FI91270B - Process for making titanium dioxide pigments - Google Patents
Process for making titanium dioxide pigments Download PDFInfo
- Publication number
- FI91270B FI91270B FI883782A FI883782A FI91270B FI 91270 B FI91270 B FI 91270B FI 883782 A FI883782 A FI 883782A FI 883782 A FI883782 A FI 883782A FI 91270 B FI91270 B FI 91270B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- process according
- acid
- hydrothermal crystallization
- titanium dioxide
- titanium
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/36—Compounds of titanium
- C09C1/3607—Titanium dioxide
- C09C1/3653—Treatment with inorganic compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G23/00—Compounds of titanium
- C01G23/04—Oxides; Hydroxides
- C01G23/047—Titanium dioxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/62—Submicrometer sized, i.e. from 0.1-1 micrometer
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)
Description
9127091270
Menetelmä titaanidioksidipigmentin valmistamiseksiProcess for the preparation of titanium dioxide pigment
Keksintö koskee menetelmää titaanidioksidipigmentin valmis-5 tamiseksi, jossa a) raaka-aineen sisältämä kiinteä titaanidioksidi muutetaan titaaniyhdisteeksi, joka on ei-kiinteässä olotilassa, b) epäpuhtaudet erotetaan titaaniyhdisteestä, c) titaaniyhdiste saostetaan, 10 d) syntynyt titaaniyhdiste kiteytetään hydrotermisesti puhtaaksi titaanidioksidiksi hapossa lämmön ja paineen avulla, ja e) puhdas titaanidioksidi erotetaan haposta ja jälkikäsitel-lään tarvittaessa lopullisen titaanidioksidipigmentin ai-15 kaansaarniseksi.The invention relates to a process for the preparation of a titanium dioxide pigment, in which a) the solid titanium dioxide contained in the raw material is converted into a titanium compound in a non-solid state, b) the impurities are separated from the titanium compound, c) the titanium compound is precipitated and by pressure, and e) the pure titanium dioxide is separated from the acid and, if necessary, post-treated to give the final titanium dioxide pigment ai-15.
Rutiili- ja anataasikidemuodoissa esiintyvää pigmenttititaa-nidioksidia (Ti02) valmistetaan kaupallisesti kahdella menetelmällä; sulfaattimenetelmällä ja kloridimenetelmällä.Pigment titanium dioxide (TiO 2) in rutile and anatase crystal forms is prepared commercially by two methods; by the sulphate method and the chloride method.
2020
Sulfaattiprosessissa hienoksi jauhettu, kuivattu ilmeniitti (FeTi03, joka sisältää 40-60 % Ti02:a) ja/tai titaanidioksi-dikuona (synteettisesti ilmeniitistä rikastettua kuonaa, joka sisältää 72-87 % Ti02) annetaan reagoida rikkihapon 25 kanssa, jolloin syntyy pääasiassa titanyylisulfaatista (Ti0S04) ja rautasulfaatista (FeS04) koostuva reaktiokakku, joka sitten liuotetaan veden ja valmistusprosessin myöhemmistä vaiheista palautettujen happoliuosten seokseen. Liuos käsitellään pelkistävällä aineella kuten rautaromulla läs-30 näolevien ferri-ionien pelkistämiseksi ferroioneiksi. Pelkistystä seuraavan selkeytyksen ylite johdetaaan kiteytys-vaiheeseen, jossa liuos jäähdytetään niin pitkälle, että huomattava osa liuoksen sisältämästä raudasta kiteytyy fer-rosulfaattiheptahydraattina, joka poistetaan liuoksesta.In the sulphate process, finely ground, dried ilmenite (FeTiO 3 containing 40-60% TiO 2) and / or titanium dioxide slag (synthetically developed slag from ilmenite containing 72-87% TiO 2) is reacted with sulfuric acid 25 to give mainly titanyl sulphate ( TiOSO 4) and ferrous sulfate (FeSO 4), which is then dissolved in a mixture of water and acid solutions recovered from later stages of the manufacturing process. The solution is treated with a reducing agent such as iron scrap to reduce the present Ferri ions to ferro ions. The excess clarification following the reduction is passed to a crystallization step in which the solution is cooled to such an extent that a considerable part of the iron contained in the solution crystallizes as ferrous sulphate heptahydrate, which is removed from the solution.
35 Liuos väkevöidään haihduttamalla ja hydrolysoidaan titanyy-lisulfaatin muuttamiseksi liukenemattomaksi titaanioksohyd-raatiksi, joka suodatetaan ja pestään. Liukenematon yhdiste kalsinoidaan noin 900-1 000°C:n lämpötilassa rutiili- tai 2 anataasityyppiseksi titaanidioksidiksi. Kalsinointituote jälkikäsitellään sopivilla jauhatus-, pesu-, kuivaus- ja päällystysvaiheissa hienojakoiseksi ja homogeeniseksi rutii-li- tai anataasityyppiseksi, kaupalliseksi titaanidioksidi-5 pigmentiksi.The solution is concentrated by evaporation and hydrolyzed to convert titanyl sulfate to insoluble titanium oxohydrate, which is filtered and washed. The insoluble compound is calcined at a temperature of about 900-1000 ° C to rutile or anatase type titanium dioxide. The calcination product is post-treated in suitable grinding, washing, drying and coating steps to a finely divided and homogeneous rutile or anatase type commercial titanium dioxide-5 pigment.
