NO120335B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for å behandle titandioksydmalmer.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en forbedret fremgangsmåte for reduksjon av titandioksydmalmer som inneholder små mengder av jernoksyd.

Det er tidligere blitt foreslått å behandle titandioksydmalmer som inneholder mindre mengder av jernoksyd og gangart ved opphetning av malmen med en tilstrekkelig mengde carbon i et forsøk på å redusere alt jernet til elementær form og alt titandioksydet til et lavere oksyd, mens carbonet oksyderes til carbonmonoksyd. Ved utførelsen av denne kjente fremgangsmåte har det imidlertid vist seg at det må anvendes et overskudd av carbon. Dette forårsaker at det blir tilbake en uønsket stor mengde av det overskytende carbon som er uforbrukt i residuet av den delvis reduserte malm, og gjør det nødvendig å fjerne det ikke-forbrukte overskudd før fjernelsen av jernet som er blitt redusert til elementær form. Når det videre anvendes en slik fremgangsmåte, kan ikke en vesentlig fullstendig reduksjon av titandioksydet til et lavere oksyd oppnåes i løpet av en rimelig tid, med mindre reaksjonen utføres ved sterkt reduserte trykk ved hjelp av vakuumutstyr.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å avhjelpe de ovennevnte vanskeligheter.

I overensstemmelse med foreliggende

oppfinnelse modifiseres den kjente fremgangsmåte ved å utføre opphetningen av titandioksyder og en støkiometrisk mengde carbon for reduksjon av titandioksydet og mindre mengder av tilstedeværende jern ved en temperatur innenfor området mel-lom 1300 og 1600° C i nærvær av hydrogen ved normalt trykk, hvorved det fremstilles

et delvis redusert, i alt vesentlig carbon-fritt, porøst sintret malmresiduum i hvilket jernet i alt vesentlig er fullstendig redusert til elementært jern og titanet er i alt vesentlig fullstendig redusert til et lavere oksyd eller oksyder.

Ved den foretrukne fremgangsmåte for utførelse av oppfinnelsen reduseres par-tikkelstørrelsen av en titandioksydmalm om nødvendig til et pulver som er fritt for store klumper eller korn. En avmålt mengde av carbon i findelt form, som f. eks. lampe-sot eller grafitt, blandes derpå omhyggelig med malmen. Den totale carbonmengde som anvendes er den mengde som vil for-ene seg med alt oksygenet i jernet, og fra V4 til V2-del av oksygenet i TiO- så at der dannes CO.

Blandingen av malmen og carbon char-geres inn i en passende lukket ovn. Luftens adgang forhindres slik at den ønskete ovns-atmosfære opprettholdes og ovnen opphetes for å bringe chargens temperatur til området av 1300 til 1600° C, hvor denne temperatur holdes i tre til fem timer eller deromkring, alt efter den spesielle temperatur som anvendes og den fysikalske art av malm-carbonblandingen. Temperaturer over 1600° C vil ha en tendens til å danne TiC, særlig hvis der er til stede et overskudd av carbon like overfor den nødven-dige mengde, og dette unngåes på en øn-sket måte ved å utføre malmreduksjonen ved en temperatur under 1600° C.

For å oppnå en effektiv reduksjon av alt TiOa, i det minste til Ti^O:!, skal der opprettholdes en atmosfære bestående i alt vesentlig av hydrogen (og CO som uunn-gåelig er til stede) i ovnen ved å innføre en kontinuerlig strøm av hydrogen slik at CO føres bort efter som det dannes gjennom en passende utløpsåpning og slik at inn-slipning av luft forhindres. Når der opprettholdes en slik atmosfære i ovnen og temperaturen i denne holdes over ca. 1300° C, vil carbon opp til den ovenfor angitte maksimumsmengde (svarende til fra V4 til y2-del av oksygen i TiOa) forbrukes for reduksjon av TiOa til et lavere oksyd eller oksyder. Forutsatt at der er tilstrekkelig carbon opptil denne maksimumsmengde som foran nevnt, vil alt bli forbrukt og i det vesentlige alt Ti02 vil bli redusert til i det minste TiaOa, mens eventuelt tilstedeværende jernoksyd vil bli redusert til elementært jern. Hvis den teoretisk krevete mengde av carbon er til stede, kan der oppnåes en praktisk talt fullstendig reduksjon av Ti02 til TiO, mens bare små mengder forblir som Ti;i04 eller Ti203, og disse lavere oksyder vil være praktisk talt fullstendig oppløselig i svovelsyre ved hjelp av en for-holdsvis kort behandling. Residuet som forblir i ovnen, kan anvendes som et syreopp-løselig titanoksydråmateriale for titanpig-mentindustrien.

