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Verfahren zur Gewinnung von löslichen Titanverbindungen Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von leicht löslichen Titanverbindungen durch
Behandlung von titanhaltigen Materialien, z. B. Ilmenit, mit Aufschlußmitteln.
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Es ist bereits bekannt, titanhaltige Materialien mit Aufschlußmitteln,
z. B. Schwefelsäure, in der Weise zu behandeln, daß feste Reaktionsprodukte gebildet
werden. Die bei diesem bekannten Aufschlußverfahren erhaltenen hassen sind hart
und fest und müssen, um in Lösung gebracht zu werden, einer mechanischen Behandlung
(wie Zerkleinern oder auch Pulverisation) unterworfen werden. Man hat zwar versucht,
derartige Aufschließungen unter Rühren durchzuführen; man stößt aber hier auf große
Schwierigkeiten in bezug auf die Apparatur, und größere Mengen Materials lassen
sich in keinem Fall nach den genannten Verfahren in einer Charge verarbeiten. Es
ist auch vorgeschlagen worden, die titanhaltigen Materialien mit Schwefelsäure unter
Einleiten von Wasserdampf zu behandeln.
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Es hat sich nun gezeigt, daß es möglich ist, die Reaktion zwischen
dem titanhaltigen Material und dem Aufschlußmittel unter Bedingungen vorzunehmen,
unter denen eine leicht lösliche Reaktionsmasse entsteht, die zur Herstellung von
Titanlösungen besonders geeignet ist. Diese Reaktionsmasse läßt sich direkt im Reaktionsgefäß
auflösen, wobei die nach den früheren Verfahren erforderliche Vorbehandlung vermieden
wird.
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Das Verfahren besteht im wesentlichen darin, daß einem Gemisch von
titanhaltigen Materialien und Aufschlußmitteln, z. B. Schwefelsäure, Gase oder Gasgemische
zugeführt werden, z. B. Kohlensäure, Wasserstoff, Stickstoff, Luft. Die Masse wird
hierbei in Bewegung gehalten. Dies kann beispielsweise durch Einblasen der verwendeten
Gase geschehen oder durch die Verwendung mechanischer Umrührung. Bei dieser besonderen
Einleitung von Gasen oder Gas-«Mischen vor und während der Reaktion erhält man Produkte,
die auf Grund ihrer Struktur und anderen Eigenschaften sich sehr leicht auflösen
lassen.
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In vielen Fällen ist eine Vorwärmung erforderlich, um das titanhaltige
Material und das Aufschlußmittel auf eine genügend hohe Temperatur zu bringen, z.
B. durch Wasserdampf. Diese Vorwärmung, deren Verwendung bei der Aufschließung von
Titanmaterialien mit Säuren an sich bekannt ist, kann in jeder beliebigen Weise
ausgeführt werden, beispielsweise durch Erhitzen des verwendeten Aufschlußmittels
oder des titanhaltigen Rohmaterials oder beider oder auch
durch
Erhitzen des Gemisches dieser Stoffe. Gewöhnlich genügt eine Erhitzung auf 5o° bis
16o° C. Die verwendeten Temperaturen werden unter Berücksichtigung der Eigenschaften
der Rohstoffe gewählt. Bei einigen Titan,erzen genügt unter Umständen die Reaktionswärme
beim Mischen von Erz und Schwefelsäure zur Vorerhitzung der Masse auf die erforderliche
Temperatur.
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Es wurde weiter gefunden, daß der Zusatz von kleinen Hengen Wasser
zu der vorgewärmten Masse die Reaktion befördert, so daß sie in kurzer Zeit uns
mit guter Ausbeute beendet wird. Bei dem Wasserzusatz tritt eine heftige Reaktion
ein, die sich mit großer Stärke unter Wärmeentwicklung fortsetzt, wobei eine starke
Verdampfung von Wasser stattfindet.
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Bei Verwendung von Erzen, die mit den Aufschlußmitteln sehr leicht.
reagieren, wird in vielen Fällen eine genügend starke Reaktion schon ohne den angegebenen
Wasserzusatz eintreten.