Kloridiprosessissa käytetään puhtaampaa raaka-ainetta, jonka Ti02-pitoisuus on yleensä 80-95 paino-%. Raaka-aine sekoitetaan puhtaaseen, hienojakoiseen koksiin ja kloorataan 10 kloorikaasun avulla. Sivutuotteena muodostuu malmin epäpuhtauksista pääasiallisesti kiinteää ferrokloridia, joka erotetaan titaanitetrakloridista esim. syklonin tapaisen erottimen avulla. Titaanitetrakloridi erotetaan kloorikaasusta kondensoimalla ja puhdistetaan tislauksen ja kemiallisen 15 käsittelyn avulla. Puhdistettu titaanitetrakloridi syötetään höyrystimen ja esikuumentimen kautta hapetuslaitteistoon, jossa se poltetaan hapen tai hapella rikastetun ilman avulla titaanidioksidiksi, joka on pääasiassa rutiilityyppistä. Hapetuslaitteistoon syötetty polttokaasu on esikuumennettu 20 noin 1 000°C:een ja laitteistoon syötetään reaktion edistämiseksi myös hiekkaa sekä pienempiä määriä hiilivetyjä. Hiekka erotetaan, kuivataan ja luokitellaan ennen polttojär-jesteinään palauttamista. Saatu rutiilityyppinen titaanidioksidi jälkikäsitellään sopivissa jauhatus-, pesu-, kui-25 vaus- ja päällystysvaiheissa ennen kuin se on valmis kaupallinen tuote.The chloride process uses a purer raw material with a TiO2 content of generally 80-95% by weight. The raw material is mixed with pure, finely divided coke and chlorinated with 10 chlorine gases. As a by-product, the impurities in the ore form mainly solid ferric chloride, which is separated from the titanium tetrachloride, e.g. by means of a cyclone-like separator. Titanium tetrachloride is separated from chlorine gas by condensation and purified by distillation and chemical treatment. The purified titanium tetrachloride is fed through an evaporator and a preheater to an oxidation plant where it is burned by means of oxygen or oxygen-enriched air to titanium dioxide, which is mainly of the rutile type. The fuel gas fed to the oxidation plant is preheated to about 1,000 ° C and sand and smaller amounts of hydrocarbons are also fed to the plant to promote the reaction. The sand is separated, dried and graded before being returned to its incineration system. The resulting rutile-type titanium dioxide is post-treated in appropriate grinding, washing, drying and coating steps before it is a finished commercial product.
Koska edellä mainitut titaanidioksidipigmenttien valmistusmenetelmät ovat monivaiheisia ja kuuluvat kemian teollisuu-30 den vaikeimpiin prosesseihin, alalla on tunnettu suurta kiinnostusta uusiin prosesseihin ja olemassa olevien prosessien parannuksiin. US-patenttijulkaisu 4 107 264 koskee parannettua menetelmää titaanidioksidin erottamiseksi ilme-niittityyppisistä malmeista, jossa malmi uutetaan vesipitoi-35 seen fluorivetyhappoon, syntyneestä liuoksesta erotetaan rautaepäpuhtaudet, hydratoitu titaanidioksidi saostetaan raudattomasta liuoksesta ammoniumhydroksidin avulla ja sakka kalsinoidaan titaanidioksidipigmentin saamiseksi. Japanilai- 3 91270 nen patenttijulkaisu 6 317 221 esittää alkalisten ionien stabiloimien, kiteisten anataasityyppisten titaanidioksidi-solien valmistamista käsittelemällä vesiliukoisia titaaniyh-disteitä alkalimetallien hydroksidien, karbonaattien ja/tai 5 ammoniumsuolojen kanssa geelin muodostamiseksi, minkä jälkeen geeli käsitellään hydrotermisesti yli 100°C:n lämpötilassa. Julkaisun esimerkin mukaan titaanitetrakloridin vesiliuos käsiteltiin ammoniumhydroksidilla geelin muodostamiseksi. Pesun jälkeen geeliin sekoitettiin lisää ammonium-10 hydroksidia ja käsiteltiin sitten hydrotermisesti 160°C:ssa. Tuloksena saatiin anataasityyppisiä kiteitä sisältävää ti-taanidioksidisolia.Because the aforementioned methods of making titanium dioxide pigments are multi-step and are among the most difficult processes in the chemical industry, there is great interest in the art for new processes and improvements to existing processes. U.S. Patent No. 4,107,264 relates to an improved process for separating titanium dioxide from rhodium-type ores in which the ore is extracted into aqueous hydrofluoric acid, iron impurities are separated from the resulting solution, titrated titanium dioxide is precipitated from the iron-free solution and ammonium hydroxide is precipitated with ammonium hydroxide. Japanese Patent No. 3,91270 discloses the preparation of alkaline ion-stabilized, crystalline anatase-type titanium dioxide sols by treating water-soluble titanium compounds with alkali metal hydroxides, carbonates and / or ammonium salts at 100 ° C to form a gel, followed by hydrolysis of the gel at 100 ° C. . According to an example of the publication, an aqueous solution of titanium tetrachloride was treated with ammonium hydroxide to form a gel. After washing, additional ammonium hydroxide was mixed into the gel and then hydrothermally treated at 160 ° C. The result was a titanium dioxide salt containing anatase-type crystals.
Edellä mainitusta kahdesta julkaisusta ilmenee, että pigmen-15 tiksi jatkojalostuskelpoista titaaniyhdistettä voidaan saos-taa liuoksesta ammoniakin tai ammoniumhydroksidin avulla. US-patenttijulkaisu esittää kuitenkin tällaisen saostuksen käyttämistä fluorivetyhappoon uutetun titaanin talteenotta-miseksi, jolloin saostettu tuote kalsinoidaan, ja JP-patent-20 tijulkaisu kohdistuu pelkästään alkalisten ionien stabiloimien titaanidioksidisolien valmistukseen. Siten nämä julkaisut eivät kykene ratkaisemaan nykyisissä kaupallisissa menetelmissä esiintyviä ongelmia, jotka mm. liittyvät kalliiden ja energiaa vaativien kalsinointi- ja polttovaiheiden 25 käyttöön.It appears from the above two publications that the titanium compound which can be further processed into pigment can be precipitated from solution with ammonia or ammonium hydroxide. However, U.S. Pat. No. 4,092,607 discloses the use of such a precipitate to recover titanium extracted into hydrofluoric acid, whereby the precipitated product is calcined, and JP Patent Publication No. 20 is directed solely to the preparation of alkali ion-stabilized titanium dioxide sols. Thus, these publications are not able to solve the problems encountered in current commercial methods, which e.g. related to the use of expensive and energy-intensive calcination and incineration steps 25.
Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä ja laite, jonka avulla mainitut ongelmat voidaan ratkaista. Keksinnölle on tällöin pääasiassa tunnusomaista se, 30 mitä sanotaan patenttivaatimusten tunnusosassa. On siis oivallettu, että titaanidioksidivalmistusta voidaan parantaa siten, että vaiheen (c) saostus suoritetaan alle 30°C:n lämpötilassa; vaiheessa (d) hydroterminen kiteytys suoritetaan lämpötilassa alle 300°C, paineessa alle 100 baaria ja happo-35 konsentraation ollessa alle noin 15 paino-%; ja titaanidioksidista vaiheessa (e) erotettu happo kierrätetään takaisin hydrotermiseen kiteyttämisvaiheeseen (d), jolloin saadaan pigmentin valmistukseen sopivia titaanidioksidikiteitä.It is an object of the present invention to provide a method and apparatus by means of which said problems can be solved. The invention is then mainly characterized by what is stated in the preamble of the claims. It is thus realized that the titanium dioxide production can be improved by carrying out the precipitation of step (c) at a temperature below 30 ° C; in step (d) the hydrothermal crystallization is carried out at a temperature below 300 ° C, at a pressure below 100 bar and at an acid-35 concentration of less than about 15% by weight; and the acid separated from the titanium dioxide in step (e) is recycled back to the hydrothermal crystallization step (d) to obtain titanium dioxide crystals suitable for pigment preparation.
44
Hydroterminen kiteytysvaihe on periaatteessa sovellettavissa kaikkiin titaanidioksidipigmenttien valmistusmenetelmiin, joissa suoritetaan titaaniraaka-aineen faasinmuutos, sen pesuoperaatio ja konvertoiminen titaanidioksidiksi. Tällai-5 siä menetelmiä ovat mm. edellä mainitut sulfaatti-, kloridi -ja fluorivetyprosessit. Erityisen edullisia ovat tällöin parannetut sulfaatti- ja kloridimenetelmät. Sulfaattimenetel-mässä rutiilin valmistus edellyttää, että alkiottomaan muotoon saostettu titaanihydraattimassa neutraloidaan esim.The hydrothermal crystallization step is in principle applicable to all processes for the preparation of titanium dioxide pigments in which the phase change of the titanium raw material, its washing operation and its conversion into titanium dioxide are carried out. Such methods include e.g. the sulphate, chloride and hydrogen fluoride processes mentioned above. In this case, the improved sulphate and chloride processes are particularly preferred. In the sulphate process, the production of rutile requires that the titanium hydrate mass precipitated in the non-embryonic form be neutralized e.g.
10 ammoniakilla ennen sen hydrotermistä kiteytystä. Kloridi-menetelmässä hydrotermisen kiteytyksen edellytyksenä on, että sitä edeltävä saostusvaihe suoritetaan alkalilla, kuten alkalihydroksidilla, alkalikarbonaatilla, ammoniumhydroksi-dilla ja/tai heikon orgaanisen hapon suolalla, tai laimenta-15 maila vedellä.10 with ammonia before its hydrothermal crystallization. In the chloride process, the hydrothermal crystallization requires that the precipitation step preceding it be carried out with an alkali such as alkali hydroxide, alkali carbonate, ammonium hydroxide and / or a salt of a weak organic acid, or dilute water with water.
Esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä merkitsee hankalan ja kalliin poltto- tai kalsinointivaiheen korvaamista paremmalla vaiheella kaikissa titaanidioksidipigmentin val-20 mistusprosesseissa, joissa on tällaiset vaiheet. Keksinnön suojapiiriin kuuluvat siten kaikki titaanidioksidin valmistusprosessien, edullisesti sulfaatti- ja kloridiprosessien variantit siten, että tavanomaiset titaaniyhdisteen kaisi-nointi- ja polttovaiheet on korvattu hydrotermisellä kitey-25 tysvaiheella.The process of the present invention involves replacing the cumbersome and expensive incineration or calcination step with a better step in all titanium dioxide pigment manufacturing processes having such steps. The invention thus covers all variants of the titanium dioxide production processes, preferably the sulphate and chloride processes, so that the conventional steps of calcination and combustion of the titanium compound have been replaced by a hydrothermal crystallization step.
Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukainen kloridi-prosessi käsittää ensimmäisenä vaiheena korkealaatuisen raaka-aineen kloorauksen kloorikaasun avulla koksin läsnäolles-30 sa. Raaka-aineena voi olla mikä tahansa puhdas titaanidiok-sidiraaka-aine, kuten synteettinen tai luonnosta peräisin oleva rutiili (95 paino-% Ti02) ja/tai leukokseeni/hyvin puhdas ilmeniitti ja/tai hyvin puhdas titaanioksidikuona. Yleensä voidaan sanoa, että sopiva kloridiprosessin raaka-35 aineen titaanidioksidipitoisuus on välillä 80-95 paino-%.The chloride process according to a preferred embodiment of the invention comprises, as a first step, the chlorination of a high-quality raw material by means of chlorine gas in the presence of coke. The raw material can be any pure titanium dioxide raw material, such as synthetic or naturally occurring rutile (95% by weight TiO 2) and / or leukoxene / very pure ilmenite and / or very pure titanium oxide slag. In general, it can be said that a suitable titanium dioxide content of the raw material of the chloride process is between 80 and 95% by weight.
Raaka-aine sekoitetaan jauhettuun, erittäin puhtaaseen koksiin ja klooraus suoritetaan tyypillisesti leijukerrosreak-torissa edullisesti lämpötilassa 850-1 100°C.The feedstock is mixed with ground, high purity coke and the chlorination is typically performed in a fluidized bed reactor, preferably at a temperature of 850-1,100 ° C.
