergeben. So wird z.B. nach H. W. Richter (US.P. 19 32 087 (1933) C 193411396) Rutil bei Temperaturen bis 6500C mit 75%iger NaOH-Lösung und mit NazCO3 unter Vermeidung des schmelzflüssigen Zustandes behandelt, so daß ein Calcinationsprodukt entsteht, das rund 46% säurelösliches TiO2 als Na2TiO3 enthält Der Rückstand wird zur Entfernung des Fe mit 5- bis 10%iger H2SO4 ausgewaschen und dann mit 5ö%iger H2SO4 aufgeschlossen. Der Einsatz von MgO zum Aufschluß von Rutil über die Bildung von MgTiO3 bei Temperaturen von 15000C ist Gegenstand verschiedener Patentierungen (Metal & Thermit Corp. S. J. Lubowsky (BJ. 3 51 841 - 1931 — C 1931II1740; F.P. 7 02 642 - 1931 — nach C. 1931 Π1472; US.P. 16 40 952 — 1927 — C 1927 Il 2336; US.P. 17 93 501 — 1931 - C 193112915).Catch deposition of TiOj (Burgess Titanium Co, SS. Svendsen, Can, P, 369 915 [1938] according to G1938II 4368; Norw. P. 58 413 [1937] according to C, 1937II4466; Norw. P, 58 757 [1938] according to C, 1936 U 1409), further proposals relate to the formation of alkali or alkaline earth titanates at elevated temperatures, which then after treatment with acids (H 2 SO 4 , HCl, H 2 SO 3 ) are suitable solutions for the hydrolysis of Titanium dioxide hydrate result. Thus, for example by Richter HW (US.P. 19 32087 (1933) C 193 411 396) rutile treated at temperatures up to 650 0 C with 75% NaOH solution and with NazCO3 avoiding the molten state, so that a calcination product is produced, which contains around 46% acid-soluble TiO 2 as Na 2 TiO 3. To remove the Fe, the residue is washed out with 5-10% H 2 SO 4 and then digested with 50% H 2 SO 4 . Is the use of MgO for the decomposition of rutile via the formation of MgTiO 3 at temperatures of 1500 0 C the subject of various patenting (Metal & Thermit Corp. SJ Lubowsky (BJ 3 51841-1931 - C 1931II1740;. 7 FP 02642-1931 - after C. 1931 Π1472; US.P. 16 40 952 - 1927 - C 1927 Il 2336; US.P. 17 93 501 - 1931 - C 193112915).

Nachteilig bei den zuletzt erwähnten Verfahren ist die Verringerung des Metallgehaltes der Erzkonzentrate durch den Zusatz von Reaktionspartnern. Für den vollständigen Umsatz von Rutil z. B. mit MgO zu MgTiO3 führt der Zusatz von MgO zu einer Verringerung des Titangehaltes des Rohstoffs von max. 60 auf 40%. Weiterhin müssen die zugesetzten Fremdelemente wieder abgetrennt und nach Möglichkeit in einem anschließenden Verfahrensschritt zu der Augangsverbindung regeneriert werden. Diese Manipulationen führen neben einem sehr hohen Reagenzverbrauch gegenüber dem direkten Aufschluß von Rutil mit Schwefelsäure zu einem erheblichen verfahrenstechnischen Aufwand.The disadvantage of the last-mentioned process is the reduction in the metal content of the ore concentrates due to the addition of reactants. For the complete conversion of rutile z. B. with MgO to MgTiO 3 , the addition of MgO leads to a reduction in the titanium content of the raw material from a maximum of 60 to 40%. Furthermore, the added foreign elements must be separated again and, if possible, regenerated in a subsequent process step to form the output connection. In addition to a very high level of reagent consumption compared to the direct digestion of rutile with sulfuric acid, these manipulations lead to a considerable outlay in terms of process technology.

Obgleich eingeräumt werden muß, daß insbesondere mit dem erläuterten Verfahren der Chlorierung von Rutil oder Rutil-Schlacken der metallurgischen Ilmenitaufbereitung ein zufriedenstellender Aufschluß erzielt werden kann, gibt es bisher keine wirtschaftliche Lösung, wenn die genannten Rohstoffe nicht als hochprozentige Konzentrate bzw. mit Eisengehalten über 10% vorliegen. Insbesondere für Rutilsande, die sich aufgrund ihrer Feinkörnigkeit nach den herkömmlichen mechanischen Aufbereitungsverfahren nicht zu den geforderten hochprozentigen Konzentraten mit 90-95% TiO2 anreichern lassen, und Rutil enthaltende polymineralische Titanerzkonzentrate mit TiOrGehalten unter 80% fehlt eine Alternative zum Chlorierungsprozeß.Although it must be admitted that a satisfactory digestion can be achieved, in particular with the above-mentioned process of chlorination of rutile or rutile slag from metallurgical ilmenite processing, there has so far been no economical solution if the raw materials mentioned are not in the form of high-percentage concentrates or with iron contents above 10 % are available. Particularly for rutile sands, which, due to their fine grain size, cannot be enriched to the required high-percentage concentrates with 90-95% TiO 2 using conventional mechanical processing methods, and rutile-containing polymineral titanium ore concentrates with TiOr contents below 80%, there is no alternative to the chlorination process.

Es wurde nun gefunden, daß entgegen der Lehrmeinung ein direkter vollständiger Aufschluß von Rutil sowie Rutil enthaltenden polymineralischen Titanerzen und -Schlacken mit Schwefelsäure in einer Stufe möglich ist, wenn eine mechanische Aktivierung von Rutil bzw. eines Rutilanteils in Titanrohstoffen in Form von Strukturveränderungen durch Gitterstörungen und Gitterleerstellen derart erfolgt, daß das durch Röntgenfeinstrukturmessungen für Rutil bestimmbare Verhältnis der Reflexionsintensitäten des aktivierten Materials zum inaktiven Ausgangsmaterial ///„ kleiner 0,7 vorzugsweise 0,50 ist.It has now been found that, contrary to the doctrinal opinion, a direct, complete digestion of rutile as well as rutile-containing polymineral titanium ores and slags with sulfuric acid in one stage is possible if a mechanical activation of rutile or a rutile component in titanium raw materials in the form of structural changes due to lattice disturbances and lattice vacancies takes place in such a way that the ratio of the reflection intensities of the activated material which can be determined by X-ray fine structure measurements for rutile to the inactive starting material /// "is less than 0.7, preferably 0.50.

