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Verfahren zur Reduktion von Lösungen, die .Titan, Eisen und gegebenenfalls
andere Verbindungen enthalten Bei den meisten Verfahren, die für die Darstellung
von Titansäure oder deren Verbindungen in Vorschlag gebracht worden sind, entsteht
in einer Zwischenstufe der Verfahren eine Lösung, die neben Titan auch Eisen und
Salze anderer Metalle enthält. Je nach der Durchführung des Auflösungsprozesses
wird die Lösung Sulfate, Chloride, freie Säuren usw. oder :Mischungen dieser Stoffe
enthalten. Das Verhältnis zwischen den basischen und sauren Komponenten kann innerhalb
ziemlich weiter Grenzen wechseln. So können Lösungen von Salzen vorliegen, die basisch,
neutral oder sauer sind, es können auch freie Säuren in bedeutenden Mengen anwesend
sein. Auch die Konzentration der Lösung kann innerhalb weiter Grenzen variieren;
man kann mit Lösungen arbeiten, deren -Gehalt an Titanverbindungen von weniger als
50 g bis über 25o g als TiO, im Liter berechnet beträgt.
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Beim Erhitzen dieser Lösungen werden durch hydrolytische Spaltung
Titansäure oder ihre basischen Säureverbindungen in sehr reiner Form ausgefällt,
und in den Lösungen bleiben die übrigen Salze sowie freie Säure nach der Spaltung
der früher gelösten Utansalze zurück.
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Da die in der Praxis vorliegenden Lösungen immer in gewissem Grade
dreiwertige Eisenverbindungen enthalten, ist es vorteilhaft, diese durch -elektrolytische
oder gewöhnliche chemische Reduktion in die zweiwertige Form überzuführen. Dies
geschieht, um ZU verhindern, daß .dreiwertige Eisenverbindungen mit Titansäure zusammen
gefällt werden .und diese verunreinigen.
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Um eine Rückoxydation des zweiwertigen Eisens vor, während oder nach
der hydrolytischen Fällung zu verhindern, hält man es ferner für notwendig, bei
der Reduktion nicht nur den gesamten Eisengehalt in zweiwertige Form überzuführen,
sondern die Reduktion so weit zu führen, daß in der Lösung kleine Mengen- dreiwertiger
Titanverbindungen vorliegen, oft nur Bruchteile eines Grammes dreiwertiger Titanverbindungen
pro Liter.
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Zur Durchführung der chemischen Reduktion werden in der Regel Metalle
angewandt, und zwar besonders metallisches- Eisen oder Eisenlegierungen. Das metallische
Eisen kann
zur Durchführung des ganzen Prozesses oder auch nur eines
Teiles desselben Anwendung finden.
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Bei diesem Verfahren können indessen gewisse Nachteile entstehen,
weil man durch die Zufuhr von Eisen nach der Reduktion Lösungen erhält mit einem
höheren Eisengehalt und niedrigeren Gehalt an freier Säure bzw. Säure an Titan gebunden
als vor der Reduktion, was unter gewissen Verhältnissen für die Qualität des Niederschlages
ungünstig sein kann.
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Die Erfindung betrifft die Reduktion von Lösungen, die durch Behandlung
titanhaltiger Stoffe, z.B. Ilmenit, mit Säuren, insbesondere Schwefelsäure, erhalten
werden, und zwar bezieht sie sich auf die Ermittlung der vorteilhaftesten Bedingungen,
unter welchen die Einwirkung von metallischem Eisen oder Eisenlegierungen auf die
titanhaltigen Lösungen stattfinden kann. Die Erfinderin hat unter anderem den Nutzeffekt
und die Geschwindigkeit (Zeitverbrauch) des Reduktionsprozesses bestimmt als Funktion
der Konzentration, des Säuregrades, der Temperatur, des Reduktionsgrades, der Art
der Eisenmaterialien, der Menge und der Oberflächenverhältnisse der Lösung. DieseUntersuchungen
sind sowohl für die Reduktion von dreiwertigem zu zweiwertigem Eisen als für die
Reduktion von vierwertigem zu dreiwertigem Titan durchgeführt worden.
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Es hat sich gezeigt, daß der Nutzeffekt und Zeitverbrauch des Reduktionsprozesses
in sehr hohem Grade sowohl von der Konzentration der Lösung als von ihrer Temperatar
abhängig ist, und daß es möglich ist, innerhalb bestimmter Konzentrations- und Temperaturgebiete
sehr günstige Arbeitsbedingungen zu erreichen. Durch Wahl einer Konzentration, entsprechend
etwa go bis i3ogTi02 im Liter, neben anderen von den benutzten Rohstoffen gelösten
Verbindungen und Temperaturen unter 6o° C erreicht man bei einem sonst richtig durchgeführten
Prozeß einen Nutzeffekt von über go °/o. Gleichzeitig verläuft das Verfahren sehr
schnell.
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Wesentlich für das Verfahren ist, daß die beiden genannten Bedingungen,
nämlich sowohl die Konzentrations- als auch die Temperaturbedingungen, zueinander
in einem bestimmten Verhältnis stehen, weil der Effekt nur bei gleichzeitiger Einhaltung
dieser Bedingungen erzielt werden kann. Demgemäß besteht das Verfahren darin, daß
die Reduktion in Lösungen ausgeführt wird, deren Gehalt an Titanverbindungen etwa
go bis 13Q g TiO2 im Liter entspricht, und bei Temperaturen, die im wesentlichen
unter 6o° C liegen.
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Da die Reduktion exotherm ist, so wird sie, obwohl dies an sich nicht
unbedingt notwendig ist, derart geleitet, daß die Temperatur um einige Grade während
der Reaktion steigt.
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Es kann dann zweckmäßig sein, während der Schlußreduktion eine Temperatursteigerung
bis über die hier genannten 6o° C stattfinden zu lassen. Hierdurch wird man auch
in gewissem Grade die Geschwindigkeit des Prozesses beschleunigen, ohne den totalen
Nutzeffekt wesentlich herabzusetzen.
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Für die Durchführung des Prozesses gelten die allgemein bekannten
Regeln für die Durchführung heterogener Reaktionen, ' So muß man für eine ausreichende
Bewegung zwischen der festen und der flüssigen Phase Sorge tragen und ferner dafür,
daß keine lokalen Überreduktionen eintreten, die zu einem wesentlich höheren Gehalt
an dreiwertigen Titanverbindungen führen, als er in der fertigreduzierten Lösung
vorhanden sein soll. Die Reaktion kann sowohl kontinuierlich als diskontinuierlich
ausgeführt werden.
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Gewöhnlich wird es am zweckmäßigsten sein, einen Überschuß an Eisenmaterialien
zu benutzen und den Prozeß beim erwünschten Reduktionsgrad zu unterbrechen. -In
gewissen Fällen wird es aber vorteilhafter sein, der Lösung eine berechnete Menge
Reduktionsmittel, je nach der erwünschten Reduktionswirkung, zuzuführen. Dieses
Verfahren ist vorteilhaft, wenn als Reduktionsmittel ein Eisenmaterial mit großer
Oberfläche im Verhältnis zu seinem Gewicht angewandt wird, z. B. Schwammeisen oder
andere feinverteilte Stoffe, die durch Reduktion von Ilmenit oder ähnlichen Körpern
hergestellt werden.