MXPA00008011A

MXPA00008011A - Proceso y horno para la produccion de pigmento de tio2 de acuerdo al proceso de sulfato.

Info

Publication number: MXPA00008011A
Application number: MXPA00008011A
Authority: MX
Inventors: Guenter Lailach
Original assignee: Kerr Mcgee Pigments Gmbh & Co
Priority date: 1998-02-17
Filing date: 1999-02-16
Publication date: 2002-06-21
Also published as: CN1291217A; DE19806474A1; WO1999041317A1; KR20010040995A; JP2002503626A; EP1060219B1; AU2293999A; ZA991228B; NO20004101L; CA2321422A1; DE69900784D1; EP1060219A1; NO20004101D0; BR9908001A; PL342570A1

Abstract

Un proceso para la produccion de dioxido de titanio, disolviendo materiales crudos de titanio con acido sulfurico, que produce una solucion de sulfato de titanio que contiene sulfato de meta, hidrolizando el sulfato de titanio, separando el hidrato de dioxido de titanio del acido sulfurico que contiene sulfato de metal por filtracion, opcionalmente lixiviando el hidrato de dioxido de titanio por tratamiento reductor en solucion acida y calcinando el hidrato de dioxido de titanio opcionalmente mezclado con compuestos quimicos adulterantes y nucleos de rutilo con dioxido de titanio, caracterizando porque el hidrato de dioxido de titanio que contiene sulfato se seca en un secador a temperatura de 90 a 100° C, de manera preferible de 90 a 200° C, especialmente de 90 a 150° C, y el polvo de hidrato de dioxido de titanio de la exhaustacion del secador es separado por filtracion, el hidrato de dioxido de titanio seco es calcinado en un horno giratorio calentado directamente con gases combustibles a temperaturas en el intervalo de 800 a 1100° C (temperatura de los solidos) y la exhaustacion es desempolvada y desulfurada asi como un horno de calcinacion para la produccion de dioxido de titanio a partir de hidrato de dioxido de titanio que contiene sulfato, seco, en forma de un horno giratorio con una relacion de longitud-diametro en el intervalo de 5 a 10.