5 912705,91270
Kloorauksen tuloksena syntyy eksotermisessa reaktiossa raakaa titaanitetrakloridia, joka normaaliolosuhteissa on nestemäinen titaaniyhdiste, mutta reaktio-olosuhteissa kaasu-muodossa. Sivutuotteena muodostuu malmin epäpuhtauksista 5 pääasiallisesti ferrokloridia. Kloorausreaktorin poisto johdetaan kiintoaine-erottimeen, joka on esim. sykloni ja jossa kiinteät epäpuhtaudet erotetaan kaasuista. Jäähdyttämällä kaasua lämpötilaan, joka on juuri titaanitetrakloridin kiehumispisteen yläpuolella, voidaan kondensoida pois suurin 10 osa muista haihtuvista klorideista, kuten raudan, mangaanin ja kromin kloridit. Pääasiassa titaanitetrakloridista ja kloorikaasusta koostuva reaktiokaasu johdetaan sitten kon-densaatiojärjestelmään, jossa titaanitetrakloridi kondensoituu nestemäiseen muotoon ja josta kloorikaasut ohjataan 15 edelleen niiden talteenotto- ja puhdistusyksikköön. Titaanitetrakloridi puhdistetaan kolonnitislauksen ja kemiallisen käsittelyn avulla, jolloin mm. vanadiinin tapaiset metallit erottuvat.The chlorination results in the exothermic reaction to give crude titanium tetrachloride, which is normally a liquid titanium compound, but under the reaction conditions in gaseous form. As a by-product, ore impurities 5 mainly form ferric chloride. The effluent from the chlorination reactor is passed to a solids separator, which is e.g. a cyclone, where solid impurities are separated from the gases. By cooling the gas to a temperature just above the boiling point of titanium tetrachloride, most of the other volatile chlorides, such as iron, manganese and chromium chlorides, can be condensed off. The reaction gas, which consists mainly of titanium tetrachloride and chlorine gas, is then passed to a condensing system in which the titanium tetrachloride condenses into a liquid form and from which the chlorine gases are passed on to a recovery and purification unit. Titanium tetrachloride is purified by column distillation and chemical treatment, whereby e.g. vanadium-like metals stand out.
20 Sitten puhdistettu titaanitetrakloridi saostetaan esillä olevan keksinnön mukaisesti esim. ammoniakilla (ammonium-hydroksidilla), natriumasetaatilla, natriumoksalaatilla, tai laimentamalla vedellä kiinteäksi tuotteeksi. Saostus tapahtuu mielellään ammoniumhydroksidillä, jonka konsentraatio on 25 10-40 paino-%, edullisesti n. 20-30 paino-%. Lämpötilaa ei tarvitse nostaa eikä laskea, vaan se on alle 30°C, esim. huoneenlämpötila. Saadulle sakalle suoritetaan hydroterminen kiteytys korotetussa lämpötilassa ja paineessa laimealla, edullisesti epäorgaanisella hapolla, joka voi olla esim.The purified titanium tetrachloride is then precipitated according to the present invention, e.g. with ammonia (ammonium hydroxide), sodium acetate, sodium oxalate, or by dilution with water to a solid product. The precipitation is preferably carried out with ammonium hydroxide in a concentration of 10 to 40% by weight, preferably about 20 to 30% by weight. The temperature does not need to be raised or lowered, but is below 30 ° C, e.g. room temperature. The precipitate obtained is subjected to hydrothermal crystallization at elevated temperature and pressure with a dilute, preferably inorganic acid, which may be e.g.
30 suolahappo, typpihappo, rikkihappo tai fluorivetyhappo. Hapon konsentraatio on alle noin 15 paino-%, edullisesti välillä 3-7 paino-%. Lämpötila on alle 300°C, edullisesti välillä 180-280°C. Paine on alle 100 baaria, edullisesti 5-100 baaria, vielä edullisemmin 5-50 baaria. Näissä olosuhteissa 35 kiteiden kasvatusaika on edullisesti 1-24 h, vielä edullisemmin välillä 6-16 h. Hydroterminen kiteytys suoritetaan paineastiassa, johon lisätään kiinteä titaaniyhdiste ja laimea 6 happo. Laimea happo voidaan helposti ottaa talteen ja käyttää oleellisesti sellaisenaan uudestaan, mikä tekee hydro-termisestä kiteytyksestä paitsi edullisen myös ympäristöystävällisen prosessivaiheen. Edellä kuvatulla menetelmällä 5 saadaan titaanidioksidin kidekooksi noin n. 100-300 nm, edullisesti 150-250 nm, joten tavanomaisessa prosessissa välttämätön karkea jauhatusvaihe voitaneen jättää pois.30 hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid or hydrofluoric acid. The acid concentration is less than about 15% by weight, preferably between 3 and 7% by weight. The temperature is below 300 ° C, preferably between 180-280 ° C. The pressure is less than 100 bar, preferably 5-100 bar, even more preferably 5-50 bar. Under these conditions, the growth time of the crystals is preferably 1 to 24 hours, more preferably between 6 to 16 hours. The hydrothermal crystallization is carried out in a pressure vessel to which a solid titanium compound and a dilute acid 6 are added. The dilute acid can be easily recovered and reused substantially as such, making hydrothermal crystallization not only an advantageous but also an environmentally friendly process step. The method 5 described above gives a titanium dioxide crystal size of about 100 to 300 nm, preferably 150 to 250 nm, so that the coarse grinding step necessary in a conventional process could be omitted.
