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Verfahren zur Gewinnung von Titanoxyd aus titanhaltigern, eisenschüssigem
Material. Die Erfindung bezieht sich auf .die Gewinnung von Titanoxydkonzentraten
aus titanhaltigem, eisenschüssigem Material, z. B. Ilmenit. Nach vorliegender Erfindung
wird an Ste11e der bisher geübten Verfahren ein neues Verfahren angewendet, wodurch
die gewünschte Trennung erleichtert wird, so daß die Endprodukte schneller und billiger
und häufig auch in größerer Ausbeute gewonnen werden, abgesehen davon, daß sie gewissen
Zwecken besser dienen.
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Bisher hat man die titanhaltigen, eisenschüssigen Stoffe, wie z. B.
die gewöhnlichen titanhaltigen Erze, wie Ilmenit, in der Gegenwart des Sulfides
eines Alkalimetal:ls geschmolzen, das entweder als solches zugesetzt wurde oder
durch Reaktion in der Charge während des Schmelzens aus dem damit vermengten kohlenstoffhaltigen
Material und Sulfat eines Alkalimetalls erzeugt wurde. Die sich ergebende Schmelze
wurde dann entweder vorzugsweise nach vorheriger Auslaugung mit Wasser oder ohne
diese in einem Bad erwärmt, das ein so verdünntes saures Lösemittel für Eisen enthielt,
daß das Eisen und die Eisenverbinidungen, aber nicht die Titanverbindungen gelöst
wurden. Die dann herausgenommenen unlöslichen Rückstände wurden gewaschen, getrocknet
und auf Wunsch geröstet. Das sich daraus ergebende, in der Regel pulverisierte Produkt
war vor der Röstung von ziemlich dunkler bis heilgrauer Farbe oder nach der Röstung
von gelblicher Farbe. Wie durch Analyse festgestellt wurde, bestand es in der Hauptsache
aus Titanoxyd', dessen Prozentsatz etwas durch Röstung erhöht wird; außerdem enthielt
es etwas Natron und Schwefel und eine verhältnismäßig kleine Menge Eisenoxyd.
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Die vorliegende Erfindung stützt sich nun auf die Entdeckung, daß
die notwendigen Reaktionen bei viel niedrigeren Temperaturen herbeigeführt werden
können, als bisher zum Schmelzen :der Charge erforderlich war. Auf dieser' Weise
-werden bessere Ergebnisse erzielt. Anstatt .die Charge zu schmelzen, wird sie unter
ihrem Schmelzpunkt liegenden Temperaturen ausgesetzt, so hoch jedoch; daß die Bildung
von Ferro-Natr iumsulfid und Titanat des Alkalimetalls sicher eintritt. Durch diese
Abänderung im Verfahren wird die Charge während dieser Stufe desselben gesintert.
anstatt geschmolzen und behält deshalb, während sie sich im Ofen befindet und auch
später, in
vorteilhafter Weise eine lose, körnige restalt an Stelle
der kompakten dichten Konsistenz der früher erzeugten Schmelzen.
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Außer anderen Vorteilen des Verfahrens gemäß vorliegender Erfindung
ist die Wirtschaftlichkeit desselben zu erwähnen, da der Ofen nicht mehr mit einem
besonderen feuerbeständigen Ziegel ausgefüttert zu werden braucht. Gewöhnliche Ziegel
und Eisen, welches die niedrigeren Temperaturen aushält, genügen. Auch kann das
früher erforderliche Zermahlen oder die Naßbehandlung der Ofenprodukte fortfallen.
Das neue Verfahren eignet sich auch besser für einen Drehofen, wodurch die mechanische
Handhabung der Charge vorteilhaft erleichtert wird.
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Bei der Ausübung des neuen Verfahrens wird vorzugsweise an Stelle
von Sulfat (aus der Kochsalzzersetzung mit Schwefelsäure) Bisulfat verwendet, und
zwar aus dem Grunde, weil durch das Bisulfat eine größere Schwefelmenge eingeführt
wird, wodurch die Bildung vonFerro--Natriumsulfiden begünstigt wird. Auch ist es
bei der Ausübung des neuen Verfahrens vorteilhaft, in einem Muffelofen oder geschlossenen
Ofen Holzkohle als kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel zu verwenden, und zwar nicht
nur wegen ihrer Reinheit, sondern auch wegen ihres verhältnismäßig größeren Volumens
pro Einheitsgewicht, wodurch die Charge in der gewünschten Weise in einem losen,
körnigen Zustand gehalten wird. Wo jedoch, wie bei einem Drehofen, Feuergase mit
der Charge in Berührung kommen, benutzt man vorzua -weise eine verkolcende, bituminöse
Kohle, da die Verkokung dazu beiträgt, wenn auch nicht zu sehr, lose Teilchen in
eine Masse zusammenzubinden, so daß sie von den Feuergasen nicht fortgeführt werden.
Der von solcher Kohle abgegebene flüchtige Brennstoff trägt ferner dazu bei, die
erforderliche Reduktionstemperatur aufrechtzuerhalten. Natürlich kann auch ein anderes
kohlenstoffhaltiges Material benutzt werden.
