NO20130800A1 - Oppgradering av titanholdig materiale - Google Patents
Oppgradering av titanholdig materiale Download PDFInfo
- Publication number
- NO20130800A1 NO20130800A1 NO20130800A NO20130800A NO20130800A1 NO 20130800 A1 NO20130800 A1 NO 20130800A1 NO 20130800 A NO20130800 A NO 20130800A NO 20130800 A NO20130800 A NO 20130800A NO 20130800 A1 NO20130800 A1 NO 20130800A1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- tin
- containing material
- ions
- iron
- reaction
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 46
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 38
- 239000010936 titanium Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 38
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 69
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 59
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 claims abstract description 16
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 169
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 36
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 33
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 32
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 30
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 22
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 20
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 20
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 238000005660 chlorination reaction Methods 0.000 claims description 14
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 claims description 11
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims description 11
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 10
- YDZQQRWRVYGNER-UHFFFAOYSA-N iron;titanium;trihydrate Chemical compound O.O.O.[Ti].[Fe] YDZQQRWRVYGNER-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 8
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 claims description 7
- NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L iron dichloride Chemical compound Cl[Fe]Cl NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 7
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical group Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910021577 Iron(II) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 claims description 6
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 claims description 5
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 5
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 claims description 5
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 claims description 5
- 229910010165 TiCu Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 claims description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000002386 leaching Methods 0.000 claims description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical class [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims description 2
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims 1
- 238000005363 electrowinning Methods 0.000 claims 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 12
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 25
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 5
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 5
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 4
- -1 air Chemical compound 0.000 description 3
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 3
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002505 iron Chemical class 0.000 description 2
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N iron (II) ion Substances [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 2
- 239000002006 petroleum coke Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N Chlorine Chemical compound ClCl KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N Fe3+ Chemical compound [Fe+3] VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003074 TiCl4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 238000005256 carbonitriding Methods 0.000 description 1
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000012612 commercial material Substances 0.000 description 1
- 238000010960 commercial process Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000011143 downstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229910001447 ferric ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- RUTXIHLAWFEWGM-UHFFFAOYSA-H iron(3+) sulfate Chemical compound [Fe+3].[Fe+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O RUTXIHLAWFEWGM-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 229910000360 iron(III) sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- FLTRNWIFKITPIO-UHFFFAOYSA-N iron;trihydrate Chemical compound O.O.O.[Fe] FLTRNWIFKITPIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 230000003134 recirculating effect Effects 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J titanium tetrachloride Chemical compound Cl[Ti](Cl)(Cl)Cl XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B34/00—Obtaining refractory metals
- C22B34/10—Obtaining titanium, zirconium or hafnium
- C22B34/12—Obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by metallurgical processing; preparation of titanium compounds from other titanium compounds see C01G23/00 - C01G23/08
- C22B34/1236—Obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by metallurgical processing; preparation of titanium compounds from other titanium compounds see C01G23/00 - C01G23/08 obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by wet processes, e.g. by leaching
- C22B34/1259—Obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by metallurgical processing; preparation of titanium compounds from other titanium compounds see C01G23/00 - C01G23/08 obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by wet processes, e.g. by leaching treatment or purification of titanium containing solutions or liquors or slurries
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B34/00—Obtaining refractory metals
- C22B34/10—Obtaining titanium, zirconium or hafnium
- C22B34/12—Obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by metallurgical processing; preparation of titanium compounds from other titanium compounds see C01G23/00 - C01G23/08
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B34/00—Obtaining refractory metals
- C22B34/10—Obtaining titanium, zirconium or hafnium
- C22B34/12—Obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by metallurgical processing; preparation of titanium compounds from other titanium compounds see C01G23/00 - C01G23/08
- C22B34/1236—Obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by metallurgical processing; preparation of titanium compounds from other titanium compounds see C01G23/00 - C01G23/08 obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by wet processes, e.g. by leaching
- C22B34/124—Obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by metallurgical processing; preparation of titanium compounds from other titanium compounds see C01G23/00 - C01G23/08 obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by wet processes, e.g. by leaching using acidic solutions or liquors
- C22B34/1245—Obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by metallurgical processing; preparation of titanium compounds from other titanium compounds see C01G23/00 - C01G23/08 obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by wet processes, e.g. by leaching using acidic solutions or liquors containing a halogen ion as active agent
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
En fremgangsmåte for oppgradering av et titanholdig materiale innebefatter nitridering og reduksjon av et titanholdig materiale som innebefatter TiO2 og Fe-oksider i nærvær av nitrogen og karbon for å omdanne TiO2 til TiN og for å redusere det meste av Fe-oksider til Fe er beskrevet. Fe oksideres i preferanse for TiN for å danne et oppgradert TiN-holdig materiale med lavt Fe-innhold.