Description

PROCESO Y HORNO PARA LA PRODUCCIÓN DE PIGMENTO DE TiQ2 DE ACUERDO AL PROCESO DE SULFATO CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se relaciona con un proceso para la producción de pigmento de Ti02 a partir de hidrato de dióxido de titanio y un horno para calcinar el hidrato de dióxido de titanio.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN De acuerdo a la técnica (Ullhmanns Encycopledia of Technical Chemistry, 4a Edición, Vol. 18 (1979), páginas 574-576) , el hidrato de dióxido de titanio que se acumula en la hidrólisis del sulfato de titanilo se separa por filtración del licor madre, un ácido sulfúrico que contiene aproximadamente 25% de sulfato de metal. El contenido de iones metálicos colorantes tales como los iones Fe, V, Cr, se hace disminuir a un mínimo por un tratamiento reductor en ácido diluido. Después de este tratamiento, caracteri ado como blanqueado el hidrato de dióxido de titanio contiene aún aproximadamente 80 kg de iones S042~ por t de Ti02 los cuales no pueden ser removido por lavado con agua. Después de la adición de los llamados compuestos químicos adulterantes, diferentes cantidades de hidróxido de álcali, ácido fosfórico y opcionalmente núcleos de rutilo para controlar la calidad del pigmento, el hidrato de dióxido de titanio se calcina en un horno giratorio calentado directamente. Los gases de combustión con una temperatura de 1100 a 1400 °C y los sólidos se mueven a contracorriente a través del horno giratorio. En la primera sección del honro giratorio, se seca el hidrato de dióxido de titanio. Después de calentar éste a aproximadamente 500°C, el ácido sulfúrico, separado por un incremento de temperatura adicional, se descompone parcialmente en los gases de combustión calientes a S02, 02 y H20. La formación de partículas de pigmento en las modificaciones de anatse o rutilo finalmente ocurre de 800 a 1100°C. Los hornos giratorios son aparatos muy grandes con respecto a la capacidad de rendimiento. Especialmente debido a que en la primera sección, se requiere aproximadamente el 50% de la longitud del horno, en la cual ocurre el secado de la torta de filtración de hidrato de dióxido de titanio, la introducción de calor en el producto es muy ineficiente (Dumont, Balanger, Ind. Engn. Chem., Process Des. Dev. 17 (1978), 107-114). La torta de filtración que cae fuera del horno giratorio en la región en el extremo de alimentación debe ser macerada o regresada para la filtración. Los gases de combustión que emergen del horno giratorio con aproximadamente 400°C contienen polvo de Ti02, el cual es convertido parcialmente a pigmento, además de S02 y vapor de ácido sulfúrico el cual forma una niebla a medida que se enfria el gas. Esto requiere instalaciones a gran escala para recolectar el polvo y recuperar el polvo de Ti02 asi como para remover la niebla de H2S04 y el S02 (EP-A 0 320 682) . La utilización de la energía térmica de los gases de combustión se complica técnicamente, especialmente como resultado del contenido de vapor y ácido sulfúrico (EP-A 476 172, EP-A 0 097 259) . Los procesos de costumbre para la producción de dióxido de titanio mediante la calcinación del hidrato de dióxido de titanio que contiene sulfato en hornos giratorios se caracteriza por varias desventajas. - Los procesos individuales no pueden llevarse a cabo de manera óptima debido al acoplamiento del secado de la torta de filtración, la calcinación de sólidos con agua y la escisión del ácido sulfúrico, asi como el rompimiento de los cristales en un agregado. - El horno giratorio es extremadamente ineficiente como un aparato para secar la torta de filtración. Además, para alcanzar una velocidad de secado aceptable, deben mantenerse diferencias de temperatura en el intervalo de 300 a 600 " entre los gases de combustión y el sólido húmedo. Esto produce altas pérdidas de calor como resultado del escape del contenido de calor y las pérdidas de radiación. - Las altas temperatura de gas requeridas en la zona de secado necesitan altas velocidades de gases en la zona de calcinación del horno. Por lo tanto, el material similar a un polvo, seco, es parcialmente remolcado. Por lo tanto, la capacidad de un horno giratorio es limitada principalmente debido a la descarga de polvo y que se incrementa sobreproporcionalmente con el incremento de la velocidad del gas. - El flujo " de los sólidos secos es influenciado en gran medida por el incremento de la velocidad del gas y puede ocurrir un disparo del producto cuando la velocidad se reduzca, dando como resultado un producto insuficientemente calcinado. - El gran volumen de gas especifico por tonelada de Ti02 producido debe ser tratado removiendo el polvo de Ti02, ácido sulfúrico y S02. Se sabe que el desempeño del horno de calcinación puede incrementarse y el consumo de energía especifica puede disminuir presecando el material cargado antes de una calcinación (DE-A 37 25 513, US-A 4 224 288, Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chem. Techn . , 3er Vol. 14 (1981), páginas 360-364)". Sin embargo, la tecnología descrita no puede ser aplicada a la calcinación del Ti02 convencional debido que el vapor de ácido sulfúrico en el horno de calcinación seria considerado en el presecador. Por lo tanto resultarla una circulación interna de ácido sulfúrico con cantidades continuamente crecientes de ácido. Puede obtenerse un cierto incremento en la capacidad de las instalaciones de acuerdo a la EP-A 0 406 605 dado que una porción de la torta de filtración de hidrato de