RU2539582C1 - Titanium dioxide obtaining - Google Patents

Titanium dioxide obtaining Download PDF

Info

Publication number
RU2539582C1
RU2539582C1 RU2013157230/04A RU2013157230A RU2539582C1 RU 2539582 C1 RU2539582 C1 RU 2539582C1 RU 2013157230/04 A RU2013157230/04 A RU 2013157230/04A RU 2013157230 A RU2013157230 A RU 2013157230A RU 2539582 C1 RU2539582 C1 RU 2539582C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
water vapor
titanium dioxide
pyrohydrolysis
reactor
temperature
Prior art date
Application number
RU2013157230/04A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Леонид Николаевич Алексейко
Владимир Кириллович Гончарук
Ирина Григорьевна Масленникова
Original Assignee
Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) filed Critical Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу)
Priority to RU2013157230/04A priority Critical patent/RU2539582C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2539582C1 publication Critical patent/RU2539582C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: method includes pyrohydrolysis in gas phase of fluoroammonium salts of titanium in presence of water steam. Pyrohydrolysis is realised with reactor heating to 450-500°C at temperature of water steam from 700 to 1200°C, preferably 900-1000°C. As titanium salt applied is ammonium hexafluorotitanate. Water steam is obtained by burning hydrogen in oxygen in burner, with dosed introduction of additional quantity of water steam, obtained from its evaporation at boiling temperature, into their volume.
EFFECT: invention makes it possible to obtain titanium dioxide powder of rutile modification.
2 cl, 1 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к неорганической химии, а именно к способам получения нанодисперстного диоксида титана высокой чистоты.The invention relates to inorganic chemistry, and in particular to methods for producing nanodispersed titanium dioxide of high purity.

Диоксид титана используется в составе эмалей, вододисперсионных и полиграфических красок, жаропрочных стекол, керамики, пьезоматериалов и т.д. Катализаторы на основе диоксида титана применяются для фотокаталитической очистки воды и воздуха от органических соединений.Titanium dioxide is used in enamels, water dispersion and printing inks, heat-resistant glasses, ceramics, piezoelectric materials, etc. Catalysts based on titanium dioxide are used for the photocatalytic purification of water and air from organic compounds.

Известно, что диоксид титана существует в нескольких модификациях, две из которых устойчивы: анатаз и рутил. Различие в их кристаллических структурах приводит к изменению фотоустойчивости пигментов, получаемых на их основе, а следовательно, к различному назначению производных марок пигментов. Так, лакокрасочная промышленность потребляет главным образом диоксид титана рутильных марок, которые обладают большей светостойкостью (меньшей фотохимической активностью). В общем объеме потребления диоксида титана она занимает первое место, потребляя более 50% производимого диоксида титана. Известные промышленные способы получения диоксида титана на первой стадии приводят к получению анатазной модификации TiO2. Перевод же анатаза в рутил требует значительных энергозатрат, т.к. осуществляется при нагревании анатаза до температур 800-1000°C, в зависимости от дополнительно введенных веществ, понижающих температуру перехода.It is known that titanium dioxide exists in several modifications, two of which are stable: anatase and rutile. The difference in their crystalline structures leads to a change in the photo stability of the pigments obtained on their basis, and, consequently, to a different purpose of the derived brands of pigments. So, the paint and varnish industry consumes mainly titanium dioxide of rutile grades, which have greater light fastness (less photochemical activity). In the total volume of titanium dioxide consumption, it takes the first place, consuming more than 50% of the titanium dioxide produced. Known industrial methods for producing titanium dioxide in the first stage lead to the production of anatase modification of TiO 2 . The conversion of anatase to rutile requires significant energy consumption, because carried out by heating anatase to temperatures of 800-1000 ° C, depending on additionally introduced substances that lower the transition temperature.

Известен способ получения диоксида титана путем добавления к раствору гексафторотитаната аммония борной кислоты, которая сдвигает равновесие гидролиза гексафторотитаната в сторону получения диоксида титана (см. JP №04 - 130017).A known method of producing titanium dioxide by adding to the solution of ammonium hexafluorotitanate boric acid, which shifts the equilibrium of hydrolysis of hexafluorotitanate in the direction of obtaining titanium dioxide (see JP No. 04 - 130017).

Известен способ получения диоксида титана путем пирогидролиза фторидных соединений титана, таких как TiF4 или (NH4)2TiF6, в токе газа, содержащего кислород или пары воды (см. JP №57 - 183325).A known method of producing titanium dioxide by pyrohydrolysis of titanium fluoride compounds, such as TiF 4 or (NH 4 ) 2 TiF 6 , in a stream of gas containing oxygen or water vapor (see JP No. 57 - 183325).