Description
OPPGRADERING AV TITANHOLDIG MATERIALE
Foreliggende oppfinnelse vedrører oppgraderingen av titanholdig materiale. Spesielt vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte for oppgradering av titanholdig materiale.
Konvensjonelle prosesser, og spesielt konvensjonelle, kommersielle prosesser for fremstilling av TiCI4anvender titanholdige råmaterialer med et høyt innhold av Ti02. Ti02omsettes med klor i en høytemperatur-kloreringsinnretning (omkring 900°C) for å fremstille TiCI4, som anvendes kommersielt i stor skala for for å fremstille Ti02pigment eller titanmetall. Uheldigvis reagerer klor ikke-selektivt ved høye temperaturer, idet klor forbrukes ved andre bestanddeler av de titanholdige råmaterialene.
En fremgangsmåte for oppgradering av titanholdige materialer, så som ilmenitt, til en form som forbruker mindre klor eller produserer mindre kloridavfall fra forurensninger i de titanholdige råmaterialene og som kan fremstille TiCU i et prosesstrinn gjennomført ved en lavere temperatur, ville være ønskelig. Det ville også være en fordel dersom en slik fremgangsmåte er mer økonomisk og kan oppgradere titanholdige materialer av lavere kvalitet, så om titanholdig slagg av lavere kvalitet.
Ifølge oppfinnelsen tilveiebringes en fremgangsmåte for oppgradering av et titanholdig materiale, hvor fremgangsmåten omfatter
nitridering og redusering av et titanholdig materiale som innbefatter Ti02og Fe-oksider i nærvær av nitrogen og karbon for å omdanne Ti02til TiN og redusere det meste av Fe-oksidene til Fe;
oksidering av Fe i nærvær av TiN for å danne Fe<2+>ioner; og
fjerning av Fe<2+>ionene for å fremstille et oppgradert TiN-holdig materiale med lavt Fe-innhold.
Typisk er det oppgraderte TiN-holdige materialet med lavt Fe-innhold en blanding av TiO, TiN og TiC.
Et flertall av Fe-oksider, f.eks. Fe<2+>og Fe<3+>vil følgelig være til stede i det titanholdige materialet. Fe-oksidene i det titanholdige materialet blir følgelig karbotermisk redusert til Fe, mens Ti02i det titanholdige materialet blir nitridert til TiN. Fordelaktig er TiN mer reaktivt enn Ti02, og klor, i motsetning til med Fe, reagerer selektivt med TiN ved langt lavere temperaturer enn med Ti02, for eksempel ca. 170°C-250°C, for å danne TiCU, i det vesentlige uten avfallsklorider, bortsett fra at FeCI2og/eller FeCI3dannes.
Fremgangsmåten kan følgelig innbefatte klorering av det oppgraderte TiN-holdige materialet med lavt Fe-innhold for derved å omdanne TiN deri til TiCU. Den kjemiske reaksjonen som er involvert er i samsvar med ligning (1):
Dersom ikke i det vesentlig alt av Fe, som Fe<2+>ioner, er fjernet for å tilveiebringe det TiN-holdige materialet med lavt Fe-innhold, vil klorering av TiN høyst føre til at litt klor forbrukes av jern, og derved på fordelaktig måte forbedre økonomien av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen
Kloreringen av TiN er selektiv med hensyn til bulken av forurensninger som kan finnes i det TiN-holdige materialet med lavt Fe-innhold, så som Si02, CaO, Al203og MgO. Disse forbindelsene reagerer ikke med klor ved de lave temperaturene, dvs. omkring 170°C - 250°C, hvor TiN reagerer med klor (Cl2).