Bei der erfindungswesentlichen mechanischen Aktivierung werden durch Stoßbeanspruchung von Rutil über die durch den Zerkleinerungseffekt bedingteIn the case of mechanical activation, which is essential to the invention, the shock load of rutile about those caused by the crushing effect

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2020th

OberflächenvergöQerung hinaus Strukturvarian.en und instabile Zwischenzustände durch Gitterstörungen und Gitterleerstellen, letztere als Folge der Dissoziation eines geringen Sauerstoffanteils, erzeugt Diese Strukturveränderungen und -umorientierungen führen zu Veränderungen der thermodynamischen Voraussetzungen und rufen neben, der bekannten starken Erhöhung der Suszeptibilität und der spez. elektrischen Leitfähigkeit (Ehrlich, P.: Phasenverhältnisse und magnetisches Verhalten im System Titan-Sauerstoff, Z. Elektrochemie 45 [1939] S. 262 - 72; Verwey, EJ.W.: Elektronenleirang in nichtmetallischen Stoffen, Philips techn. Rundschau 9 [1947] S. 47-54) eine so starke Verbesserung des Aufschlußverhaltens von Rutil mit Schwefelsäure hervor, daß ein direkter Aufschluß in einer Stufe bereits bei Temperaturen von 200° C möglich ist Als Zerkleinerungsverfahren zur Erzeugung von Strukturveränderungen ist die Schwingmahlung aufgrund ihrer vorwiegend stoßenden Beanspruchung bei Beschleunigungen bis zu 10 g und Punkttemperaturen größer 8000C besonders geeignet.Surface enlargement in addition to structural variations and unstable intermediate states due to lattice disturbances and lattice vacancies, the latter generated as a result of the dissociation of a low proportion of oxygen. electrical conductivity (Ehrlich, P .: phase relationships and magnetic behavior in the titanium-oxygen system, Z. Elektrochemie 45 [1939] pp. 262 - 72; Verwey, EJ.W .: electron level in non-metallic substances, Philips techn. Rundschau 9 [1947 ] Pp. 47-54) shows such a strong improvement in the digestion behavior of rutile with sulfuric acid that direct digestion in one stage is possible at temperatures as low as 200 ° C. As a comminution process for producing structural changes, vibratory milling is used due to its predominantly impacting stress accelerations of up to 10 g and point temperatures greater than 800 0 C are particularly suitable.

Schwingmühlen sind entsprechend i's physikalischchemische Reaktoren aufzufassen (Gock, E: Maßnahmen zur Verringerung des Energiebedarfs bei der Schwingmahlung, Aufbereitungs-Technik, 1979, S. 343/47).Vibrating mills are to be understood according to i's physicochemical reactors (Gock, E: measures to reduce the energy requirement in the Vibratory grinding, processing technology, 1979, p. 343/47).

Bei der herkömmlichen Kugelmahlung, bei der die stoßende Beanspruchung neben der reibenden Beanspruchung nur eine untergeordnete Rolle spielt reicht die Beanspruchungsenergie für die Erzeugung von Strukturveränderungen im allgemeinen nicht aus, so daß ein vollständiger Aufschluß von Rutil mit Schwefelsäure nach dieser Vorbehandlungsmethode in einer Prozeßstufe nicht möglich ist Dieser Sachverhalt wird durch die Offenlegungsschrift DE-OS 17 92582 bestätigt in der für den Aufschluß von Rutil, welcher in der Kugelmühle auf eine obere Korngrenze von 40 um zerkleinert wird, mit konzentrierter Schwefelsäure im Überschuß zur Herstellung von wasserfreiem Titanylsulfat sine mehrstufige Prozeßführung beansprucht wird. Die Erhöhung der Reaktionsfähigkeit von Rutil nach der Kugelmahlung auf eine obere Korngrenze von 40 |xm ist im wesentlichen die Folge der Verbesserung des statistischen Verhältnisses im Kontakt zwischen Mineraloberfläche und Aufschlußmittel. Eine Veränderung der thermodynamischen Voraussetzungen, wie sie bei mechanisch aktiviertem Rutil u.a. durch die Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit der Magnetisierbarkeit und der Herabsetzung der Reaktionstemperatur als Folge der Strukturveränderungen zum Ausdruck kommen, wird durch Zerkleinerung von Rutil auf eine obere Korngrenze von 40 μιη durch Kugelmahlung nicht erreicht Dieser Sachverhalt wird in der Offenlegungsschrift DE-OS 17 92 582 aufgrund von Angaben über die Reaktionsbedingungen des Aufschlusses von Rutil mit einer oberen Korngrenze von 40 μηι bestätigt Als extreme Reaktionsbedingungen werden in dieser Schrift eingeräumt:In conventional ball milling, in which the impacting stress only plays a subordinate role alongside the frictional stress the stress energy for the generation of structural changes is generally not sufficient, so that a complete digestion of rutile with sulfuric acid after this pretreatment method is not possible in one process stage the patent application DE-OS 17 92582 confirmed in the for the digestion of rutile, which in the Ball mill is crushed to an upper grain limit of 40 µm, with concentrated sulfuric acid in the Excess for the production of anhydrous titanyl sulfate sine multi-stage process management claimed will. The increase in the reactivity of rutile after ball milling to an upper grain limit of 40 | xm is essentially the result of the improvement the statistical relationship in the contact between mineral surface and disintegrant. A change in thermodynamic conditions, like them in the case of mechanically activated rutile, among other things, by increasing the electrical conductivity of the magnetisability and reducing the reaction temperature as a result of the structural changes to the Expression is not achieved by crushing rutile to an upper grain limit of 40 μm by ball milling Offenlegungsschrift DE-OS 17 92 582 based on information about the reaction conditions of the digestion of rutile with an upper grain limit of 40 μηι confirmed The following extreme reaction conditions are granted in this document:

— Reaktionstemperaturen bis 300° C- Reaction temperatures up to 300 ° C

— Schwefelsäure (94-98%ig) bis zum 19fachen Oberschuß - Sulfuric acid (94-98%) up to a 19-fold excess

— Reaktionszeiten bis zu 24 Stunden- Response times up to 24 hours

...« für einen guten Aufschlußgrad von über 95%« müssen »Mindestzeiten eingehalten werden, die für Aufschlußtemperaturen von 220°C bei 20 Stunden ... 6r> liegen« (S. 5, Abs. 1).... "for a good degree of digestion of over 95%", "minimum times must be observed, which for digestion temperatures of 220 ° C are 20 hours ... 6 r >" (p. 5, paragraph 1).