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Während hinsichtlich der Trennung ,des Titanoxyds vom Eisenoxyd. durch
Bildung von Ferro-Natriumsulfid und der nachträglichen Behandlung mit Säure us:w.
die Stufen des neuen Verfahrens denjenigen der älteren Verfahren ähnlich sind',
scheinen die chemischen Reaktionen infolge des Unterschiedes in den angewandten
Temperaturen doch etwas andere zu sein. Z. B. scheint weniger Alkalititanat gebildet
zu werden, was wünschenswert ist, indem das Alkali sich so mit Eisensulfid zur Bildung
von in Wasser löslichen Ferro-Natriumsiulfiden verbinden kann.
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Bei der Zusammensetzung der Ofencharge werden Alkalisulfat und. titanhaltiges.Material
im ^üngefähren Verhältnis von i Teil Ilmenit auf I bis il/, Teile Bisulfatküchen
oder das chemische Equivalent desselben genommen, je nach der Temperatur und der
Ofengattung. Die Menge und die Art .des Reduktionsmittels ändern sich in entsprechender
Weise.
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In einem geschlossenen oder Muffelofen sollen verwendet werden:
| titanhaltiges Erz (Ilm.enit) ... ioo Teile, |
| Bisu.lfatkuchen ............... 21o - , |
| Holzkohle - - - » ................. 65 - |
| In einem Dreh- oder Trommelofen werden |
| verwendet: |
| titanhaltiges Erz (Ilmenit) ioo Teile, |
| Bisulfatkuchen ........... 210 - , |
| Weichkohle ............... 125-1j5 - |
Wegen der verhältnismäßig niedrigen Temperatur, wobei Sintern anstatt Schmelzung
eintritt, wird vorzugsweise die Charge so vorbereitet, daß zwischen den festen und
halbfesten Bestandteilen eine möglichst ausgedehnte und gleichförmige Berührung
vorhanden ist. Zu diesem Zweck wird das titanhaltige Erz vorzugsweise bis auf ziemlich
hohe Feinheit gemahlen; das Reduktionsmittel und der Bisulfatkuchen brauchen nicht
so fein gemahlen zu sein, besonders letzterer, da wegen seines verhältnismäßig geringen
Schmelzpunkts und der mechanischen Durcharbeitung-der Charge dieser Bestandteil
vergleichsweise leicht in homogener Weise verteilt wird. Die gemahlenen Bestandteile
werden gründlich ,miteinander vermengt, ehe sie in den Ofen kommen.
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Es hat sich aber herausgestellt, daß Endprodukte, die äußerst wenig
Eisenoxyd enthalten, erzielt werden können, wenn der Bisulfatkuchen zunächst in
einem offenen Eisengefäß bei etwa 165° C geschmolzen wird und das ziemlich fein
pulverisierte, titanhaltige, eisenschüs.sige Material dann zugesetzt und das Gemenge
darauf -bei etwa 175° C bis 25o° C digeriert wird, bis das Steifwerden der Mässe
die annähernde Vollendung der Reaktion zeigt. Dann wird das Reduktionsmittel zugesetzt
und durch Vermengen der Masse einverleibt. Wenn die Masse in dieser Weise behandelt
wird, ehe sie in den Ofen kommt, werden nicht nur die titan.haltigen, eisenschüssigen
Teilchen sehr vollständig mit Bisulfatkuchen bedeckt, wodurch die erwünschte innige
Berührung zwischen diesen - Bestandteilen erzielt wird, sondern es wird auch die
Verbindung der vorhandenen Säure des Bisulfatkuchens- mit dem Eisenoxyd in gewünschter
Weise begünstigt, wie durch die folgende Gleichung angezeigt wird.
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Fe Ti03+2NaHS04 =Na, S04+FeS04+TiOZ+HZO.
Außerdem
wird, wie diese Gleichung zeigt, ein großer Teil des entstehenden 'Wassers während
der vorstehend beschriebenen Zubereitung der Charge beseitigt, und der Schwefel
ist so in der Charge gebunden, daß die Minimalmenge von Schwefeldioxyd (möglicherweise
d. bis 5 Prozent der vorhandenen Schwefelsäure des Bisulfatkuchens) während der
nachfolgenden Ofenbehandlung entweicht. Auf diese Weise wird die Maximalmenge des
Schwefels nutzbar gemacht, um in Wasser lösliche Ferro-Natriumsulfide zu bilden.
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Was die Ofenbehandlung angeht, so können für viele Zwecke verwendbare,
befriedigende Endprodukte dadurch erzielt werden, daß- die Charge auf Temperaturen
von ungefähr 65o° C erhitzt wird. Sollen jedoch die Reaktionen beschleunigt werden,
so kann die Charge auf eine Temperatur von etwa 8oo° C bis 835° C erhitzt werden.
Wird diese letztere Temperatur zwei Stunden lang aufrechterhalten, so wird sie befriedigende
Resultate herbeiführen, ohne daß die Charge zum Schmelzen kommt.
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Das so im Ofen behandelte Material oxydiert sehr rasch, wenn es der
Luft ausgesetzt wird, und muß daher in eine geschlossene Kammer gebracht werden,
wenn es gekühlt «erden soll, ehe es gebraucht wird. Selbst nach dem Abkühlen kann
es sich entzünden, wenn es der Luft ausgesetzt wird. Diese Eigenschaft ist aber
nicht nachteilig, cla beim Ausladen des Materials unmittelbar aus dem Ofen in das
beim Heizen verwendete kalte Wasser zur Bildung von Ferro-Natriumstilfid und Behandlung
mit verdünnter Säure die Ofentemperatur des Materials zum Heizen des Bades ausgenutzt
wird.