Nitridering og redusering av titanholdig materiale, som innbefatter Ti02og Fe-oksider, i nærvær av karbon og nitrogen for å omdanne Ti02til TiN, og å redusere Fe-oksider til Fe, kan bevirkes ved en hvilken som helst fremgangsmåte kjent for fagmannen, så som fremgangsmåten beskrevet i US 6,629,838. Typisk anvendes en stor nitrideringsovn for å bevirke nitrideringen og reduksjonen, idet det fremstilles et karbonitridert mellomprodukt som omfatter TiN og Fe. Som det vil erkjennes er en kilde for nitrogen påkrevet for dette fremgangsmåtetrekket. Dersom et luftseparasjonsanlegg eller - innretning er til stede for å produsere oksygen for nedstrømsprosessering, kan fordelaktig nitrogen fra luftseparasjonsanlegget anvendes for nitrideringsformål. Den kjemiske reaksjonen for nitrideringen av Ti02er som følger, dvs. reaksjon (2):
Når Ti02imidlertid hovedsakelig er til stede som FeO.Ti02, som i tilfellet ilmenitt, som er det hyppigst forekommende kommersielle materialet som i dag anvendes for ekstraksjon av titanverdier, kan følgelig FeO.Ti02nitrideres karbotermisk for å tilveiebringe TiN og metallisk Fe og ett eller flere karbonoksider (dvs.CO og/eller C02). Nitriderings- og reduksjonsreaksjonen for FeO.Ti02kan i forenklet form beskrives som følger, dvs. reaksjon (3):
I en mer kompleks form kan nitriderings- og reduksjonsreaksjonen for FeO.Ti02for eksempel beskrives ved den eksempelvise reaksjonen (3a):
Oksidering av Fe i preferanse for TiN for å danne Fe<2+>ioner kan følgelig innbefatte omsetning av et karbonitridert mellomprodukt som omfatter TiN og Fe med et oksiderende anion for å omdanne Fe til Fe<2+.>Typisk er det oksiderende anionet i formen av en vandig saltoppløsning.
Den vandige saltoppløsningen kan være en kloridoppløsning, fortrinnsvis en FeCI3oppløsning. Fordelaktig har både FeCI3og FeCI2en høy løselighet i vann. Det skal imidlertid erkjennes at det finnes andre salter, for eksempel nitrater, som også er egnede for anvendelse i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. For en effektiv og økonomisk prosess må jern(lll)ionene være i form av et vannløselig salt og det tilsvarende jern(ll)saltet må også være vannløselig, for å tillate utlutning av jem(ll)saltet fra det karbonitriderte mellomproduktet.
Når FeCI3anvendes som den vandige saltløsningen beskriver den følgende reaksjonen, dvs. reaksjon (4), oksidasjonen av Fe i preferanse for TiN for å danne Fe<2+>ioner:
Denne reaksjonen kan hensiktsmessig utføres ved omgivelsestemperatur, men høyere temperaturer, opp til kokepunktet for jern(lll)kloridoppløsningen, fremmer reaksjonsraten mellom Fe<3+>ionene og Fe og øker også løseligheten av både jern(lll)klorid og jern(ll)klorid.
Under nitridering og reduksjon av det titanholdige materialet blir fortrinnsvis alt av Fe-oksidene redusert til metallisk jern og ikke bare til den toverdige formen. Dette er typisk tilfellet i ethvert tilfelle ved de sterkt reduserende betingelsene ved omkring 1300°C anvendt for å nitridere TiC>2for å fremstille TiN. Typisk er jernet i formen av små partikler som er omhyggelig blandet med små TiN-partikler som er sintret sammen med en gjenværende del av det titanholdige materialet, dvs. et karbonitridert mellomprodukt som omfatter TiN og Fe. Dette tillater på fordelaktig måte ekstraksjon av jernet som Fe<2+>ved anvendelse av FeCI3(jern(lll)klorid) i henhold til reaksjon (4) ovenfor, i stedet for å anvende saltsyre. Ikke noe hydrogen dannes derved, i motsetning til tilfellet med ekstraksjon ved hjelp av saltsyre i henhold til reaksjonen (5):
derved unngås farene ved hydrogendannelse og problemer forårsaket ved skumming. Videre er reaksjonen av FeCI3rask sammenlignet med prosesser hvor FeO utlutes med HCI, derved gjøres det mulig å anvende kortere oppholdstider og mindre reaktorer. I tillegg krever oksidasjonen av vandig jern(ll)klorid ved hjelp av oksygen, dvs. luft, for å regenerere FeCI3langt mindre energi. Jern(ll)kloridet (FeCb) kan fordelaktig oksideres (for det formål å resirkluere Fe<3+>og for formålene med fjerning av et jernoksid-biprodukt) i en separat reaktor til en reaktor hvori Fe oksideres for å danne Fe<2+>ioner, derved tilveiebringes bedre separasjon av jern fra TiN og det tilveiebringes mulighet til å velge driftsbetingelser for å stimulere veksten av store jernoksidkrystaller, hvilket er fordelaktig for den etterfølgende anvendelsen eller avhendingen av jernoksidene. Det vil også erkjennes at når HCI anvendes for å utlute jernspecies fra TiN, må det tas forholdsregler for å holde på og skrubbe HCI damper. Derimot er damptrykket av HCI over jem(lll)kloridoppløsninger (FeCI3oppløsninger) størrelsesordener lavere enn over HCI oppløsninger, derved tillates en langt mer forenklet mekanisk konstruksjon av et anlegg som anvender fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.
