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Herstellung einer als Farbstoff geeigneten Titan-Phosphorsäureverbindung
Titanphosphat wird bekanntlich in Form von weißen dicken Flocken durch Mischen von
Phosphorsäure mit Titanchloridlösung ausgefällt; zugleich findet eine vollständige
Fällung von einigem in der Lösung enthaltenen Fe.,0.3 statt, wobei der Niederschlag
zu einer leuchtenden gummiartigen Masse eintrocknet. Ein basisches Titanphosphat
von der Formel 2 Ti0=P,O, 3H=0, das etwas Ammoniak enthält, wird bekanntlich in
gallertartiger Form durch Ausfällen von Chlorwasserstoff enthaltenden Titanlösungen
mit .@mmoniumphosphat gewonnen. Solche gallertartige Niederschläge sind jedoch schwer
zu filtern, waschen und trocknen und würden in technischer Beziehung besonders unvorteilhaft
sein. Es ist auch vorgeschlagen, Titanhydrat mit Phosphorsäure oder einem Phosphat
zu mischen und das Gemisch für den Gebrauch als ein Pigment zu calcinieren.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist gefunden, daß man ein bisher
unbeschriebenes. gefälltes basisches Titanphosphat in einer leicht zu filtrierenden
und waschenden Form ausfällen kann. Dieser Stoff ist im wesentlichen von unerwünschten
Unreinheiten und insbesondere von Eisen frei und hat die Form eines sehr fein verteilten,
aber körnigen und leicht filtrierbaren Niederschlages, der beim Trocknen weder gummi-
noch hornartig, sondern leicht zerreiblich wird. Und zwar wird eine Lösung von Titansalz
mit Phosphorsäure oder passendem Phosphat behandelt: die hierbei zu beobachtenden
Bedingungen hinsichtlich Konzentration, Temperatur, stufenweiser Mischung und freier
Säure der Lösung werden nachstehend allgemein angegeben. Auch ergibt das gemäß der
Erfindung hergestellte, zu einem Hydrat gemachte basische Titanphosphat nach dem
Trocknen und Calcinier en entweder allein oder bis zu einem gewissen Grade mit anderen
gewünschten Stoffen gemischt ein weißes Pigment von hervorragender Gerbkraft.
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Die Konzentration der zu fällenden 'Lösung darf, wenn eine von suspendiertem
Stoff freie Titansulfatlösung genommen wird, nicht 50,'o des Volumens überschreiten,
sie kann vorteilhafterweise beträchtlich niedriger sein; beispielsweise liefert
eine Konzentration von 2,5% Ti0= in solcher Lösung gute Ergebnisse. Die Fällungstemperatur
soll 5o` C oder höher sein, und die Zunahme der Temperatur der reagierenden Lösung
über diese Zahl verbessert beträchtlich die Filtrierbarkeit des Niederschlages.
In einigen Fällen werden die
besten Ergebnisse dadurch erzielt,
daß die Temperatur bis zum- Siedepunkt gesteigert wird. Die Gegenwart einer fein
verteilten Substanz, wie Bariumsulfat, in Suspension unterstützt in derselben Richtung
und ermöglicht auch die Verwendung einer konzentrierteren Titanlösung. Die Gegenwart
von Chloriden, z. B. NaCl, oder Chlorwasserstoff leistet gleichfalls bei der Herstellung
eines filtrierbaren Produktes Dienste, während die Anwesenheit von löslichen Sulfaten
in entgegengesetzter Richtung wirkt. Es ist auch nicht ratsam, die Reaktion zu plötzlich
hervorzubringen, da letzteres die Entstehung eines gallertartigen Produktes fördert.
Deshalb wird vorgezogen, das Phosphat mit der Titanlösung allmählich unter Bewegung
zumischen. Das Mischen vollzieht sich -in der Weise, daß Phosphorsäure oder Phosphat
der Titanlösung zugesetzt wird oder umgekehrt. Wenn die Titanlösung allmählich der
Lösung von Phosphorsäure oder Phosphat zugesetzt wird,_verwendet man zweckmäßig
eine konzentriertere Titanlösung, als wenn die Mischung in umgekehrter Richtung
stattfindet. In einigen solchen Fällen, wo die mannigfaltigen anderen Bedingungen,
wie vorerwähnt,- der Gewiniiuiig eines leicht filtrierbaren. Produktes günstig sind,
darf solche Konzentration eben gerade io Volumenprozente TiO. übersteigen. Um unerwünschte
Unreinheiten, wie Eisen-oder Chromsalze, in Lösung zu erhalten, muß. man freie Säure
gegenwärtig haben, und zwar in beträchtlicher Proportion, z. B. in -beträchtlich
größerem Verhältnis, als es beim Fällen von basischem Titansulfat gewöhnlich tunlich
ist, ohne die gewünschte Fällung zu verhindern, obwohl bei ganz übermäßiger Säurekonzentration
die Fällung vermindert oder verhindert werden kann. In solchem Fall kann, vorausgesetzt
daß die anderen genannten Bedingungen beachtet werden, die erstrebte Fällung doch
zustande gebracht werden, indem ein geeignetes neutralisierendes Mittel, z. B. kohlensaures
Natron, in dem er-. forderlichen Maße zugesetzt wird.