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Wegen der besonderen Eigenschaften der Reaktionsmasse kann die Auflösung
des aufgeschlossenen Produkts unmittelbar im, Reaktionsgefäß stattfinden, wobei
die nach dem früheren Verfahren erforderliche Weiterbehandlung der festen Nasse
vermieden wird. Als Aufschlußmittel können außer -Schwefelsäure auch Sulfate oder
Bisulfate, z. B. Natriumbisulfat, Magnesiumsulfat enthaltende Schwefelsäure, verwendet
werden. Ausführungsbeispiele i. io t fein gepulverter- Ilmenit werden mit io bis
24 t Schwefelsäure (vorzugsweise mit 72 his 920/0 H. S 04) in einem passenden Behälter,
der auch als Reaktionsgefäß dienen kann, gemischt. Es wird Luft und Wasserdampf
in die Mischung eingeblasen, z. B. durch ein 1'I,undstück, das sich im unteren Teil
der Masse befindet. Der Dampf wärmt die Mischung vor bis auf eine Temperatur von
8o° bis 16o° C, zweckmäßig etwa 8o° bis i 2o° C. Auch die Dauer des Erhitzens hängt
u. a. von den Eigenschaften des verwendeten Erzes ab. Beispielsweise liefert bei
Verwendung eines Floridaerzes eine Erhitzung auf i2oc> C und eine Erhitzungsdauer
von 35 Minuten gute Ergebnisse. Während des Erhitzens wird die Masse allmählich
dickflüssiger. Wenn eine passende Dickflüssigkeit erreicht ist, wird eine kleine
Menge Wasser (beispielsweise 2 bis 121) in die Masse eingeführt, vorzugsweise durch
Röhren, die in der Nähe des Bodens des Reaktionsgefäßes münden. Dieser Wasserzusatz
bewirkt lokale Erhitzungen in der Masse. Die Reaktion setzt sich sehr lebhaft unter
Entwicklung von Gasen und Dämpfen fort. In den meisten Fällen genügt ein einmaliger
Zusatz von Wasser, indem die in dieser Weise eingeleitete lebhafte Reaktion ohne
weitere Wärmezufuhr bis zur Vollendung verläuft.
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2. io t Ilmenit wurden mit 22, t Schwefelsäure vom spei. Gewicht 1,84
gemischt. Die Mischung dauerte 2o Minuten. Darauf wurden Luft und Wasserdampf eingeleitet
und die Einleitung etwa i Stunde fortgesetzt. Alsdann wurden etwa io 1 Wasser zugesetzt,
die Reaktion ging schnell zu Ende. Die entstandene Reaktionsmasse wurde in einer
von der Titanfällung abfallenden Lösung und Wasser gelöst.
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3. io t Ilmenit wurden mit i8 t Schwefelsäure-vom spez. Gewicht 1,84
gemischt. Es wurde Luft und Wasserdampf in die Mischung eingeblasen. Nach etwa i
Stunde wurde die Masse dickflüssig, und es trat eine heftige Reaktion ein. Nach
Beendigung der Reaktion wurde die Masse in Abfallsäure mit etwa 2o °/p H=S O, und
Wasser gelöst.
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4. Zu io t Ilmenit wurde ein Gemisch von 8 t Schwefelsäure vom spez.
Gewicht 484 und 12 t Schwefelsäure vom spei. Gewicht 1,71 zugesetzt. Es wurde Luft
und Wasserdampf in die Mischung geblasen und die Einleitung i Stunde fortgesetzt.
Dann wurden etwa io 1 Wasser zugesetzt, die Reaktion ging dann schnell zu Ende.
Die Reaktionsmasse wurde in einer von der in der Titanfabrikation abfallenden Lösung
und Wasser aufgelöst.
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Bei Verwendung gewisser Erze, wie z. B. norwegischer Ilmenit, genügt
gewöhnlich die bei der Mischung des Erzes mit starker Schwefelsäure entwickelte
Wärme zum Hervorbringen einer genügend hohen Temperatur in der Mischung, so daß
ohne äußerliche Wärmezufuhr eine starke Reaktion beim Zusatz von Wasser eintritt.
Vor der Reaktion wird die Masse durch Einblasen von Luft oder anderen dazu geeigneten
Gasen umgerührt. Durch die Umrührung wird verhindert, daß unaufgeschlossenes Titanmaterial
sich zu Boden setzt. Ferner ist es möglich, durch Regeln der Menge und Temperatur
der eingeblasenen Gase den Verlauf der Reaktion zu beeinflussen.
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Mechanische Umrührungsmittel, z. B. ein rotierendes Rührwerk in der
Reaktionsmasse, können mit verwendet werden. Diese Umrührung gestattet ein leichtes
Entweichen der Gase und Dämpfe aus dem Innern der Masse, wodurch man bei einer zu
starken Gasentwicklung ein lästiges Schäumen der Masse verhindern kann.
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Das Reaktionsprodukt stellt eine größere Gasmengen enthaltende Masse
dar und .ist
daher leicht löslich. Sobald die Reaktion vollendet
ist, was sich durch Aufhören der Entwicklung von Dämpfen bemerkbar macht, wird die
Luft- (oder Gas-) Zufuhr abgeschnitten und Wasser oder verdünnte Säure in die Masse
eingeführt, vorzugsweise durch dieselben Röhren, durch welche Luft oder Gase vorher
eingeblasen wurden. Als Lösungsmittel kann man auch Waschwasser oder andere Lösungen
anwenden, die bei der Fabrikation von Titansäure oder Titanverbindungen erhalten
werden.
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Die an sich bekannte Reduktion von vorhandenem Ferrieisen und gegebenenfalls
auch eine. teilweise Reduktion von vierwertigem Titan zu dreiwertigem kann durch
Einführen von festen, flüssigen oder gasförmigen keduktionsmitteln in die Lösung
vorgenommen werden, z. B. durch Eintauchen von Bleikörben in die Lösung, in denen
ein Metall, wie Eisen oder Zink, oder eine reduzierende Metallverbindung angebracht
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