Overraskende er TiN bemerkelsesverdig resistent mot angrep ved FeCI3. Oppfinnerne har overraskende funnet at, selv om det er en stor endring i Gibbs fri energi for reaksjonen, dvs. reaksjon (6):
og selv om man ville vente at de svært fine TiN-partiklene dannet ved karbonitridering av titanholdig materiale, så som ilmenitt, skulle være meget reaktive som et resultat av deres høye overflate til volum forhold, er oksidasjonen av fine jernpartikler i nitridert ilmenitt ved hjelp av vandige jern(lll)ioner (Fe<3+>) i henhold til reaksjon (4) ovenfor, langt raskere enn oksidasjonen av TiN-partikler ved hjelp av Fe<3+>ionene i henhold til reaksjon (6) ovenfor. Fordelaktig kan metallisk jern i nitridert titanholdig materiale, så som ilmenitt, følgelig omdannes til Fe<2+>ioner og utlutes fra TiN, med en vandig oppløsning av et egnet Fe<3+>holdig salt.
Fjernelse av Fe<2+>ionene for å fremstille et oppgradert TiN-holdig materiale med lavt Fe-innhold omfatter typisk separasjon av Fe<2+->oppløsning fra det uomsatte karbonitriderte mellomproduktet for å fremstille det TiN-holdige materialet med lavt Fe-innhold og en Fe<2+->oppløsning. Separasjonen kan bevirkes ved et fysisk separasjonstrinn, for eksempel filtrering, sedimentering eller sentrifugering. Om påkrevet eller ønskelig kan fremgangsmåten omfatte vasking av det TiN-holdige materialet med lavt Fe-innhold med et vandig fluid. Fortrinnsvis blir det TiN-holdige materialet med lavt Fe-innhold tørket for det kloreres.
Som angitt ovenfor kan fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen innbefatte trinnet med regenerering av Fe<3+->ioner fra FeCI2(aq) oppnådd ved utlutningen av det karbonitriderte mellomproduktet med FeCI3(aq).
Typisk blir bare en del (f.eks. ca. totredjedeler) av FeCI2omdannet til Fe<3+->ioner, idet resten er i form av et biprodukt av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen inneholdende jern i en ikke-kloridform. De regenererte Fe<3+->ionene kan resirkuleres for å oksidere Fe i preferanse for TiN for å danne Fe<2+->ioner.
Regenerering av Fe<3+->ionene kan innbefatte oksidering av FeCI2med oksygen (typisk luft ved omkring 1 til 2 bar(g) og 90°C), for eksempel i henhold til reaksjoner (7) og (8):
Avhengig av reaksjonsbetingelser kan Fe3C"4 også utfelles.
Regerenerering av Fe<3+->ionene kan isteden innbefatte den elektrokjemiske oksidasjonen av FeCI2i en celle for å fremstille FeCI3ved anoden av cellen og elektrolytisk jern ved katoden av cellen. De elektrokjemiske reaksjonene for å regenerere jern(lll)klorid til elektrowin jern er som følger; dvs. reaksjoner (9), (10) og (11):
katodereaksjon anodereaksjon samlet elektrokjemisk reaksjon
Det titanholdige materialet kan være ilmenitt, som angitt ovenfor. Isteden kan det være et lav-kvalitetsslagg, for eksempel et lav-kvalitetsslagg som det som produseres ved Highveld Steel and Vanadium Corporation i Sør-Afrika eller ved New Zealand Steel i New Zealand, inneholdende 30% Ti02og 5% Fe. Det titanholdige materialet kan også være et sulfat-kvalitetsslagg for eksempel fremstilt ved Exxaro Limited og Richards Bay Minerals, begge i Sør-Afrika, som inneholder omkring 80% Ti02og 10% FeO.
Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet, som eksempel, med henvisning til de ledsagende diagramformige tegningene, hvori Figur 1 viser et flytskjema av en utførelsesform av en fremgangsmåte i henhold til oppfinnelsen for oppgradering av et titanholdig materiale; og Figur 2 viser et flytskjema av en annen utførelsesform av en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen for oppgradering av et titanholdig materiale.
Med henvisning til figur 1 i tegningene, indikerer henvisningstall 10 generelt en fremgangsmåte for oppgradering av titanholdig materiale. Fremgangsmåten 10 innbefatter et nitrideringstrinn 12, et jernoksidasjonstrinn 14, et Fe<2+->ion-fjernelsestrinn 16, et Fe<2+>oksidasjonstrinn 18 og et Fe203filtreringstrinn 20.
Fremgangsmåten 10 anvendes for å behandle ilmenitt, med en teoretisk sammensetning på FeO.Ti02, for å tilveiebringe et TiN-produkt med lavt Fe-innhold. Ilmenitt, nitrogen og et karbonholdig materiale, for eksempel kull, mates til nitrideringstrinnet 12 hvor FeO reduseres til jernmetall og Ti02nitrideres til TiN. Dette bevirkes typisk i en stor ildfast-foret ovn drevet ved en temperatur på omkring 1300°C. Ovnen produserer et karbonitridert mellomprodukt som innbefatter TiN og Fe som mates til jemoksidasjonstrinnet 14. Karbonmonoksid som en avgass fremstilles ved nitrideringstrinnet 12, i samsvar med reaksjon (3)
I jemoksidasjonstrinnet 14 blir det karbonitriderte mellomproduktet omfattende TiN og F2 utlutet med en vandig oppløsning av FeCI3som liksivant (lixivant). I det vesentlig alt jernet omdannes til jern(ll)klorid (FeCI2) i henhold til reaksjon (4)
Jern(lll)klorid oppløsningen kan være ved en temperatur på omkring 80°C. Overraskende blir i det vesentlige intet av TiN oksidert av jern(lll)kloridet, men i det vesentlige alt jernet omdannes til jern(ll)ioner. For at fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skal fungere effektivt må jern(lll)ionene være i form av et vannløselig salt og det tilsvarende jern(ll)saltet må også være vannløselig. Klorider er de foretrukne saltene på grunn av den høye oppløseligheten av både FeCb og FeCI2i vann, men det er også andre salter, for eksempel nitrater, som er egnede. Sulfater anvendes fortrinnsvis ikke på grunn av den lave oppløseligheten av jern(lll)sulfat i vann.
Det neste trinnet i fremgangsmåten 10 krever fjernelse av Fe<2+>ioner fra det karbonitriderte mellomproduktet som utsettes for jern(lll)klorid-utlutning. Dette bevirkes typisk ved filtrering av en suspensjon omfattende det utlutede karbonitriderte mellomproduktet og den vandige jern(ll)kloridløsningen, idet det fremstilles et TiN produkt med lavt Fe-innhold og en jern(ll)klorid oppløsningsstrøm. Typisk blir TiN- produktet med lavt Fe-innhold tørket. Dersom det er ønskelig å omdanne TiN til TiCI4blir TiN klorert med klor i en kloreringsinnretning ved en temperatur på mellom omtrent 170°C og 250°C, for eksempel omkring 200°C. Dette trinnet er ikke vist i tegningene, men kan for eksempel bevirkes i henhold til læren i US 6,423,291.
For å generere Fe<3+>ioner for anvendelse i jemoksidasjonstrinnet 14, oksideres jem(ll)kloridoppløsningen i Fe<2+>oksidasjontrinnet 18, ved anvendelse av luft ved omkring 2 bar(g) og 90°C. Avhengig av temperaturen og oksidasjonspotensialet ved hvilket denne reaksjonen foretas er det mulig å danne forskjellige jernoksider, så som FeO.OH, Fe(OH)3eller Fe203. Kjemien for dannelsen av de forskjellige jernoksidene fra jern(ll)klorider er veldokumentert og kjent for fagmannen innen teknikken og vil ikke bli diskutert i noen større detalj.