De følgende eksempler 1, 2, 3 og 4 viser med hvilken effektivitet reaksjonen kan utføres, hvorunder titan reduseres til et lavere oksyd eller oksyder.

I eksemplene 1 og 2 var det til stede en merkbar, skjønt dog liten, mengde av jern, hvilket vil fremgå av den følgende analyse av et naturlig rutil, som ble be-handlet i overensstemmelse med disse eksempler.

Den følgende analyse angir også sam-mensetningen av et syntetisk rutil, som be-handles i eksemplene 3 og 4.

Eksempel 1:

160 vektsdeler naturlig rutilmalm av den ovenfor angitte sammensetning og med en partikkelstørrelse på maksimum ca. 40

mikron ble intimt blandet med 12 deler findelt carbon og anbrakt i en grafittdigel. Hydrogen ble ledet i en strøm gjennom digelen for å føre bort CO eftersom dette ble dannet og for å opprettholde en reduserende atmosfære, bestående i alt vesentlig av hydrogen, og innholdet i digelen ble opphetet til en temperatur innenfor området av fra 1500 til 1550° C i en periode av ca.

2 timer, hvorpå opphetningen ble avbrutt

og chargen fikk anledning til å kjøle seg. Residuet var et mørkeblått kornet titanoksyd.

Under antagelse av at rutilmalmen var rent TiOi> og at Ti02 ble fullstendig redusert til Ti203, skulle residuet i digelen ha utgjort 144 deler. Den virkelige vekt av residuet i digelen var 140 deler, hvilket viser at en del av titanoksydet var blitt redusert til en ennå lavere oksydform som f. eks. TiO. En analyse av produktet viste et titaninnhold av 68 %, sammenlignet med et teoretisk titaninnhold av 66,6 % for Ti2Oa, hvilket således bekrefter at der har funnet sted en i alt vesentlig fullstendig reduksjon av titanet i det minste til formen Ti203 med en relativt liten mengde redusert til TiO. Residuet var ca. 90 % oppløse-lig i svovelsyre i løpet av en relativt kort tid.

Eksempel 2:

80 vektsdeler av den samme naturlige rutilmalm med en partikkelstørrelse av ca. 40 mikron maksimum ble intimt blandet

med 12 deler findelt carbon og anbrakt i en grafittdigel. En atmosfære bestående i alt vesentlig av hydrogen ble opprettholdt på samme måte som nevnt i eksempel 1 og innholdet i digelen ble opphetet til en temperatur innenfor området av 1500 til 1525° C i en periode av ca. iy2 time, hvorpå opphetningen ble avbrutt og chargen fikk anledning til å avkjøle seg. Residuet var et gråaktig brunt pulverformet titanoksyd.

Under antagelse av at rutilmalmen var rent TK>2 og at Ti02 var fullstendig redusert til TiO, skulle residuet i digelen ha utgjort 64 vektsdeler. Den virkelige vekt var 66 deler, hvilket viser at der hadde funnet

sted en reduksjon av det opprinnelige oksyd i alt vesentlig fullstendig til TiO, mens

resten sannsynligvis var redusert til Ti20.s.

Analyse av produktet viste et titaninnhold

av ca. 72 % sammenlignet med et teoretisk titaninnhold av 75 % av TiO, hvilket bekrefter at der hadde funnet sted en praktisk talt fullstendig reduksjon av titan - dioksyd til TiO. Residuet var ca. 95 % oppløselig i svovelsyre i løpet av relativt kort tid.

Eksempel 3: 160 vektsdeler av syntetisk rutil av den ovenfor angitte analyse og med en par-tikkelstørrelse maks. av ca. 75 mikron ble intimt blandet med 12 deler findelt carbon og anbrakt i en grafittdigel. En atmosfære bestående i alt vesentlig av hydrogen, ble opprettholdt på samme måte som angitt i eksempel 1 og digelens innhold ble opphetet til en temperatur innenfor området 1400 til 1525° C i en periode av ca. 5 timer. Residuet var et mørkeblått, kornet oksyd av titan.