dióxido de titanio a ser calcinada es presecada con un gas de combustión libre de H2S0 producido por separado y el hidrato de dióxido de titanio seco es mezclado con la torta de filtración restante antes de cargar en el horno giratorio de calcinación. Se fijan por lo tanto, limites estrechos para el presecado debido a la consistencia desmoronable requerida de la mezcla. Por lo tanto, el desempeño de un horno giratorio convencional para la calcinación de Ti03 con una relación de longitud a diámetro de aproximadamente 20:1 puede incrementarse sólo dentro de ciertos límites debido a la fuerte influencia ya mencionada del comportamiento de flujo de los sólidos y el incremento de la descarga de polvo cuando se incrementa la velocidad del gas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Un objeto de la presente invención es proporcionar un proceso y una planta para la producción de dióxido de titanio, secando y calcinando el hidrato de dióxido de titanio con una velocidad de alimentación alta y menores costos evitando desventajas de la técnica anterior. Este objeto se resolvió de acuerdo a la invención dado que toda la torta de filtración de hidrato de dióxido de titanio que contenía sulfato se secó en cualquier secado calentado directa o indirectamente, adecuado, a temperaturas del producto hasta un máximo de 400°C, de manera preferible un máximo de 200°C, de manera más preferible de 90 a 150°C y el hidrato de dióxido de titanio que contenía sulfato seco se calcinó en un horno giratorio adecuado y la exhaustación se desempolvó. La materia objeto de la invención es un método para la producción de dióxido de titanio disolviendo materiales crudos de dióxido de titanio con ácido sulfúrico, produciendo una solución de sulfato de titanilo que contiene sulfato de metal, hidrolizando el sulfato de titanilo, separando el hidrato de dióxido de titanio del ácido sulfúrico que contiene sulfato de metal por filtración, blanqueando opcionalmente el hidrato de dióxido de titanio por tratamiento reductor en solución acida y calcinando el hidrato de dióxido de titanio mezclado opcionalmente con productos químicos adulterantes y núcleos de rutilo al dióxido de titanio, caracterizado porque el hidrato de dióxido de titanio que contiene sulfato se seca en el secado a temperaturas de 90 a 400°C, de manera preferible de 90 a 200°C, especialmente de 90 a 150°C, y el polvo de hidrato de dióxido de titanio de la exhaustación del secador se separa por filtración, el hidrato de dióxido de titanio seco se calcina en un horno giratorio calentado directamente con el flujo a contracorriente de sólidos y gases a temperaturas en el intervalo de 800 a 1100CC (temperatura de los sólidos) y la exhaustación se desempolva y desulfura. De manera principal, puede utilizarse un horno de calcinación de Ti02 convencional como un horno giratorio especialmente si el material seco está compactado. Sin embargo, a este respecto, las ventajas del proceso de acuerdo a la invención pueden solo ser parcialmente utilizadas. Por lo tanto, la materia objeto de la invención es también un horno de calcinación para llevar a cabo el proceso de acuerdo a la invención. Ese horno de calcinación es un horno giratorio con una relación de longitud a diámetro en el intervalo de 5:1 a 10:1. Además de los vertederos en forma de anillo en los extremos del horno, se instalan preferiblemente vertederos adicionales a todo lo largo del horno; de 1 a 5 vertederos adicionales son particularmente preferidos. Para asegurar un ajuste óptimo de los parámetros de operación con respecto a la calidad del dióxido de titanio y la demanda de combustible a las diferentes velocidades de producción, el horno giratorio está equipado preferiblemente de acuerdo a la invención con un dispositivo para cambiar la velocidad de rotación que es preferiblemente variable en el intervalo de 0.2 a 1 min-1. Resulta un espectro de tiempo de residencia rígido de los sólidos en el horno giratorio debido a los vertederos adicionales. La velocidad de rotación del horno puede ser relativamente alta sin acortar sustancialmente el tiempo de residencia del producto. Al mismo tiempo, la superficie del producto es renovada más frecuentemente, como resultado, la diferencia de temperaturas entre el gas de combustión y el producto puede reducirse. Eso también conduce a una calidad de producto más uniforme. Los cambios de la velocidad del gas en el horno tienen una influencia considerablemente menor sobre el tiempo de residencia del producto que lo que es el caso con los hornos de calcinación de Ti02 convencionales . El desempolvado del H2S04 de la exhaustación que contiene S02 del horno de calcinación preferiblemente ocurre con precipitadores electrostáticos, de los cuales el polvo separado es conducido de regreso al horno giratorio nuevamente de manera directa o después de compactar con el material seco. Sin embargo, en principio también es posible un desenpolvado de la exhaustación de la calcinación por filtración o lavado húmedo antes de que sea tratado para remover el H2S04 y S02 de manera convencional . De manea preferible, el polvo separado en el filtro, opcionalmente junto con material seco grueso tomado del secador, es alimentado directamente al horno giratorio o alimentado de manera ventajosa al horno después de compactar. Una ventaja considerable del proceso de acuerdo a la invención es que el volumen específico de la exhaustación de la calcinación cargada con H2S0 y S02 es únicamente del 30 al 50 % en comparación de la técnica.