I utførelsesformen av fremgangsmåten vist i Figur 1, er det antatt at Fe<2+>oksidasjonstrinnet 18 produserer Fe203i henhold til reaksjon (7)
Fe203er til stede i form av en Fe203suspensjon og Fe203blir derved separert fra suspensjonen for å tilveiebringe et Fe203biprodukt og en jern(lll)kloridløsning, idet jern(lll)kloridløsningen blir resirkulert til jemoksidasjonstrinnet 14. Typisk blir omkring 2/3 av jern(ll)kloridet som trer inn i Fe<2+>oksidasjonstrinnet 18 omdannet til jem(lll)klorid og resten utgjør del av Fe203biproduktet.
Med henvisning til Figur 2 i tegningene er det vist en annen utførelsesform av en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen for oppgradering av et titanholdig materiale og denne er generelt angitt ved henvisningstall 100. Fremgangsmåten 100 er lignende fremgangsmåten 10 og, med mindre annet er angitt, er de samme prosesstrinnene og trekkene angitt med samme henvisningstall.
Som det vil fremgå omfatter fremgangsmåten 100, i steden for å ha et Fe<2+>oksidasjonstrinn18 og et Fe203filtreringstrinn 20, et elektroutvinningstrinn 102. Fe-elektroutvinningstrinnet 102 omfatter en elektrolytisk celle hvori jern(ll)kloridløsningen fra Fe<2+>fjernelsestrinnet 16 blir elektrolytisk omdannet til en jern(lll)kloridløsning og jern, ved anvendelse av reaksjon (11)
Samlet elektrokjemisk reaksjon
Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen viser, som illustrert, et antall fordeler sammenlignet med konvensjonelle fremgangsmåter som søkeren kjenner til hvori Ti02, i stedet for TiN, fremstilles for etterfølgende klorering til TiCI4. Ti02er stabilt og titaniumet kan ikke oksideres ytterligere. Derimot er TiN i en redusert form og kan lett oksideres til titanium i fireverdig oksidasjonstilstand. Dette er et viktig trekk ved den selektive kloreringen av TiN sammenlignet med den ikke-selektive karbokloreringen av Ti02. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen muliggjør lavere kapitalkostnader for kloreringsreaktorer for kloreringen av TiN, sammenlignet med kloreringsreaktorer påkrevet for kloreringen av Ti02. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, som illustrert, tilveiebringer lavere forbruk av klor og anvender ikke relativt kostbar petroleumskoks, i motsetning til konvensjonelle prosesser som søkeren kjenner til som anvender petroleumskoks som reaktant. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, som illustrert, krever heller ikke røsting av ilmenitt, etterfulgt av magnetisk separasjon av små mengder lav-kvalitets forurensninger, ettersom fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan ivareta disse forurensningene. Videre tillater fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, som illustrert, oppgradering av titanholdige materialer av lavere kvalitet. I tillegg er behandling av avgass fra kloreringsinnretningen enklere ved anvendelse av foreliggende oppfinnelse, fordi gassvolumet og gasstemperaturen er signifikant lavere enn for Ti02kloreringsinnretninger, og gassen inneholder ikke sublimerte klorider, så som FeCI3. Det er også ventet av fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen vil tilveiebringe lavere TiCI3-tap i avgass fra kloreringsinnretningene.
Claims (16)
1.
Fremgangsmåte for oppgradering av et titanholdig materiale, hvor fremgangsmåten innbefatter
nitridering og reduksjon av et titanholdig materiale som innbefatter TiO*2 og Fe-oksider i nærvær av karbon for å omdanne Ti02til TiN og å redusere det meste av Fe-oksidene til Fe;
oksidering av Fe i preferanse for TiN for å danne Fe<2+>ioner; og
fjernelse av Fe<2+>ionene for å fremstille et oppgradert TiN-holdig materiale med lavt innhold av Fe.
2.
Fremgangsmåte ifølge krav 1, som innbefatter klorering av det oppgraderte TiN-holdige materialet med lavt Fe-innhold for derved å omdanne det inneholdte TiN til TiCU i henhold til reaksjonen (1):
3.
Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller krav 2, hvor det titanholdige materialet er ilmenitt hvori Ti02hovedsakelig er til stede som FeO.Ti02, idet FeO.TiC>2 nitrideres karbotermisk for å tilveiebringe TiN og metallisk Fe og ett eller flere karbonoksider.
4.