Edellä kuvatun kloridimenetelmän kiteytyksen olosuhteista ja 10 käytetystä haposta riippuen voidaan saada puhdasta rutiilia. Suolahapolla saatavan rutiilin Ti02-pitoisuus on lähes 100 %. Valmistettaessa rutiilia käytetään edullisesti suola-ja/tai typpihappoa, kun taas anataasin valmistuksessa voidaan käyttää myös rikki- ja fluorivetyhappoa. Nykyään on 15 tavallista, että titaanidioksidin valmistusprosessista saatava peruspigmentti modifioidaan pintakäsittelyprosessilla sen pigmenttiominaisuuksien parantamiseksi. Tässä vaihtoehtoisessa, tekniikan tason mukaisessa vaiheessa saostetaan alumiinin, piin, titaanin ja muiden aineiden yhdisteitä ti-20 taanidioksidihiukkasten pinnalle. Lisäaineiden suhteet ja päällysteen kokonaismäärä säädetään pigmentin kutakin käyttötarkoitusta varten.Depending on the crystallization conditions of the chloride process described above and the acid used, pure rutile can be obtained. The TiO2 content of rutile obtained with hydrochloric acid is almost 100%. Hydrochloric and / or nitric acid is preferably used in the preparation of rutile, while sulfuric and hydrofluoric acid can also be used in the preparation of anatase. It is now common for the base pigment obtained from the titanium dioxide manufacturing process to be modified by a surface treatment process to improve its pigment properties. In this alternative, prior art step, compounds of aluminum, silicon, titanium and other substances are deposited on the surface of the titanium dioxide particles. The proportions of the additives and the total amount of coating are adjusted for each use of the pigment.
Kloridiprosessin lopuksi pigmentti kuivataan ja jauhetaan 25 hienoksi ennen sen pakkaamista säkkeihin.At the end of the chloride process, the pigment is dried and finely ground before packing in sacks.
Keksinnön toisen vielä edullisemman suoritusmuodon mukaisen, parannetun sulfaattiprosessin ensimmäisessä vaiheessa hienoksi jauhettu, kuivattu ilmeniitti tai titaanioksidikuona 30 panostetaan suuriin reaktoreihin, joissa eksoterminen reaktio rikkihapon kanssa käynnistetään nostamalla seoksen lämpötilaa tulistetun höyryn avulla. Reaktiolämpötila on titaa-niraaka-aineesta riippuen noin välillä 150-180°C. Reaktio-tuote saadaan kiinteän, huokoisen kakun muodossa, joka liuo-35 tetaan veden ja valmistusprosessin myöhemmistä vaiheista palautettujen happoliuosten seokseen. Liuottamisen tuloksena saadaan titanyylisulfaatin (Ti0S04) ja rautasulfaattien liuos.In the first step of the improved sulphate process according to another even more preferred embodiment of the invention, finely ground, dried ilmenite or titanium oxide slag 30 is charged to large reactors in which an exothermic reaction with sulfuric acid is initiated by raising the temperature of the mixture by superheated steam. The reaction temperature is between about 150-180 ° C, depending on the titanium raw material. The reaction product is obtained in the form of a solid, porous cake which is dissolved in a mixture of water and acid solutions recovered from later stages of the manufacturing process. Dissolution gives a solution of titanyl sulphate (TiSO 4) and ferrous sulphates.
7 912707 91270
Mikäli ilmeniittiä käytetään raaka-aineena, ensimmäisestä vaiheesta saatu liuos pelkistetään edullisesti rautaromun avulla 3-arvoisen raudan muuttamiseksi 2-arvoiseksi. Pelkis-5 tys viedään niin pitkälle, että pieni osa liuoksen 4-arvoisesta titaanista saadaan 3-arvoiseksi, mikä takaa sen, ettei 3-arvoista rautaa saostu myöhemmin prosessissa. Liukenematta jääneet epäpuhtaudet poistetaan selkeyttämällä suurissa säiliöissä, edullisesti selkeytysapuaineita hyväksi käyttäen.If ilmenite is used as a raw material, the solution obtained from the first step is preferably reduced by means of scrap iron to convert the 3-valued iron to the 2-valued. The reduction is carried out to such an extent that a small part of the 4-value titanium in the solution is made 3-value, which ensures that 3-value iron does not precipitate later in the process. Undissolved impurities are removed by clarification in large tanks, preferably using clarification aids.
10 Alite eli jätemutaliete suodatetaan ja pestään liukoisen titaanin talteenottamieksi. Selkeytyksen ylite joutuu kitey-tysvaiheeseen, jossa liuos jäädytetään niin pitkälle, että huomattava osa liuoksen sisältämästä raudasta kiteytyy ferrosulfaattiheptahydraattina. Kiteytetty liuos suodate-15 taan tarvittaessa ja väkevöidään mahdollisesti tyhjöhaihdu-tuksella. Siten saatu liuos siirretään saostussäiliöihin, joissa titaani saatetaan kiinteään muotoon hydrolyysin avulla.10 The alite or waste sludge is filtered and washed to recover soluble titanium. The excess clarification is subjected to a crystallization step, in which the solution is frozen to such an extent that a considerable part of the iron contained in the solution crystallizes as ferrous sulfate heptahydrate. The crystallized solution is filtered if necessary and, if necessary, concentrated by vacuum evaporation. The solution thus obtained is transferred to precipitation tanks in which titanium is solidified by hydrolysis.
- 20 Hydrolysoitu titaanihydroksidisakka erotetaan, pestään ja uutetaan tarvittaessa rikkihapossa pelkistävissä olosuhteissa viimeistenkin epäpuhtauksien poistamiseksi.- The hydrolysed titanium hydroxide precipitate is separated, washed and, if necessary, extracted in sulfuric acid under reducing conditions to remove impurities at the latest.
Tähän vaiheeseen saakka rutiilin ja anataasin valmistusmene-25 telmät ovat identtiset, mutta jatkossa menetelmät eroavat toisistaan. Massaan voidaan tarvittaessa lisätä pieniä määriä lisäaineita, jotka hydrotermmisessä kiteytyksessä aikaansaavat haluttaessa anataasia tai rutiilia. Keksinnön mukaisessa menetelmässä rutiilia valmistetaan edullisesti 30 siten, että titaanihydraattimassa neutraloidaan ammoniakilla (ammoniumhydroksidilla), minkä jälkeen loppuun neutraloitu titaanihydraattisuspensio kiteytetään hydrotermisesti. Anataasin valmistuksessa tällainen neutralointi ammoniakilla ei ole välttämätön.Up to this point, the methods for preparing rutile and anatase are identical, but in the future the methods will be different. If necessary, small amounts of additives can be added to the pulp, which, if desired, produce anatase or rutile in the hydrothermal crystallization. In the process according to the invention, rutile is preferably prepared by neutralizing the titanium hydrate mass with ammonia (ammonium hydroxide), after which the completely neutralized titanium hydrate suspension is crystallized hydrothermally. In the production of anatase, such neutralization with ammonia is not necessary.