Die Überlegenheit der Methode der mechanischen Aktivierung gegenüber der der OberflächenvergrößeThe superiority of the method of mechanical activation over that of surface enlargement rung durch Kugelmahlung für den Aufschluß von Rutil mit Schwefelsäure läßt sich am besten an den Reaktionsbedingungen demonstrieren. Bei einem Aktivierungsgrad J/io=055 wird ein Aufschluß von 97% unter folgenden Bedingungen erreicht (siehe Tabelle 1, Seitell):Ball milling for the digestion of rutile with sulfuric acid can best be demonstrated by the reaction conditions. With a degree of activation J / io = 055, a digestion of 97% is achieved under the following conditions (see Table 1, page):

— Reaktionstemperatur 200° C- reaction temperature 200 ° C

— Schwefelsäure (85%ig) etwa stöchiometriscb (TiO2 ZuH2SO4 = I :2J5) - sulfuric acid (85%) about stoichiometric (TiO 2 ZuH 2 SO 4 = I : 2J5)

— Reaktionszeit 3 Stunden.- Response time 3 hours.

Bei der erfindungswesentlichen mechanischen Aktivierung von Rutil wird der Grad der mechanischen Aktivierung bestimmt mit Hilfe des Verhältnisses der Röntgenbeugungsintensitäten des aktivierten Materials (I) zum inaktiven Ausgangsmaterial (Io). Zur Definition des inaktiven Ausgangsmaterials und zur Abgrenzung wurde festgelegt daß durch Kugelmahlung eine Zerkleinerung in der Art vorhergeht daß die Körnung kleiner 10 um ist (siehe auch S. 8,1. Absatz).In the mechanical activation of rutile, which is essential to the invention, the degree of mechanical activation is determined with the aid of the ratio of the X-ray diffraction intensities of the activated material (I) to the inactive starting material (Io). In order to define the inactive starting material and to delimit it, it was determined that ball milling is preceded by grinding in such a way that the grain size is less than 10 µm (see also p. 8.1. Paragraph).

Der Grad der mechanische? Aktivierung von Rutil kann durch Messungen der Zunähme der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit und der Suszeptibilität sowie durch die Verringerung der Röntgenintensitäten an den für Rutil spezifischen Kristallgitterebenen bei Röntgenfe'nstrukturaufnahmen erfolgen. Während Leitfähig- keits- und Suszeptibilitätsmessungen reine Rutilkonzentrate voraussetzen, können die Röntgenfeinstrukturaufnahmen von Rutil auch dann erfolgen, wenn dieses Mineral in geringer Konzentration oder als Bestandteil polymineraiischer Titanerze und -Schlacken auftrittThe degree of mechanical? Activation of rutile can be determined by measurements of the increase in the specific electrical conductivity and susceptibility as well as by reducing the X-ray intensities at the for rutile-specific crystal lattice planes in X-ray structure recordings. While conductive If the ability and susceptibility measurements require pure rutile concentrates, the X-ray fine structure recordings of rutile can also be made if this Mineral occurs in low concentration or as a component of polymineraiischer titanium ores and slags

Die Messung der Röntgenintensitäten bei der Röntgenbeugung an statistisch verteilten Kristallgitterebenen in Pulverpräparaten und damit die Bestimmung des Grades der mechanischen Aktivierung von Rutil in Abhängigkeit vom Energieaufwand des Schwingmahlprozesses ist nach den von H. Neff in »Grundlagen und Anwendung der Röntgen-Feinstruktur-Analyse«, Oldenbourg, München, 1962, Kapitel 10 und von R. Glocker in »Materialprüfung mit Röntgenstrahlen«, Springer-Verlag, Berlin 1971, Kapitel VL 21. und 26. beschriebenen Methoden möglich. Die röntgenographischen Untersuchungen für das erfindungsgemäße Verfahren erfolgten mit einem Krirtalloflex IV mit Zählrohrgoniometer. Als Strahlungsquelle wurde eine Röntgenröhre mit Co-Antikathode benutzt und als Strahlungsdetektor diente ein X-Proportionalzählrohr mit vorgesetztem Fe-Filter. Die Messungen der Intensitäten erfolgten bei den nach der Bragg'schen Gleichung für bestimmte Kristallgitterebenen berechenbaren Winkeln sowie durch die Bestimmung der integralen Flüchenintensitäten beim Durchlaufen der infrage kommenden Winkelbereiche mit Hilfe eines Impulszählers.The measurement of the X-ray intensities in X-ray diffraction on statistically distributed crystal lattice planes in powder preparations and thus the determination the degree of mechanical activation of rutile depending on the energy expenditure of the vibratory milling process is according to the von H. Neff in »Fundamentals and Application of the X-ray Fine Structure Analysis ", Oldenbourg, Munich, 1962, Chapter 10 and by R. Glocker in "Material testing with X-rays", Springer-Verlag, Berlin 1971, Chapter VL 21. and 26. methods described possible. The radiographic examinations for the inventive Procedures were carried out with a Krirtalloflex IV with a counter tube goniometer. A An X-ray tube with a Co-anticathode and an X-proportional counter tube served as a radiation detector with an Fe filter in front. The measurements of the intensities were carried out with the Bragg's Equation for certain crystal lattice planes calculable angles as well as by determining the integral cursing intensities when going through the angle ranges in question with the help of a Pulse counter.

Die Präparation wurde durch Einpressen der zu messenden Pulverproben in das miuig angeordnete Loch (0 20 mm) eines quadratischen Probenträgers vorgenommen. Um einen Einfluß der Präpafationsmethode bei Vergleichsmessungen auszuschließen, wurden Einwaage und Preßdruck jeweils konstant gehalten (2,5 g, 0,2 t).The preparation was arranged by pressing the powder samples to be measured into the medium Hole (0 20 mm) made of a square sample holder. In order to rule out any influence of the preparation method in comparative measurements, The initial weight and pressing pressure were kept constant (2.5 g, 0.2 t).