Como resultado, los costos para desulfurar la exhaustación son decisivamente menores. Puesto que el secado de la torta de filtración y la calcinación del material seco pueden ser operadas cada una bajo condiciones optimizadas, el proceso de acuerdo a la invención conduce a un ahorro de energía del 15 al 25% en comparación con la producción del dióxido de titanio de acuerdo a la técnica.

DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS DE LA INVENCIÓN La ejecución del proceso de acuerdo al a invención en una planta de acuerdo a la invención se describe para una modalidad preferida vía el ejemplo 1. La torta de filtración de hidrato de dióxido de titanio que contiene sulfato (7), mezclada opcionalmente con compuestos químicos adulterantes, se alimenta en un secador (1) el cual es calentado directamente con gas de combustión (8) . Los gases que contienen polvo (9) que abandonan el secador (1) con 90 a 400°C, de manera preferible 90 a 150°C, son desempolvados en un filtro (2) y posteriormente extraídos hacia la atmósfera (10). El material seco (11) tomado del secador (1) y el polvo (12) tomado del filtro (2) se compactan juntos con el polvo sacado del polvo (13) en un compactador (3), por ejemplo un compactador de rodillo. El material seco compactado (14) es alimentado al horno giratorio (4), de modo que sea conducido a contracorriente al gas de combustión (16) creado en el quemador. El dióxido de titanio (15) tomado del horno giratorio (4) es enfriado en la forma de costumbre, molido y opcionalmente sometido a un tratamiento adicional. La exhaustación caliente (17) que contiene polvo, H2S04 y S02 que abandona el horno giratorio de 250 a 450°C, de manera preferible 300 a 350 °C, es preferiblemente desempolvada en un precipitador electrostático (5). La exhaustación desempolvada (18) cuyo contenido de compuestos que contienen azufre, H2S0 y S0 , es dos a tres veces mayor que lo que acumulan convencionalmente las exhaustaciones desulfuradas en las plantas de purificación de gas residual (6) y posteriormente extraídas hacia la atmósfera (19) . Una modalidad preferida relacionada con un horno giratorio de acuerdo a la invención se presenta en la figura 2. El horno giratorio (20) se caracteriza porque su longitud para una capacidad de rendimiento dada es menor del 50% de la de los hornos giratorios convencionales para la calcinación de Ti02. Además, de los vertederos en forma de anillo en el extremo superior de alimentación de sólidos de lodo (21) y en el extremo inferior de descarga del producto (22) , se instalan cuatro vertederos (23) por ejemplo, en una forma distribuida a todo lo largo del horno. El calentamiento ocurre por medio del quemador (25) instalado en la cámara de combustión (24) . La posible introducción de aire secundario a la ?ámara de combustión no se muestra. La descarga de producto (26) ocurre en el extremo lateral del quemador. El hidrato de dióxido de titanio que contiene sólido seco cae en el horno giratorio a través del tubo de entrada (27) . De manera alternativa, la alimentación del sólido puede ocurrir por medio de un tornillo o banda de transporte. La exhaustación de calcinación que contiene polvo es conducida del alojamiento de salida del gas (28) sobre la línea (29) hacia el precipitador de polvo (5) . Opcionalmente, el polvo removido en el alojamiento de salida de gas (28) puede ser extraído en la salida (30) y agregado al hidrato de dióxido de titanio seco (11, 12) . Las ventajas de la invención se ilustran por medio de ejemplos sin hacer que el alcance de la invención se limite a ellos. Las porciones y por cientos dados en los ejemplos son con respecto al peso, en tanto no se indique otra cosa. Los volúmenes dados en m3 corresponden a las condiciones normales.

Ejemplos Ejemplo Comparativo: Hidrato de dióxido de titanio que contenía azufre mezclado con compuestos químicos adulterantes y núcleos de rutilo se calcinó en un horno giratorio convencional hasta escoria de pigmento de dióxido de titanio. El horno tuvo una longitud de 60 m, un diámetro interno de 2.6 m y vertederos concentrada y salida de una altura de 0.3 m. La velocidad rotacional fue de 0.15 min-1. Este se cargó con 6.8 t/h de torta de filtración la cual contenía 44% como Ti02 y 0.24 t/h de S042". El quemador fue * s operado con 925 m3/h de gas natural. Se introdujo un total de aproximadamente 18,800 m3/h de aire (aire primario al quemador + aire secundario + aire purgado) . La temperatura de los gases detrás de los vertederos de salida de sólidos fue de 1,230°C, la cual corresponde a una velocidad del gas de 5.7 m/s (calculada para un horno vacío). Por el otro lado del quemador, se descargaron 3.0 t/h de pigmento de dióxido de titanio con una temperatura de 980 °C en promedio. La cantidad descargada, influenciada por la velocidad de gas cambiante debido al control de temperatura, varió entre 2.85 y 3.1 t/h con fluctuaciones de calidad aceptables. Aproximadamente 25,000 m3/h de exhaustación húmeda con una temperatura de 395°C contenía 4.1 g de S02/m3, 6.7 g de H2S04 m3 y 4.8 g de polvo que contenía titanio/m3 se emitieron del extremo superior del horno. Eso corresponde a una velocidad del flujo del gas de 61,000 m3/h bajo las condiciones de operación. El fluido se depuró, y liberó de polvo, en una torre de depuración y a continuación se liberó de H2S04 en un ESP y se liberó catalíticamente en S02 por medio de carbón activado.