88
Puhdistettu ja mahdollisesti käsitelty titaanihydroksidimas-sa kiteytetään sitten hydrotermisesti käsittelemällä se korotetussa, mutta kohtuullisessa lämpötilassa ja paineessa laimealla, edullisesti epäorgaanisella hapolla, joka voi 5 olla esim. suolahappo, typpihappo, rikkihappo tai fluorive-tyhappo. Hapon konsentraatio on alle noin 15 paino-%, edullisesti välillä 3-7 paino-%. Lämpötila on alle 300°C, edullisesti välillä 180-280°C. Paine on alle 100 baaria, edullisesti 5-100 baaria, kaikkein edullisimmin 5-50 baaria. Näis-10 sä olosuhteissa kiteiden kasvatusaika on 1-24 h, edullisesti välillä 6-16 h. Hydroterminen kiteytys suoritetaan paineastiassa, johon lisätään titaanihydroksidi ja laimea happo. Laimea happo otetaan talteen ja kierrätetään sellaisenaan hydrotermiseen kiteytykseen. Edellä kuvatulla menetelmällä 15 saadaan lähes pigmentin laatuista titaanidioksidia, joten tavanomaisessa prosessissa välttämätön karkea jauhatusvaihe voidaan jättää pois.The purified and optionally treated titanium hydroxide mass is then crystallized hydrothermally by treatment at elevated but moderate temperature and pressure with a dilute, preferably inorganic acid, which may be e.g. hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid or hydrofluoric acid. The acid concentration is less than about 15% by weight, preferably between 3 and 7% by weight. The temperature is below 300 ° C, preferably between 180-280 ° C. The pressure is less than 100 bar, preferably 5-100 bar, most preferably 5-50 bar. Under these conditions, the growth time of the crystals is 1 to 24 hours, preferably 6 to 16 hours. The hydrothermal crystallization is carried out in a pressure vessel to which titanium hydroxide and dilute acid are added. The dilute acid is recovered and recycled as such to hydrothermal crystallization. The method 15 described above gives titanium dioxide of almost pigment quality, so that the coarse grinding step necessary in the conventional process can be omitted.
Sulfaattiprosessin lopuksi hydrotermisessä kiteytyksessä 20 käytetty laimea happo dekantoidaan ja/tai suodatetaan pois ja sakka pestään tarvittaessa vedellä. Tuotteelle suoritetaan sopivat jauhatus-, pesu-, kuivaus- ja päällystysvaiheet ja valmis kaupallinen titaanidioksidipigmentti pakataan.At the end of the sulphate process, the dilute acid used in the hydrothermal crystallization is decanted and / or filtered off and the precipitate is washed with water if necessary. The product is subjected to suitable grinding, washing, drying and coating steps and the finished commercial titanium dioxide pigment is packaged.
25 Seuraavassa esitetään ero tavallisten titaanidioksidin kloridi- ja sulfaattiprosessien sekä keksinnön eräiden suoritusmuotojen mukaisten kloridi- ja sulfaattiprosessien välillä prosessien eri vaiheita suurin piirtein esittävien lohko-kaavioiden avulla. Keksinnön mukaiset menetelmät voivat tie-30 tenkin sisältää lisävaiheita ja/tai korvaavia vaiheita tai niiltä voi puuttua vaiheita.The following is a distinction between conventional titanium dioxide chloride and sulfate processes and chloride and sulfate processes according to some embodiments of the invention using block diagrams that roughly show the different stages of the processes. However, the methods of the invention may include additional steps and / or replacement steps, or may lack steps.
91270 991270 9
Titaanidioksidin valmistus kloridimenetelmällä; menetelmien vertailu 1. Titaanioksidin (rutiili) 2. Titaanidioksidin 5 valmistus nykyisellä klori- kloridihydroterminen diprosessilla (Kemira Inc) valmistusmenetelmäPreparation of titanium dioxide by the chloride method; comparison of methods 1. Production of titanium oxide (rutile) 2. Production of titanium dioxide 5 by the current chloride-chloride hydrothermal diprocessing process (Kemira Inc)
Raaka-aineiden käsittely Raaka-aineiden käsittely 4 4 10 Klooraus eli TiCl4 Klooraus eli TiCl4 valmistus (1000-1040°C) valmistus (1000-1040°C) 4 4Handling of raw materials Handling of raw materials 4 4 10 Chlorination or TiCl4 Chlorination or TiCl4 production (1000-1040 ° C) production (1000-1040 ° C) 4 4
Kondensointi Kondensointi 4 4 15 Raaka titaanitetrakloridi Raaka titaanitetrakloridi 4 4Condensation Condensation 4 4 15 Crude titanium tetrachloride Crude titanium tetrachloride 4 4
Puhdistus Puhdistus 4 4Cleaning Cleaning 4 4
Titaanitetrakloridin höy- Vedellä laimennetun titaa- 20 rystys ja esilämmitys nitetrakloridin saostus (150°C<T<500°C) alkalilla kiinteäksi ti- taaniyhdis teeks i 4 4Vapor titration and preheating of titanium tetrachloride (150 ° C <T <500 ° C) with alkali to give a solid titanium compound 4 4
Hapen esikuumennus <1800°C Pestyn, kiinteän titaani- 25 titaanitetrakloridin hapetusta yhdisteen hydroterminen varten kiteytys hapossa 4 4Oxygen preheating <1800 ° C Oxidation of the washed solid titanium-titanium tetrachloride for hydrothermal crystallization in acid 4 4
Titaanitetrakloridin poltto Jälkikäsittely yli 1000°C:n lämpötilassa 30 "hiekkapöly"-polttimessa 4 Jälkikäsittely 10Combustion of titanium tetrachloride After-treatment at temperatures above 1000 ° C in a 30 "sand dust" burner 4 After-treatment 10