Vekten av residuet var 135 deler like overfor en teoretisk gjenvinning av 144 deler og titaninnholdet i residuet var ca. 68 % hvilket igjen viser at der hadde funnet sted en i alt vesentlig fullstendig reduksjon av titandioksydet i det minste til formen TiaOa med en relativt liten mengde redusert til TiO. Residuet var ca. 94 % oppløselig i svovelsyre i løpet av relativt kort tid.

Eksempel 4: 80 vektsdeler av det samme syntetiske rutil med en partikkelstørrelse av maksimum 75 mikron ble intimt blandet med 12 deler findelt carbon og anbrakt i en grafittdigel. En atmosfære bestående i alt vesentlig av hydrogen, ble opprettholdt på samme måte som angitt i eksempel 1, og digelens innhold ble opphetet til en temperatur innenfor området av 1450 til 1550° C i en periode av ca. 3y2 time. Residuet var et gråaktig brunt pulverformet titanoksyd.

Vekten av residuet var 65,5 deler like overfor en teoretisk gjenvinning av 64 deler og titaninnholdet i residuet var ca. 73 % like overfor det teoretiske innhold av 75 % for rent TiO, hvilket viser at der hadde funnet sted en i alt vesentlig fullstendig reduksjon av det opprinnelige oksyd til TiO med en relativt liten mengde redusert til Tii>Os. Residuet var ca. 94 % oppløselig i svovelsyre i løpet av en relativt kort tid.

Som følge av dannelsen av CO gass under reaksjonen kan atmosfæren i reduk-sjonsovnen naturligvis ikke bestå fullstendig av rent hydrogen. Ved opprettholdelse av en konstant strøm av hydrogen inn i og gjennom systemet kan imidlertid den mengde CO-gass som til enhver tid er til stede, holdes relativt liten, slik at denne CO-gass ikke har noen nevneverdig forsinkende virkning på reaksjon.

Alt efter hvilken kilde som er mest

hensiktsmessig for hydrogenet kan denne reduserende gass være fortynnet eller ikke i en viss utstrekning med en inert gass, som f. eks. nitrogen. Blandingen av nitrogen og hydrogen som fåes ved spalting av ammoniakk, kan f. eks. anvendes direkte i prosessen og den resulterende 25 %'s for-tynning av hydrogenet med nitrogenet som er ikkeoksyderende og fullstendig inert i prosessen, er ikke for stor for oppfinnelsens øyemed. På lignende måte er innføringen av ammoniakk i systemet mulig da ammo-niakken umiddelbart spaltes ved den høye temperatur som opprettholdes i systemet.

Av de foregående bemerkninger vil det forståes at den aktive atmosfære består i alt vesentlig av hydrogen og slike andre inaktive gasser som er til stede i relativt små mengder, og vil ikke utøve mer enn en ganske liten forsinkende effekt på hastig-heten og effektiviteten av reaksjonen. Ut-trykket «en atmosfære, bestående i alt vesentlig av hydrogen» skal følgelig her forståes slik at det omfatter atmosfærer av den foran angitte karakter.

Da reaksjonen for å gi som resultat ved reduksjonen at alt Ti02 reduseres i det minste til formen ThOz, krever et forhold av carbon til TiO^ av i det minste 3:40, vil anvendelsen av enhver mindre mengde carbon i forhold til TiOu i chargen naturligvis være uøkonomisk for dette øyemed. Anvendelsen av bare ubetydelig lavere forhold av carbon til Ti02 i den oprinnelige char-ge resulterer i et lavere utbytte av det øn-skede lavere oksyd.

Claims (1)

1. Fremgangsmåte for å behandle titan-oksydmalmer som bare inneholder mindre mengder jernoxyd og gangart, hvor malmen opphetes under utelukkelse av luft i blanding med en støkiometrisk mengde carbon og i en tilstrekkelig tidsperiode for reduksjon av alt jern til elementærform og alt titandioxyd til et lavere oxyd, mens carbonet oxyderes til carbonmonoxyd, karakterisert ved at nevnte opphetning utfø-res ved en temperatur innenfor området 1300° C til 1600° C i nærvær av hydrogen ved normalt trykk.