Es wurden die Röntgenbeugungsintensitäteit an folgenden Gitterebenen von Rutil, deren Lage durch die Miller'schen Indices (h k /^bestimmt sind, gemessen: 110(d = 3,25A°) 211 (d = 1.69 A0) 101 (d = 2,49 A°) The X-ray diffraction intensity was measured at the following lattice planes of rutile, the position of which is determined by the Miller indices (hk / ^: 110 (d = 3.25A °) 211 (d = 1.69 A 0 ) 101 (d = 2, 49 A °)

Mit zunehmender mechanischer Bea.ispr Hing von Rutil durch Schwingmahlung verringern sich dieWith increasing mechanical Bea.ispr Hing of The rutile values are reduced by vibratory milling

Röntgenbeugungsintensitäten ohne wesentliche Linienverbreiterung. Dies ist ein Ausdruck von Gitterstörungen, die als »eingefrorene Wärmeschwingungen« bezeichnet werden. Es liegt die Vorstellung zugrunde, daß die Wärmeschwingungen der Atome und ihre ϊ Normallage im Gitter durch Energieeinwirkung plötzlich fixiert werden, so daß sich eine Verlagerung der Atomschwerpunkte ergibt; die Wärmeschwingungen werden dann um diese neue Lage ausgeführt. Als Störamplitude wird die mittlere Atomverrückung ö.y in senkrecht zur betrachteten Netzebene bezeichnet.X-ray diffraction intensities without significant line broadening. This is an expression of lattice disturbance, which are referred to as "frozen thermal oscillations". It is based on the idea that the heat oscillations of the atoms and their ϊ normal position in the lattice suddenly occur through the action of energy be fixed, so that there is a shift in the centers of gravity of the atom; the thermal vibrations are then executed around this new layer. The mean atomic displacement ö.y in called perpendicular to the network plane under consideration.

Um Absolutmessungen zu vermeiden, wurde für die röntgenographische Ermittlung der Gitterstörungen bei Rutil in Abhängigkeit von der mechanischen Beanspruchung, die von R. Fricke (Z. Elektrochemie Bd. 46 [1940] ι > S. 491) für chemisch aktive Stoffe vorgeschlagene Messung des Intensitätsverhältnisses zwischen einem ungestörten Bezugspräparat und einem gestörten Präparat entsprechend der folgenden Gleichung vorge-In order to avoid absolute measurements, for the radiographic determination of the grid disturbances at Rutile as a function of the mechanical stress, which by R. Fricke (Z. Elektrochemie Vol. 46 [1940] ι> P. 491) for chemically active substances proposed measurement of the intensity ratio between a an undisturbed reference preparation and a disturbed preparation according to the following equation

i'iuiViilicn: X i'iuiViilicn: X

2525th

Es bedeutet:It means:

λ die Wellenlänge des Röntgenlichtes und
& der beobachtete Reflexionswinkel.
λ is the wavelength of the X-ray light and
& the observed angle of reflection.

Für die erfindungswesentliche mechanische Aktivierung von Rutil in Abhängigkeit von der mechanischen Beanspruchung durch Schwingmahlung läßt sich, wie durch Serienversuche belegt werden konnte, die beschriebene Meßmethode in der Form vereinfachen, daß anstatt des logarithmischen Verhältnisses das direkte Intensitätsverhältnis zwischen dem inaktiven Ausgangsmaterial und dem mechanisch aktivierten Material herangezogen wird. Zur Definition des inaktiven Ausgangsmaterials wurde festgelegt, daß durch Kugelmahlung eine Zerkleinerung in der Art vohrhergeht, daß die Körnung 100% kleiner 10 μπι ist. Da die Phasengrenze der Rutilstruktur bei Sauerstoffdefizit bis zu einer Stöchiometrie von T1O130 gesichert ist (Ehrlich, P.: Phasenverhältnisse ... im System Titan/ Sauerstoff, Z. Elektrochemie 45 [1939] S. 362/72) stellt jedes Intensitätsverhältnis ///„ eine Summenkenngröße dar, die eine Informationsverdichtung über Kornverteilungen, Gitterstörungen und Gitterleerstellen ist, und der ein bestimmtes Aufschlußverhalten von Rutil in Schwefelsäure zugeordnet ist.For the mechanical activation of rutile, which is essential to the invention, as a function of the mechanical Stress by vibratory grinding can be, as could be proven by series tests, the simplify the measurement method described in the form that instead of the logarithmic ratio, the direct intensity ratio between the inactive starting material and the mechanically activated Material is used. For the definition of the inactive starting material it was determined that by ball milling a comminution in such a way that the grain size is 100% smaller than 10 μm. Since the phase boundary of the rutile structure is secured up to a stoichiometry of T1O130 in the event of an oxygen deficit (Ehrlich, P .: phase relationships ... in the titanium / oxygen system, Z. Elektrochemie 45 [1939] p. 362/72) each intensity ratio /// "represents a cumulative parameter, which is a compression of information about grain distributions, Lattice disturbances and lattice vacancies, and which has a certain digestion behavior of rutile in Sulfuric acid is assigned.

Der durch Schwingmahlung erzielte Effekt der mechanischen Aktivierung von Rutil ist abhängig von der Konzentration und der Beschaffenheit ggf. vorhandener Begleitminerale, von der Konstruktion und den Betriebsbedingungen der Schwingmühle sowie von der Dauer der Mahlung. Mit zunehmender Mahldauer erhöht sich die Aufschlußgeschwindigkeit von Rutil sowie ilutil enthaltende polymineralischen Titanerzkonzentraten und -Schlacken mit Schwefelsäure, so daß sich Mahlungs- und Aufschlußdauer aufeinander abstimmen lassen. Läßt sich verfahrenstechnisch eine längere Aufschlußdauer vertreten, ist eine kurze Mahldauer ausreichend. Im Hinblick auf das Volumen des AufschluBreaktors ist es jedoch vorteilhaft, die Reaktionsdauer kurz zu halten. Vorzugsweise erfolgt die Schwingmahlung deshalb derart, daß das für Rutil röntgenographisch ermittelte Intensitätsverhältnis 7/fo mindestens 0,70 istThe effect of mechanical activation of rutile achieved by vibratory milling depends on the concentration and nature of any accompanying minerals that may be present, on the construction and operating conditions of the vibratory mill and on the duration of the milling. With increasing milling time, the rate of disintegration of rutile and polymineral titanium ore concentrates and slags containing ilutile with sulfuric acid increases, so that the milling and disintegration times can be coordinated with one another. If a longer digestion time can be justified in terms of process technology, a short grinding time is sufficient. In view of the volume of the digestion reactor, however, it is advantageous to keep the reaction time short. Vibratory grinding is therefore preferably carried out in such a way that the intensity ratio 7 / fo determined for rutile by X-ray is at least 0.70