Fremgangsmåte ifølge krav 3, hvori TiN og Fe oppnådd fra nitrideringen og reduksjonen av det titanholdige materialet er i form av et karbonitridert mellomprodukt som innbefatter TiN og Fe, idet trinnet med oksidering av Fe i preferanse for TiN for å danne Fe<2+>ioner innbefatter omsetning av det karbotermiske mellomproduktet som omfatter TiN og Fe med et oksiderende anion for å omdanne Fe til Fe<2+>.
5.
Fremgangsmåte ifølge krav 4, hvor det oksiderende anionet er i form av en vandig saltløsning.
6.
Fremgangsmåte ifølge krav 5, hvor den vandige saltløsningen er en kloroppløsning.
7.
Fremgangsmåte ifølge krav 6, hvor den vandige saltløsningen er en FeCI3løsning, idet oksidasjonen av Fe i preferanse for TiN for å danne Fe<2+>ioner, er i henhold til reaksjon (4):
8.
Fremgangsmåte ifølge krav 7, hvor reaksjon (4) utføres ved en forhøyet temperatur mellom omgivelsestemperatur og kokepunktet for jern(lll)klorid oppløsningen for å fremme reaksjonsraten mellom Fe<3+>ioner og Fe og for å øke løseligheten av både jern(lll)klorid og jem(ll)klorid.
9.
Fremgangsmåte ifølge krav 7 eller krav 8, hvor, under nitridering og reduksjon av det titanholdige materialet, alt Fe-oksid reduseres til metallisk jern fremfor til den toverdige formen, idet jernet er i form av små partikler som er omhyggelig blandet med små TiN partikler som er sintret sammen i det karbonitriderte mellomproduktet som omfatter TiN og Fe, for derved å tillate ekstraksjon av jern som Fe<2+>ved anvendelse av FeCI3i samsvar med reaksjon (4) ovenfor.
10.
Fremgangsmåte ifølge krav 9, som innbefatter trinnet med regenerering av Fe<3+>ioner fra jern(ll)kloridoppløsningen oppnådd ved ekstraksjonen eller utlutningen av det karbonitriderte mellomproduktet med jern(lll)klorid oppløsningen.
11.
Fremgangsmåte ifølge krav 10, hvori bare en del av jern(ll)kloridet omdannes til Fe<3+>ioner, idet resten er i form av et biprodukt av fremgangsmåten inneholdende jern i en ikke-kloridform.
12.
Fremgangsmåte ifølge krav 11, hvor de regenererte Fe<3+>ionene resirkuleres for gjenanvendelse for å oksidere Fe i preferanse for TiN for å danne Fe<2+>ioner.
13.
Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene fra og med 10 til og med 12, hvor regenerering av Fe<3+>ioner innbefatter oksidasjon av jern(ll)kloridet med oksygen i henhold til reaksjoner:
14.
Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene fra og med 10 til og med 12, hvor regenerering av Fe<3+>ioner innbefatter den elektrokjemiske oksidasjonen av jern(ll)kloridet i en celle for å fremstille jern(lll)klorid ved en anode av cellen og elektrolytisk jern ved en katode av cellen, idet de elektrokjemiske reaksjonene for å regenererere jem(lll)klorid og elektroutvinningsjern er i henhold til reaksjonene (9), (10) og (11):
katodereaksjon anodereaksjon samlet elektrokjemisk reaksjon
15.
Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene fra og med 4 til og med 14, hvor fjernelse av Fe<2+>ionene for å fremstille oppgradert TiN-holdig materiale med lavt Fe-innhold innbefatter separasjon av Fe<2+>oppløsningen fra det uomsatte karbonitriderte mellomproduktet for å fremstille det oppgraderte TiN-holdige materialet med lavt Fe-innhold og en Fe<2+>oppløsning.
16.