Titaanidioksidin valmistus sulfaattimenetelmällä; menetelmien vertailu 1. Titaanioksidin (rutiili tai 2. Titaanidioksidin 5 anataasi) valmistus nykyi- sulfaattihydroterminen sellä sulfaattiprosessilla valmistusmenetelmäPreparation of titanium dioxide by the sulphate process; comparison of methods 1. Preparation of titanium oxide (rutile or 2. titanium dioxide 5 anatase) current sulphate hydrothermal by that sulphate process production method
Raaka-aineiden käsittely Raaka-aineiden käsittely 4 4 10 Uuttaminen rikkihappoon Uuttaminen rikkihappoon 4 4Handling of raw materials Handling of raw materials 4 4 10 Extraction into sulfuric acid Extraction into sulfuric acid 4 4
Liuoksen pelkistys Liuoksen pelkistys 4 4Reduction of the solution Reduction of the solution 4 4
Liuoksen selkeytys ja Liuoksen selkeytys ja 15 puhdistus puhdistus 4 4Solution Clarification and Solution Clarification and 15 Purification Purification 4 4
Liuoksen väkevöinti Liuoksen mahdollinen väkevöinti 4 4 20 Hydrolyyttinen saostus Hydrolyyttinen saostus 4 4Concentration of the solution Possible concentration of the solution 4 4 20 Hydrolytic precipitation Hydrolytic precipitation 4 4
Suodatus ja pesu Suodatus ja pesu 4 4Filtration and washing Filtration and washing 4 4
Kalsinointi Hydroterminen kiteytys 25 laimeassa hapossa 4 4 Jälkikäsittely Jälkikäsittely 30 Esimerkki 1Calcination Hydrothermal crystallization in 25 dilute acids 4 4 Post-treatment Post-treatment 30 Example 1
Laimennettua titaanitetrakloridia saostettiin alle 30°C:n lämpötilassa 25-%:isella ammoniumhydroksidilla kiinteäksi titaaniyhdisteeksi.Diluted titanium tetrachloride was precipitated below 25 ° C with 25% ammonium hydroxide to form a solid titanium compound.
35 16 g kyseistä massaa ja 1,5 g suolahappoa annosteltiin paine- kapseliin, jossa ne sekoitettiin homogeeniseksi suspensioksi.35 g of this mass and 1.5 g of hydrochloric acid were metered into a pressure capsule where they were mixed into a homogeneous suspension.
Painekapseli siirrettiin lämpökaappiin n. 250°C:n lämpötilaan, jossa sitä pidettiin 4-24 h.The pressure capsule was transferred to an oven at a temperature of about 250 ° C, where it was kept for 4-24 h.
91270 1191270 11
Kiteytyksen jälkeen painekapseli jäähdytettiin huoneen lämpötilaan ja faasit erotettiin toisistaan sentrifugoimalla. Kiintoaines pestiin ja sentrifugoitiin ja analysoitiin.After crystallization, the pressure capsule was cooled to room temperature and the phases were separated by centrifugation. The solid was washed and centrifuged and analyzed.
5 Tulokset: rutiilipitoisuus 100 % kuiva-aineen painosta, kidekoko pigmenttikokoa (150-200 nm), jauhautuvuus valmiin pigmentin luokkaa.5 Results: rutile content 100% by weight of dry matter, crystal size pigment size (150-200 nm), grindability class of finished pigment.
Esimerkki 2 10 16 g edellä mainitulla tavalla valmistettua titaaniyhdistemas- saa ja 1,5 g jäännöshappoa (suolahappoa) annosteltiin paine-kapseliin. Painekapselia pidettiin lämpökaapissa n. 250°C:ssa n. 16 h, jonka jälkeen faasit jälkikäsiteltiin edellä mainitulla tavalla.Example 2 16 g of a titanium compound mass prepared as above and 1.5 g of residual acid (hydrochloric acid) were metered into a pressure capsule. The pressure capsule was kept in an oven at about 250 ° C for about 16 h, after which the phases were post-treated as mentioned above.
1515
Tulokset: pigmenttikokoista rutiilia, rutiili-% kuiva-aineen painosta: 100.Results: pigment-sized rutile, rutile% by weight of dry matter: 100.
Tämä mahdollistaa jäännöshapon täydellisen kierrätyksen, mikä 20 tekee menetelmästä ympäristöystävällinen.This allows complete recycling of the residual acid, which makes the method environmentally friendly.
Esimerkki 3Example 3
Painekapseliin annosteltiin Ti-hydraattimassaa ja typpihappoa yhteensä 19,2 g suhteessa 5/1. Painekapselia pidettiin 25 200-260°C:ssa 6-24 h. Kiteytyksen jälkeen jälkikäsittely suo ritettiin edellä kuvatulla tavalla.A total of 19.2 g of Ti hydrate and nitric acid were added to the pressure capsule in a ratio of 5/1. The pressure capsule was kept at 200-260 ° C for 6-24 h. After crystallization, the post-treatment was performed as described above.
Matalammalla lämpötila-alueella muodostui anataasia ja korkeammalla lämpötila-alueella muodostui rutiilia.Anatase was formed in the lower temperature range and rutile was formed in the higher temperature range.
3030
Esimerkki 4Example 4
Sulfaattiprosessin titaanihydraattimassaa (saostomatonta ja saostettua) annosteltiin painekapseliin n. 20 g. Liuosväke-vyys säädeltiin 4-20 %:ksi joko rikkihapolla tai suolahapolla 35 tai typpihapolla tai fluorivetyhapolla. Painakapselia pidettiin 160-260 C:ssa 16 h, jonka jälkeen reaktorin poisto käsiteltiin yllä kuvatulla tavalla. Tuloksena saatiin pigmentin muotoista anataasia.The titanium hydrate mass of the sulphate process (non-precipitated and precipitated) was metered into a pressure capsule of about 20 g. The solution concentration was adjusted to 4-20% with either sulfuric acid or hydrochloric acid 35 or nitric acid or hydrofluoric acid. The pressure capsule was kept at 160-260 ° C for 16 h, after which the reactor discharge was treated as described above. The result was a pigmented anatase.