Der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durchzuführende Aufschluß von mechanisch aktiviertem Rutil als Erzkonzentrat mit beliebigem Anreicherungsgrad, als Bestandteil polymineralischer Titanerze oder -Schlacken kann, bezogen auf den TiCVGehalt des jeweiligen Rohstoffes, mit Schwefelsäure in praktisch stöchiometrischem Verhältnis erfolgen. Im Bedarfsfall wird für Begleitelemente, die ihrerseits Schwefelsäure verbrauchen, eine zusätzliche Dosierung vorgenommen.The digestion of mechanically activated rutile to be carried out in the process according to the invention as ore concentrate with any degree of enrichment, as a component of polymineral titanium ores or -Slag can, based on the TiCV content of the respective raw material, with sulfuric acid in practical stoichiometric ratio. If necessary, for accompanying elements, which in turn is sulfuric acid consume, made an additional dosage.

Die Kinetik des Aufschlusses von mechanisch aktiviertem Rutil ist stark temperaturabhängig. Der Aufschluß wird daher bevorzugt bei Temperaturen über 1800C durchgeführt. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn der Aufschluß bei Temperaturen zwischen 200 und 2500C vorgenommen wird.The kinetics of the digestion of mechanically activated rutile is strongly temperature dependent. The digestion is therefore preferably carried out at temperatures above 180 0C. The best results are obtained if the digestion is carried out at temperatures between 200 and 250 0 C.

Als Wärmequelle für den Aufschluß kann die Hydrationswärme, die bei Zusatz einer geringen Wassermenge zu dem mit konzentrierter Schwefelsäure angemischtem Titanrohstoff frei wird, dienen. Die bei der Verdünnung von Schwefelsäure eintretende Siedep'jnktserniedrigung bcs'imni* dann Hie bei 760 Torr erreichbare Aufschlußtemperatur. Darüber hinaus bietet die Zugabe einer geringen Wassermenge den Vorteil einer Verminderung der Viskosität der Rohstoff-Säure-Mischung, so daß die Diffusionsbedingungen und damit die Reaktionsgeschwindigkeit des Umsatzes bei der Aufschlußreaktion durch mechanische oder pneumatische Bewegung der Aufschlußmasse verbessert werden können.As a heat source for the digestion, the heat of hydration, which when a small amount is added The amount of water to which the titanium raw material mixed with concentrated sulfuric acid is released are used. The at the lowering of the boiling point resulting from the dilution of sulfuric acid bcs'imni * then here at 760 Torr achievable digestion temperature. In addition, adding a small amount of water has the advantage a reduction in the viscosity of the raw material-acid mixture, so that the diffusion conditions and thus the reaction rate of the conversion in the digestion reaction by mechanical or pneumatic Movement of the digestion mass can be improved.

Erhöhte Drücke sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entbehrlich, wenn der Siedepunkt der angewendeten Schwefelsäurekonzentration oberhalb 1800C liegt. Für eine ggf. erforderliche Verarbeitung dünnerer Säuren z.B. 55%iger Schwefelsäure, deren Siedepunkt bei 130° C liegt, ist zum Erreichen des bevorzugten Temperaturbereiches oberhalb von 1800C ein erhöhter Wasserdampfdruck erforderlich.Elevated pressures are unnecessary in the novel process, if the boiling point of the applied sulfuric acid concentration is above 180 0 C. For any necessary processing of thinner acids, for example, 55% sulfuric acid whose boiling point is 130 ° C, to achieve the preferred temperature range above 180 0 C, an increased steam pressure is required.

Die Weiterverarbeitung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten wasserlöslichen Aufschlußmasse kann in Anlehnung an die Verfahrenstechnik des »Norwegischen Prozesses« zur Aufarbeitung von Ilmeniten wie folgt vorgenommen werden: Auflösung der Aufschlußmasse mit Wasser oder Dünnsäure aus dem Kreislauf des Prozesses, Trennung fest — flüssig, Reinigung des Filtrats von Fremdelementen, Ausfällung von Titandioxidhydrat durch Hydrolyse, Calcination von Titandioxidhydrat zu Titandioxid, sowie Herstellung von TiOrPigmenten durch mechanische und chemische Nachbehandlung.The further processing of the water-soluble digestion mass produced by the process according to the invention can be based on the process engineering of the »Norwegian Process« for the processing of Ilmenites are made as follows: Dissolve the digestion mass with water or dilute acid the cycle of the process, separation solid - liquid, Purification of foreign elements from the filtrate, precipitation of titanium dioxide hydrate by hydrolysis, calcination from titanium dioxide hydrate to titanium dioxide, as well as production of TiOr pigments by mechanical and chemical post-treatment.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele erläutert:The invention is illustrated by the following examples:

Beispiel 1example 1

Der Effekt der mechanischen Aktivierung läßt sich am besten an einem reinen Konzentrat von natürlichem Rutil nachweisen. Es wurde ein Rutilkonzentrat mit der folgenden Zusammensetzung benutzt:
5930% Ti (9931% TiO2)
0,07% Fe
The effect of mechanical activation can best be demonstrated on a pure concentrate of natural rutile. A rutile concentrate with the following composition was used:
5930% Ti (9931% TiO 2 )
0.07% Fe

Der theoretische Τι-Gehalt von Rutil beträgt 5935%. Die mechanische Aktivierung erfolgte im Satellitenbehälter einer Betriebs-Rohrschwingmühle. Als Maß für die mechanische Beanspruchung wird der spezifische Energieaufwand pro Tonne Mahlgut angegeben. Der Grad der mechanischen Aktivierung von Rutil wird durch das Verhältnis der Röntgenbeugungsintensitäten des aktivierten Mahlgutes (I) zum inaktiven Ausgangsmatenal (Iq) an der Gitterebene 110 entsprechend 2 θ = 32,1° bei Verwendung von Co-Strahhing ausge-The theoretical Τι content of rutile is 5935%. The mechanical activation took place in the satellite container of an operational vibratory tube mill. The specific energy expenditure per ton of regrind is given as a measure of the mechanical stress. The degree of mechanical activation of rutile is given by the ratio of the X-ray diffraction intensities of the activated millbase (I) to the inactive starting material (Iq) at the lattice plane 110 corresponding to 2θ = 32.1 ° when using Co radiation.