Ejemplo De acuerdo a la invención, se secaron 17.4 t/h de la torta de filtración descrita en el ejemplo comparativo en un secador de sólidos (tipo: lecho fluidizado con agitación) a 125°C. El secador fue operado con gas de combustión, el cual se creó quemando 800 m3/h de gas natural con 26,500 m3/h de aire. Se emitió una exhuastación húmeda de 38,000 m3/h del secador, la cual se desempolvó en un filtro. Se acumularon 9.1 t/h de polvo de hidrato de dióxido de titanio seco con el secado. Este se compactó con un compactador de rodillo y a continuación se alimentó en un horno giratorio de acuerdo a la invención. El horno giratorio tuvo una longitud de 28 m y un diámetro interno de 3.2 m. Además de los vertederos de 0.3 m de alto en los extremos del horno, se instalaron cuatro vertederos igualmente altos uniformemente distribuidos a todo lo largo del horno. La velocidad rotacional es de 0.5 min"1. El horno fue operado con 960 m3/h de gas natural. Se introdujo un total de aproximadamente 17,700 m3/h de aire. La temperatura de los gases detrás del vertedero de descarga fue de 1320°C; la velocidad del gas de 3.3 m/s. Se descargaron 7.65 t/h de pigmento de óxido de titanio con una temperatura de 975°C. La descarga de producto y la calidad del pigmento varían dentro de límites estrechos como con el ejemplo comparativo.

Una corriente de exhaustación húmeda de aproximadamente 21,000 m3/h con una temperatura de 310°C que contenía 13.4 g de S02, 14.8 g de H2S0 y 3.6 g de polvo per m3/h se acumuló como gas seco del horno giratorio. Este se limpió como en el Ejemplo comparativo. Las ventajas sustanciales de la invención son representadas por la comparación con la técnica: Exhaustación del horno giratorio (que contenía (S02/ H2S04) : Secado de la torta de filtración: Exhaustación (libre de S) : Consumo total de gas natural m3/t Ti02 242 308 m aquí, volumen bajo las condiciones de operación. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Un proceso para la producción de dióxido de titanio disolviendo materiales crudos de dióxido de titanio con ácido sulfúrico, produciendo una solución de sulfato de titanilo que contiene sulfato de metal, hidrolizando el sulfato de titanilo, separando el hidrato de dióxido de titanio del ácido sulfúrico que contiene sulfato de metal por filtración, blanqueando opcionalmente el hidrato de dióxido de titanio por tratamiento reductor en solución acida y calcinando el hidrato de dióxido de titanio mezclado opcionalmente con productos químicos adulterantes y núcleos de rutilo al dióxido de titanio, caracterizado porque el hidrato de dióxido de titanio que contiene sulfato se seca en el secado a temperaturas de 90 a 400°C, de manera preferible de 90 a 200°C, especialmente de 90 a 150°C, y el polvo de hidrato de dióxido de titanio de la exhaustación del secador se separa por filtración, el hidrato de dióxido de titanio seco se calcina en un horno giratorio calentado directamente con el flujo a contracorriente de sólidos y gases a temperaturas en el intervalo de 800 a 1100°C (temperatura de los sólidos) y la exhaustación se desempolva y desulfura.

2. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el hidrato de dióxido de titanio seco se compacta y calcina posteriormente .

3. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los gases que contienen polvo, H2S04 y S02 que son emitidos del horno giratorio con 200 a 450°C, de manera preferible de 300 a 350 °C, son desempolvados y desulfurados independientemente de la exhaustación del secador de hidrato de dióxido de titanio.

4. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la exhaustación del horno de calcinación se desempolva en un precipitador electrostático o un filtro de polvo y el polvo separado es introducido en el horno de calcinación junto con el hidrato de dióxido de titanio seco, opcionalmente después del paso de campactación.

5. Un horno de calcinación para la producción de dióxido de titanio a partir de hidrato de dióxido de titanio que contiene sulfato seco, caracterizado porque está en forma de un. horno giratorio con una relación de longitud-diámetro en el intervalo de 5 a 10.

6. El horno de calcinación de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque además de los vertederos en forma de anillo en los extremos del horno, se instalan vertederos adicionales en el horno giratorio distribuidos a todo lo largo del horno.

7. El horno de calcinación de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque se instalan de 1 a 5 vertederos en forma de anillo adicionales en el horno giratorio.

8. El horno de calcinación de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el horno giratorio está equipado con un dispositivo para alterar la velocidad de rotación.