Claims (25)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI883782A FI91270C (en) | 1988-08-15 | 1988-08-15 | Process for the preparation of titanium dioxide pigment |
DE19893925833 DE3925833A1 (en) | 1988-08-15 | 1989-08-04 | PROCESS FOR PREPARING TITANIUM DIOXIDE PIGMENT |
GB8918500A GB2221901B (en) | 1988-08-15 | 1989-08-14 | Process for the preparation of titanium dioxide pigment |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI883782 | 1988-08-15 | ||
FI883782A FI91270C (en) | 1988-08-15 | 1988-08-15 | Process for the preparation of titanium dioxide pigment |
Publications (4)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI883782A0 FI883782A0 (en) | 1988-08-15 |
FI883782A FI883782A (en) | 1990-02-16 |
FI91270B true FI91270B (en) | 1994-02-28 |
FI91270C FI91270C (en) | 1994-06-10 |
Family
ID=8526919
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI883782A FI91270C (en) | 1988-08-15 | 1988-08-15 | Process for the preparation of titanium dioxide pigment |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3925833A1 (en) |
FI (1) | FI91270C (en) |
GB (1) | GB2221901B (en) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
BR9005862A (en) * | 1990-11-20 | 1992-06-30 | Curua Mineracao Ltda | PROCESS OF PRODUCTION OF TITANIUM DIOXIDE FROM THE ANATASIO ORE, USING FLUID DIGESTATION WITH SULFURIC ACID AND UNDER CONDITION OF MINIMUM ACID CONSUMPTION AND MINIMUM EMISSION OF POLLUTING EFFLUENTS |
GB9105980D0 (en) * | 1991-03-21 | 1991-05-08 | Tioxide Group Services Ltd | Method for preparing pigments |
FR2677012B1 (en) * | 1991-05-31 | 1993-09-03 | Rhone Poulenc Chimie | TITANIUM DIOXIDE IN PLATELET FORM AND PROCESS FOR PREPARING THE SAME. |
WO1997015526A1 (en) * | 1995-10-27 | 1997-05-01 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Hydrothermal process for making ultrafine metal oxide powders |
WO2006044495A1 (en) * | 2004-10-14 | 2006-04-27 | Tokusen U.S.A., Inc. | Method for synthesizing nano-sized titanium dioxide particles |
CN101595059A (en) | 2006-09-21 | 2009-12-02 | 托库森美国股份有限公司 | The temperature production method of the TiO 2 particles of nanometer size |
WO2008088312A2 (en) * | 2006-12-28 | 2008-07-24 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Processes for the hydrothermal production of titanium dioxide |
-
1988
- 1988-08-15 FI FI883782A patent/FI91270C/en not_active IP Right Cessation
-
1989
- 1989-08-04 DE DE19893925833 patent/DE3925833A1/en not_active Withdrawn
- 1989-08-14 GB GB8918500A patent/GB2221901B/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB2221901B (en) | 1991-11-13 |
DE3925833A1 (en) | 1990-02-22 |
FI91270C (en) | 1994-06-10 |
FI883782A (en) | 1990-02-16 |
FI883782A0 (en) | 1988-08-15 |
GB8918500D0 (en) | 1989-09-20 |
GB2221901A (en) | 1990-02-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6548039B1 (en) | Processing aqueous titanium solutions to titanium dioxide pigment | |
AU2001262583B2 (en) | Recovery of titanium dioxide from titanium oxide bearing materials like steelmaking slags | |
US3929962A (en) | Titanium purification process | |
US5935545A (en) | Process for producing an aqueous solution comprising ferric chloride | |
CN110468278B (en) | Method for treating waste denitration catalyst | |
AU2001262583A1 (en) | Recovery of titanium dioxide from titanium oxide bearing materials like steelmaking slags | |
FI91270B (en) | Process for making titanium dioxide pigments | |
US20190031524A1 (en) | Improved methods of extraction of products from titanium-bearing minerals | |
NL8004489A (en) | METHOD FOR PREPARING TITAN COMPOUNDS USING A REDUCING AGENT | |
AU2003239166B2 (en) | Acid beneficiation of ore | |
US20140308197A1 (en) | Production of titanium compounds and metal by sustainable Methods | |
FI67358C (en) | SAOSOM ADSORPTIONSMEDEL OCH SAMLARREAGENS ANVAENDBAR TITANDIOXIDHYDRAT MED SPECIELL STRUKTUR | |
CA2377241C (en) | Processing aqueous titanium solutions to titanium dioxide pigment | |
CN111989413A (en) | Method for processing titanomagnetite ore material | |
Moon et al. | Desilication of Highly Acidic Titanyl Chloride Solution for the Production of High-Purity Titania Pigment from a Spent Selective Catalytic Reduction Catalyst | |
RU2058408C1 (en) | Method for processing of titanium-containing minerals | |
JPH059029A (en) | Production of high purity titanium oxide powder | |
CN113227420A (en) | Method for extracting products from titaniferous materials | |
CN101918318A (en) | A process for the production of titanium salts | |
US5788948A (en) | Process for the production of fluorometallate salts useful in the processing of mineral sands and related materials | |
RU2139249C1 (en) | Method of preparing titanium-containing stock | |
US20230132549A1 (en) | Method for integrated processing of titanium-containing raw materials to obtain high added value products based on titanium, iron, calcium and nitrogen | |
RU2432410C1 (en) | Procedure for extraction of rutile from ilmennite | |
KR810002046B1 (en) | Production of titanium metal values | |
EP4046964A1 (en) | Method for the production of a titanium-containing feedstock for the chloride process |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
BB | Publication of examined application | ||
MM | Patent lapsed | ||
MM | Patent lapsed |
Owner name: KEMIRA OY |