drückt. Die Herstellung der definitionsgemaßen Körnung 100% kleiner 10 μπι für das inaktive Ausgangsmaterial erfolgte durch Zerkleinerung in einer Kugelmühle. Für den Aufschluß von 100 g Rutil wurde 85%ige Schwefelsäure im stöchimnetrischen Verhältnis eingesetzt. Die Reaktionstemperatur betrug 200°C. Tabelle 1 zeigt die Abhängigkeit der mechanischen Aktivierungpresses. The production of the defined grain size 100% less than 10 μm for the inactive starting material took place by grinding in a ball mill. For the digestion of 100 g of rutile, 85% strength was used Sulfuric acid used in a stoichiometric ratio. The reaction temperature was 200 ° C. Table 1 shows the dependency of the mechanical activation

1010

von Rutil vom spezifischen Energieaufwand bei der Schwingmahlung und die daraus resultierende Reaktionsgeschwindigkeit des Aufschlusses mit Schwefelsäure zu wasserlöslichem Titansulfat. Der Aufschlußgrad wurde jeweils durch Ermittlung des wasserlöslichen Anteils bzw. durch quantitative Röntgenfeinstrukturanalyse festgestellt.of rutile from the specific energy expenditure in vibratory grinding and the resulting reaction speed the digestion with sulfuric acid to water-soluble titanium sulfate. The degree of exposure was determined in each case by determining the water-soluble fraction or by quantitative X-ray fine structure analysis established.

Tabelle 1Table 1 Reinigen-
Intensitäten
(Uli)
Clean-
Intensities
(Uli)
Aufschlußgrad ("■'«)
in .Abhängigkeil von
Degree of exposure ("■ '")
in .dependent wedge of
3 h3 h Aufschlußdaucr lh)Digestion time lh) 6 h6 h 8h8h ==
Spezifi
scher
F-'nergic-
A u Iwan el
Specifi
shear
F-'nergic-
A u Ivan el
//,,.// ,,. 2 h2 h 20,020.0 4 h4 h 27,327.3 29,929.9
kWh/tkWh / t 1.01.0 17,017.0 in c
J7,J
in c
J7, J
22,022.0 S2 7S2 7 6!,06!, 0 II.
00 0,780.78 34,634.6 72,172.1 Λ Λ Ο
T-T,(J
Λ Λ Ο
TT, (J
96,596.5 98,498.4
7575 0.640.64 57,057.0 79.579.5 80.280.2 98,798.7 -- 120120 0,580.58 66.966.9 97,097.0 90,990.9 -- -- 180180 0.550.55 85,285.2 -- 240240

Beispiel 2Example 2

Für das Rutilkonzentrat gemäß Beispiel 1 zeigt Tabelle 2 den Einfluß der Schwefelsäure-Anfangskonzentration auf die Reaktionsgeschwindigkeit des Aufschlusses. Der Grad d>:r mechanischen Aktivierung, ausgedrückt durch das Verhältnis der Röntgenbeugungsintensitäten l//a bstrug 0,58. Der Feststoffgehalt und die Aufschlußtemperatur waren mit 100 g und 200° C konstante Einfluß.größen.For the rutile concentrate according to Example 1, Table 2 shows the influence of the initial sulfuric acid concentration on the reaction rate of the digestion. The degree d>: r mechanical activation, expressed by the ratio of the X-ray diffraction intensities l / / a was 0.58. The solids content and the digestion temperature were constant influencing variables at 100 g and 200 ° C.

Tabelle 2Table 2

ll:so4-Kon/. ll : so 4 -Con /.

Aufschluügrail (%)Inclusion Trail (%)

in Abhängigkeit von Aufschluß dauer (h)depending on digestion time (h)

3h3h

2 h2 h

4 h4 h

55,4
59,6
66,9
55.4
59.6
66.9

67,0
71,2
79,5
67.0
71.2
79.5

77,2 83,9 90,977.2 83.9 90.9

Beispiel 2 0,58. Die bei verschiedenen Reaktionstemperaturen in Abhängigkeit von der Reaktionsdauer erzielten Aufschlüsse zeigt Tabelle 3Example 2 0.58. The at different reaction temperatures depending on the reaction time The results obtained are shown in Table 3

Tabelle 3Table 3

Tem- Aufschlußgrad (%)Tem- digestion level (%)

peralur in Abhängigkeit von der Aufschlußdauer (h)peralur depending on the digestion time (h)

C 2h 4h 6h 8hC 2h 4h 6h 8h

180180

200200

200"200 "

220220

250250

Da für den Umsatz von Rutil mit Schwefelsäure von stöchiometrischen Bedingungen ausgegangen wird, kann eine Verringerung der Schwefelsäureanfangskonzentration nur durch Zuführung von Wasser bzw. überhitztem Wasserdampf zu dieser Säuremenge erfolgen. Die durch Verdünnung mit Wasser bzw. überhitztem Wasserdampf eintretende Verringerung der Viskosität des Rohsnoff-Säure-Gemisches läßt eine mechanische oder pneumatische Bewegung des Reaktionsgemisches zu. Die damit verbundene Verbesserung der Diffusionsbedingungen kommt, wie Tabelle 2 zeigt, durch eine Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit zum Ausdruck.Since stoichiometric conditions are assumed for the conversion of rutile with sulfuric acid, a reduction in the initial sulfuric acid concentration can only be achieved by adding water or superheated steam to this amount of acid. The dilution with water resp. Superheated steam occurring reduction in the viscosity of the Rohsnoff-acid mixture leaves a mechanical or pneumatic movement of the reaction mixture. The associated improvement the diffusion conditions come, as Table 2 shows, expressed by an increase in the rate of response.