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Wenn ein gemischtes Produkt von basischem Titanphosphat mit einer
anderen passenden Substanz, z. B. Bariumsulfat oder Calciumsulfat, erzielt werden
soll, so kann dies vorteilhaft dadurch erreicht werden, daß man die Fällung in Gegenwart
der anderen gewünschten Substanz ausführt oder es zusammen mit dem basischen Titanphosphat
niederschlägt oder bevor letzteres niedergeschlagen wird.
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Das der Erfindung zugrunde liegende Verfahren wird in folgender Weise
ausgeführt: Man nimmt eine Lösung von einem Titansalz, zweckmäßig Titansulfat oder
-chlorid, das beispielsweise von über 5 bis i o'o oder sogar weniger T10_ und freie
Säure, welche teilweise oder ganz aus Chlorwasserstoff bestehen kann, entsprechend
über 3 bis i 5011o So; enthält, bei einer Temperatur von etwa 8o bis ioo°
C und setzt zu diesem allmählich unter Bewegung eine Lösung von Natriumphosphat
oder Phosphorsäure, die hinreichen muß, daß lieber mehr als i Molekel P.,0;, auf
je 3 Molekel TiO@ kommt. Unter diesen Bedingungen wird praktisch das ganze Titan
in der gewünschten Form ausgefällt, aber ein kleiner überschuß an Phosphat ist erforderlich;
die lösbaren Unreinheiten, z. B. Eisen-und Chromsalze, in der Titanlösung werden
meist vollständig in der Mutterlauge zurückgehalten; letztere wird durch Filtern
und Waschen entfernt, wodurch der Niederschlag im wesentlichen rein erhalten wird.
Der nach diesem Beispiel erzielte Niederschlag hat ziemlich annähernd die Zusammensetzung
3 Ti O:, P. O3 6 H., O. Der Niederschlag kann dann getrocknet, zur Beseitigung des
gebundenen Wassers vollständig calciniert und, wenn nötig, nach" dem Mahlen als
weißes Pigment verwendet werden.
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Oder falls man, wie vorerwähnt, ein gemischtes Produkt erzielen will,
nimmt man eine Lösung von Titansalz, zweckmäßig Titansulfat oder -Chlorid, mit einem
beispielsweisen Gehalt von -über 5 bis. i % Ti0. und freier Säure, die teilweise
oder ganz aus Chlorwasserstoff bestehen kann, entsprechend über 3 bis i 5 %
S O3 bei einer Temperatur von etwa 8o .bis ioo° C und setzt hierzu allmählich,
in dem Fall einer Sulfatlösung vorzugsweise gleichzeitig, Lösungen von Bariumchlorid
und Natriumphosphat oder Phosphorsäure, so daß eher mehr als i Molekel
P.05
auf je 3 Molekel TiO"- kommt. Vorzugsweise wird eine solche Menge Bariumchlorid
zugesetzt, daß sich nach doppelter Zersetzung mit dem Sulfat ein calciniertes Endprodukt
mit mehr als 6o % Ba S O, -und mehr als 2 5 0'o TiO.> ergibt.
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In dem Falle einer Chloridlösung setzt man Bariumsulfat, vornehmlich
in einer reinen, weißen, fein verteilten Form, in solcher Menge hinzu, 'daß sich
z. B: ein calciniertes Endprodukt mit über 6o% Ba SO, und mehr als über 25%
TiO., ergibt. Oder man fügt Schwefelsäure oder ein passendes Sulfat der Titanchloridlösung
hinzu und setzt ferner Bariumchl.orid hinzu, um Bariumsulfat, wie früher angegeben,
vor dem Zusetzen des Phosphats oder der Phosphorsäure auszufällen. Unter solchen
Bedingungen erzielt man eine vollkommene, von Unreinigkeiten leicht trennbare Mischung
von Bariumsulfat und Titanphosphat. Diese Mischung kann nach dem Filtern, Waschen,
Trocknen, C.alcinieren zur Entfernung des gebundenen Wassers und, wenn nötig,
nach
dem Mahlen als weißes Pigment verwendet werden. Das Waschen des Niederschlags kann
vorteilhaft zuerst durch Dekantieren und schließlich in einem Filter mit Wasser
ausgeführt werden. Das Produkt wird tunlichst bei kleinster Temperatur calciniert,
um all das ,gebundene Wasser austreiben zu können; denn bei übermäßig hoher Temperatur
tritt Veränderung der Farbe ein.
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Die erwähnte Herstellung und Verwendung von gefälltem basischem Titanphosphat
hat wesentliche Vorteile bei der Gewinnung von weißen Titanpigmenten. Es bildet
allein oder in Verbindung mit anderen geeigneten Substanzen einen Niederschlag,
der mit ungewöhnlicher Leichtigkeit zu trennen und in hohem Grade rein von Lösungen
ist, die von beträchtlicher Unreinheit sein können. Das "Titan kann, trotzdem es
eine gute Farbe hat, vollständiger aus unreinen Lösungen gefällt werden, als es
häufig der Fall ist, wenn basisches Sulfat oder zu Hydraten gemachte Oxyde des Titans
gefällt werden. Die Tatsache, daß das basische Phosphat aus Lösungen von viel höherem
Säuregehalt als in dem Fall basischen Titansulfats gefällt werden kann, drängt weiter
zu der Entfernung von Unreinheiten, und das Endprodukt hat nach dem Calcinieren
eine sehr gute Deckkraft.