Fremgangsmåte ifølge krav 15, hvor separasjonen omfatter et fysisk separasjonstrinn, etterfulgt av vasking av det TiN-holdige materialet med lavt Fe-innhold med et vandig fluid, og eventuelt tørking av det oppgraderte TiN-holdige materialet med lavt Fe-innhold.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ZA201008970 | 2010-12-13 | ||
| PCT/IB2011/055275 WO2012080875A1 (en) | 2010-12-13 | 2011-11-24 | Upgrading of titaniferous material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO20130800A1 true NO20130800A1 (no) | 2013-06-07 |
Family
ID=45444665
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO20130800A NO20130800A1 (no) | 2010-12-13 | 2013-06-07 | Oppgradering av titanholdig materiale |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9017625B2 (no) |
| CN (1) | CN103261456B (no) |
| AU (1) | AU2011342842B2 (no) |
| CA (1) | CA2820161C (no) |
| NO (1) | NO20130800A1 (no) |
| UA (1) | UA112537C2 (no) |
| WO (1) | WO2012080875A1 (no) |
| ZA (1) | ZA201303924B (no) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106526081B (zh) * | 2016-11-04 | 2018-11-27 | 四川龙蟒钛业股份有限公司 | 一种还原铁粉的活性检测方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1343441A (en) | 1918-02-27 | 1920-06-15 | Titan Co As Of Norway | Process of producing titanium compounds |
| SU353992A1 (ru) | 1970-07-13 | 1972-10-09 | А. Н. Петрунько, Г. А. Меерсон, А. А. Рогаткин, Н. А. Пампушко , Ю. Г. Олесов | Способ переработки железо-титановых концентратов |
| NZ239070A (en) * | 1990-07-25 | 1992-11-25 | Anglo Amer Corp South Africa | Recovery of titanium values from a complex matrix by chlorinating titanium nitride in the matrix |
| CA2047650C (en) * | 1990-07-25 | 1996-12-24 | Gerhard Jacobus Mostert | Process for the recovery of titanium values |
| EP1165846B1 (en) * | 1999-03-02 | 2005-04-13 | Csir | Endothermic heat treatment of solids loaded on trolleys moving in a kiln |
| CA2381589C (en) | 1999-08-13 | 2009-10-27 | Anglo American Corporation Of South Africa Limited | Titanium tetrachloride production |
-
2011
- 2011-11-24 CN CN201180059585.9A patent/CN103261456B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2011-11-24 WO PCT/IB2011/055275 patent/WO2012080875A1/en active Application Filing
- 2011-11-24 AU AU2011342842A patent/AU2011342842B2/en not_active Ceased
- 2011-11-24 CA CA2820161A patent/CA2820161C/en not_active Expired - Fee Related
- 2011-11-24 US US13/993,305 patent/US9017625B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2011-11-24 UA UAA201307532A patent/UA112537C2/uk unknown
-
2013
- 2013-05-29 ZA ZA2013/03924A patent/ZA201303924B/en unknown
- 2013-06-07 NO NO20130800A patent/NO20130800A1/no not_active Application Discontinuation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20130266494A1 (en) | 2013-10-10 |
| CA2820161C (en) | 2017-11-28 |
| UA112537C2 (uk) | 2016-09-26 |
| AU2011342842B2 (en) | 2016-03-31 |
| CN103261456A (zh) | 2013-08-21 |
| CN103261456B (zh) | 2015-03-18 |
| CA2820161A1 (en) | 2012-06-21 |
| ZA201303924B (en) | 2014-02-26 |
| US9017625B2 (en) | 2015-04-28 |
| WO2012080875A1 (en) | 2012-06-21 |
| AU2011342842A1 (en) | 2013-06-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Middlemas et al. | A new method for production of titanium dioxide pigment | |
| US7972412B2 (en) | Process for recovering platinum group metals from ores and concentrates | |
| AU2004291568B2 (en) | Process for the recovery of titanium in mixed chloride media | |
| US3929962A (en) | Titanium purification process | |
| CN104640812B (zh) | 含钛原料的高品质化方法 | |
| US20230220516A1 (en) | Process for recovering titanium dioxide | |
| TW201437382A (zh) | 鈦氧化物及鐵氧化物之製備方法 | |
| US20140308197A1 (en) | Production of titanium compounds and metal by sustainable Methods | |
| JPH06102546B2 (ja) | チタン含有鉱物からのチタン生成物の抽出及び精製 | |
| EP3214190A1 (en) | Process for the separation of vanadium | |
| NO20130800A1 (no) | Oppgradering av titanholdig materiale | |
| US7658894B2 (en) | Method for increasing the chrome to iron ratio of chromites products | |
| US20180347007A1 (en) | Process for the separation of iron in extraction of titanium in mixed chloride media | |
| EP1590494B1 (en) | A method for increasing the chrome to iron ratio of chromites products | |
| WO2008057670A2 (en) | Process for treating iron-containing waste streams | |
| Fang | A New Method for Production of Titanium Dioxide Pigment-Eliminating CO2 Emission | |
| AU3676099A (en) | Production of synthetic rutile by low temperature reduction of ilmenite |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FC2A | Withdrawal, rejection or dismissal of laid open patent application |