Beispiel 3Example 3

Zur Demonstration der Temperaturabhängigkeit des Aufschlusses von Rutil wird ebenfalls das Konzentrat gemäß Beispiel i herangezogen. PQr alle Versuche wurden IOC' g Rutil mit 90%iger H2SO4 angemischt Der Grad der mechanischen Aktivierung Vu> betrug gemäß 53,6
59,6
62,0
68,4
69,5
The concentrate according to Example i is also used to demonstrate the temperature dependence of the digestion of rutile. For all experiments, IOC g of rutile were mixed with 90% H 2 SO 4. The degree of mechanical activation Vu> was 53.6
59.6
62.0
68.4
69.5

66,6
85,1
87,4
89,0
89,5
66.6
85.1
87.4
89.0
89.5

78,5 96,1 97,9 98.2 98,678.5 96.1 97.9 98.2 98.6

Die in Tabelle 3 mit einem Stern gekennzeichnete Versuchsreihe wurde mit 55%iger Schwefelsäure, die ihren Siedepunkt bei 1300C hat, im Autoklaven bei erhöhtem Wasserdampfdruck (7,5 bar) bei 2000C gefahren. Das Ergebnis zeigt, daß unter der Voraussetzung eines ausreichenden Säureangebotes die Reaktionstemperatur die entscheidende BetriebsbedingungThe test series marked with an asterisk in Table 3 was carried out with 55% strength sulfuric acid, which has its boiling point at 130 ° C., in an autoclave at an increased water vapor pressure (7.5 bar) at 200 ° C. The result shows that, provided that there is a sufficient supply of acid, the reaction temperature is the decisive operating condition

Beispiel 4Example 4

Zum Nachweis der generellen Gültigkeit der Aufschließbarkeit von Rutil durch mechanische Aktivierung werden in Tabelle 4 die Aufschlußergebnisse für ein geringhaltiges Rutilkonzentrat mit 75,6% TiO2 angegeben. Für das Rutilkonzentrat wurde folgende Zusammensetzung analysiert:
4532% Ti (75,6% TiO2)
1131% Fe
1,09% Si
1,72% Ca
0,75% Al
038% Mg
To demonstrate the general validity of the digestibility of rutile by mechanical activation, the digestion results for a low content rutile concentrate with 75.6% TiO 2 are given in Table 4. The following composition was analyzed for the rutile concentrate:
4532% Ti (75.6% TiO 2 )
1131% Fe
1.09% Si
1.72% approx
0.75% Al
038% Mg

Gemäß Beispiel 1 erfolgte der Aufschluß mit 100 g Feststoff und 85%iger H2SO* im stöchiometrischen Verhältnis bei 2000C in Abhängigkeit von der mechanischen Beanspruchung durch Schwingmahhmg.According to Example 1, the digestion took place with 100 g of solid and 85% H 2 SO * in a stoichiometric ratio at 200 ° C., depending on the mechanical stress caused by vibration.

Tabelle 4Table 4

Spezifischer
Energieaufwand
More specific
Energy expenditure
Röntgep-
intensitäten
(110)
X-ray
intensities
(110)
Aufschhißgrad (%> in Abhängigkeit
von der Aufschkuldauer (h)
Degree of expansion (%> depending on
from the duration of the slaughter (h)
4 h4 h (i h (i h 8 h8 h
kW h/i kW h / i ///.,///., 2 h2 h 18.218.2 21,621.6 23,923.9 OO 1,01.0 13,113.1 83.083.0 95,895.8 98,398.3 130130 0,610.61 65,365.3 87.287.2 98.798.7 ._._ 190190 0,520.52 71.271.2

Beispiel 5Example 5

Alternativ zum Chlorierungsprozeß können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Rutilschlacken, die zur Verminderung und Gewinnung des Eisenanteils durch reduzierendes Schmelzen von Ilmenitkonzentraten entstehen, direkt mit Schwefelsäure in einer Stufe aufgeschlossen werden. Als Versuchsmaterial wurde eine Titanschlacke, die bei 9000C zur Rutilbildung angelassen wurde, mit folgendem Metallgehalt benutzt: 46,8% Ti (78% TiO2)
11,4% Fe
As an alternative to the chlorination process, rutile slags, which are produced by reducing melting of ilmenite concentrates in order to reduce and recover the iron content, can be digested directly with sulfuric acid in one step using the process according to the invention. As test material was a titanium slag, which was annealed at 900 0 C for rutile formation, used with the following metal contents: 46.8% Ti (78% TiO 2)
11.4% Fe

1,3% Si1.3% Si

0,5% Al 0.5% Al

0,17% V0.17% V

0,24% Mg0.24% Mg

Für den Aufschluß von 100 g Titan-Schlacke wurde S5%ige H2SO4 nii siöclviöiTictrischcri Verhältnis Cirsgc setzt. Die Arbeitstemperatur betrug 2000C. In Tabelle 5 ist das Aufschlußergebnis in Abhängigkeit vom Grad der mechanischen Aktivierung bei unterschiedlicher Reaktionsdauer angegeben.For the digestion of 100 g titanium slag, S5% H2SO4 was used in a siöclviöiTictrischcri ratio Cirsgc. The operating temperature was 200 0 C. In Table 5, the decomposition result in dependence is indicated by the degree of mechanical activation at different reaction time.

Tabelle 5Table 5

Spezifisther Röntgen-
Energieaufwand Intensitäten
(HO)
Specific X-ray
Energy expenditure intensities
(HO)
HmHm Aufschlußgrad (%) in Abhängigkeit
von der Aufschlußdauer (h)
Degree of exposure (%) depending on
on the digestion time (h)
4 h4 h 6 h6 h 8 h8 h
kW h/tkW h / t 11 2 h2 h 23,423.4 28,428.4 33,233.2 OO 0,640.64 13,913.9 84,084.0 87.987.9 98,798.7 130130 0,570.57 66,266.2 87,287.2 98,898.8 - 180180 Beispiel 6Example 6 69,869.8

Der Aufschluß eines rutilhaltigen polytiiineralischen Titanerzkonzentrates ntdi dem erfindungsgemäßen Verfahren wird am Beispiel eines künstlich hergestellten Gemisches aus 35 Gew.-% Rutil, 30 Gew.-% Ilmenit und 35 Gew.-% Titanomagnetit, in dem Titan ebenfalls als Ilmenit vorliegt, gezeigt. Die chemische Analyse ergab folgende Zusammensetzung:The digestion of a rutile-containing polytineral Titanium ore concentrate ntdi the invention The method is based on the example of an artificially produced mixture of 35 wt .-% rutile, 30 wt .-% ilmenite and 35% by weight of titanomagnetite, in which titanium is also present as ilmenite, is shown. The chemical analysis showed the following composition:

33,6% Ti (21% Ti als Rutil)
21,0% Fe
1,2% Mg
0,8% Al
7,4% SiO2
0,8% V
33.6% Ti (21% Ti as rutile)
21.0% Fe
1.2% Mg
0.8% Al
7.4% SiO 2
0.8% V

gg g ggg g g

H2SO4, 2000C. Die Bestimmung des Grades der mechanischen Aktivierung erfolgte aus dem Verhältnis der Röntgenbeugungsintensitäten ///„des Rutilanteils an der Gitterebene 110. Bei der mechanischen Aktivierung von Rutil in Gegenwart anderer Minerale wirken diese als Mahlhilfsstoffe, so daß sich der für die Aktivierung erforderliche spezifische Energieaufwand verringert In Tabelle 6 ist das Aufschlußergebnis nach verschiedener Reaktionsdauer angegeben. Während der Ilmenitanteil des Erzgemisches auch ohne Vorbehandlung aufgeschlossen werden kann, ist ein vollständiger Aufschluß gemäß der Erfindung erst nach mechanischer Aktivierung des Rutilanteils möglich.H2SO4, 200 0 C. The determination of the degree of mechanical activation was carried out from the ratio of X-ray diffraction intensities /// "of Rutilanteils to the lattice plane 110. In the mechanical activation of rutile in the presence of other minerals, these act as grinding aids, so that the for the specific energy expenditure required for activation is reduced. Table 6 shows the digestion result after various reaction times. While the ilmenite portion of the ore mixture can also be digested without pretreatment, complete digestion according to the invention is only possible after mechanical activation of the rutile portion.

Tabelle 6Table 6 Röntgen-Roentgen-
intensitätenintensities
Rutil (HO)Rutile (HO)
HlOHlO
Aufschlußgrad (%) in Abhängigkeit
von der Aufschiußdauer (h)
2h 4h
Degree of exposure (%) depending on
on the duration of exposure (h)
2h 4h
38,1
82,0
85,3
38.1
82.0
85.3
6h6h 8h8h
SpezifischerMore specific
EnergieaufwandEnergy expenditure
kWh/tkWh / t
1
0,58
030
1
0.58
030
27,3
63,4
/2,4
27.3
63.4
/ 2.4
47,9
96,0
98,7
47.9
96.0
98.7
68,4
99,0
68.4
99.0
0
105
180
0
105
180

Beispiel 7Example 7

1414th

In iitanhaltigen Hochofenschlacken liegt Titan in Form von Eisentitanaten vor, die durch Reaktion von Rutil mit FejOs bei hohen Temperaturen erstehen. Im allgemeinen lassen sich diese Schlacken in gleicher Weise wie Ilmenit aufschließen. Erhebliche Titanverluste ergeben sich jedoch, wenn neben den Eisentitanaten freier Rutil vorliegt. Eine solche Schlacke, der zusätzlich 30 Gew.-% Rutil zugemischt wurden, wurde entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgeschlossen. Die chemische Analyse ergab folgende Zusammensetzung: In titanium-containing blast furnace slag, titanium is present in the form of iron titanates, which are produced by the reaction of Obtain rutile with FejOs at high temperatures. in the in general, these slags can be digested in the same way as ilmenite. Significant loss of titanium arise, however, if free rutile is present in addition to the iron titanates. Such a slag that in addition 30% by weight of rutile were admixed, was digested according to the method according to the invention. The chemical analysis showed the following composition:

Tabelle 7Table 7

47,8% Ti (davon mindestens 18% Ti als TiO2) 10,6% Fe 0,2% Mn 0,7% Ca 3,2% SiO2 0,6% Al 0,4% V47.8% Ti (of which at least 18% Ti as TiO 2 ) 10.6% Fe 0.2% Mn 0.7% Ca 3.2% SiO 2 0.6% Al 0.4% V

Die Aufschlußbedingungen waren: 100 g Schlacke-Rutil-Gemisch, 85%ige H2SO4,200°C. In Tabelle 7 wird das Aufschlußergebnis in Abhängigkeit vom Grad < η mechanischen Aktivierung des Rutilanteils nach verschiedener Reaktionsdauer angegeben.The digestion conditions were: 100 g of a slag-rutile mixture, 85% H 2 SO 4 , 200.degree. Table 7 shows the digestion result as a function of the degree of mechanical activation of the rutile content after various reaction times.

Spezifischer
Energieaufwand
More specific
Energy expenditure
Röntgen-
intcnsitäten
Rutil (110)
Roentgen-
intcnsities
Rutile (110)
Aufschlullgrad (%) in Abhängigkeit
von der Aufschlußdiuicr (h)
Degree of exposure (%) depending on
from the Aufschlussdiuicr (h)
4 h4 h (i Il(i Il X hX h
kW h/lkW h / l II,..II, .. 2 h2 h 49,849.8 62,462.4 78,678.6 00 11 .34,0.34.0 84.584.5 98,598.5 -- 105105 0,600.60 66,366.3 88.988.9 100100 -- 160160 0,540.54 72.972.9

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1, Verfahren zur Herstellung von synthetischem Titandioxid über den direkten Aufschluß von natürlichem Rutil, Rutil enthaltenden polymineralischen Titanerzen und -Schlacken mit Schwefelsäure bei Temperaturen oberhalb 1800C in einer Prozeßstufe, wobei die Erze, Erzkonzentrate und Schlacken vor dem Aufschluß mechanisch aktiviert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Aktivierung durch Schwingmahlung so vorgenommen wird, daß der durch Stoßbeanspruchung erzeugte Grad der mechanischen Aktivierung, ausgedrückt durch die röntgenographische is Kenngröße J//o kleiner als 0,7 ist1, A process for the production of synthetic titania via the direct decomposition of natural rutile, rutile-containing polymineralic titanium ores and slag with sulfuric acid at temperatures above 180 0 C in a process stage, said ores, ore concentrates and slags are mechanically activated prior to the pulping, characterized characterized in that the mechanical activation by vibratory grinding is carried out in such a way that the degree of mechanical activation generated by impact loading, expressed by the radiographic is parameter J // o, is less than 0.7 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dun:h Stoßbeanspruchung erzeugte Grad der mechaniüchen Aktivierung ausgedrückt durch die röntgenographische Kenngröße Ui0 kleiner als 0,5 ist2. The method according to claim 1, characterized in that the degree of mechanical activation generated by the dun: h impact load, expressed by the radiographic parameter Ui 0, is less than 0.5
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