Известен также способ получения диоксида титана, включающий пирогидролиз в газовой фазе фтораммониевых солей титана в присутствии водяного пара (см. RU №2058408). Пирогидролиз осуществляют при t=500-800°C в течение 3-5 ч.There is also known a method for producing titanium dioxide, including pyrohydrolysis in the gas phase of fluoroammonium salts of titanium in the presence of water vapor (see RU No. 2058408). Pyrohydrolysis is carried out at t = 500-800 ° C for 3-5 hours

Получаемый этими способами диоксид титана имеет структуру анатаза и, как следствие, обладает недостаточной степенью светостойкости и высокой фотохимической активностью.The titanium dioxide obtained by these methods has an anatase structure and, as a result, has an insufficient degree of light fastness and high photochemical activity.

Задача изобретения состоит в разработке способа получения нанодисперстных диоксидов титана рутильной модификации.The objective of the invention is to develop a method for producing nanosized titanium dioxide rutile modification.

Технический результат, проявляющийся при решении поставленной задачи, выражается в получении порошка диоксида титана рутильной модификации, при этом размер частиц порошка не превышает 0,1 микрона.The technical result manifested in solving the problem is expressed in the production of rutile modification titanium dioxide powder, while the particle size of the powder does not exceed 0.1 microns.

Для решения поставленной задачи способ получения диоксида титана, включающий пирогидролиз в газовой фазе фтораммониевых солей титана в присутствии водяного пара, отличается тем, что пирогидролиз осуществляют с прогревом реактора до 450-500°C при температуре водяного пара от 700 до 1200°C, предпочтительно 900-1000°C, при этом используют гексафтортитанат аммония, причем пары воды получают за счет сжигания в горелке водорода в кислороде, а в их объем дозированно вводят дополнительное количество паров воды, полученных ее испарением при температуре кипения. Кроме того, выделяющиеся фтористый водород и аммиак отбирают из реактора, используют для регенерации фторида аммония, который повторно используют при получении гексафтортитаната аммония.To solve the problem, a method for producing titanium dioxide, including pyrohydrolysis in the gas phase of fluoroammonium salts of titanium in the presence of water vapor, is characterized in that pyrohydrolysis is carried out with heating of the reactor to 450-500 ° C at a temperature of water vapor from 700 to 1200 ° C, preferably 900 -1000 ° C, using ammonium hexafluorotitanate, and water vapor is obtained by burning hydrogen in oxygen in a burner, and an additional amount of water vapor obtained by its evaporation at a temperature of eniya. In addition, the released hydrogen fluoride and ammonia are removed from the reactor and used to regenerate ammonium fluoride, which is reused in the production of ammonium hexafluorotitanate.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".A comparative analysis of the features of the claimed solution with the features of the prototype and analogues indicates the conformity of the claimed solution to the criterion of "novelty."

Признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение следующих функциональных задач.The features of the characterizing part of the claims provide the solution to the following functional problems.

Признаки, указывающие, что «пирогидролиз осуществляют с прогревом реактора до 450-500°C при температуре водяного пара от 700 до 1200°C, предпочтительно 900-1000°C, в объеме паров воды, обеспечивают возможность получения нанодисперстного диоксида титана рутильной модификации.Signs indicating that "pyrohydrolysis is carried out with heating of the reactor to 450-500 ° C at a temperature of water vapor from 700 to 1200 ° C, preferably 900-1000 ° C, in the volume of water vapor, provide the possibility of obtaining nanosized titanium dioxide rutile modification.

Признаки, указывающие, что «используют гексафтортитанат аммония» в вышеназванных условиях и температурных режимах, обеспечивают получение нанодисперстного диоксида титана рутильной модификации.Signs indicating that “they use ammonium hexafluorotitanate” under the above conditions and temperature conditions provide nanodispersed titanium dioxide of rutile modification.

Признаки, указывающие, что «пары воды получают за счет сжигания в горелке водорода в кислороде», обеспечивают ввод в реактор химически чистой воды и ее высокотемпературный прогрев.Signs indicating that “water vapor is obtained by burning hydrogen in oxygen in the burner” provide the introduction of chemically pure water into the reactor and its high-temperature heating.

Признаки, указывающие, что в объем паров воды, созданной сжиганием водорода в кислороде, «дозированно вводят дополнительное количество паров воды, полученных ее испарением при температуре кипения», обеспечивают возможность регулирования температуры паров воды, поступающих в реактор (регулированием соотношения объемов воды полученной названными методами).Signs indicating that “the additional amount of water vapor obtained by its evaporation at boiling point” is introduced into the volume of water vapor created by burning hydrogen in oxygen, provides the ability to control the temperature of the water vapor entering the reactor (by adjusting the ratio of the volume of water obtained by the above methods )

Признаки второго пункта формулы изобретения обеспечивают многократность использования фторида аммония.The features of the second claim provide for the repeated use of ammonium fluoride.

На чертеже показана схема циклонно-вихревой установки, обеспечивающей реализацию способа.The drawing shows a diagram of a cyclone-vortex installation that provides the implementation of the method.

На чертеже показаны узлы установки: 1 - емкость исходных компонентов (источник фторидов титана), 2 - печь для нагрева исходных фторидов, 3 - подводящая труба для подачи газообразных фторидов в реактор 4, 5 - двухрукавная труба (для подачи водяного пара в реактор 4), 6 - печь подогрева реактора, 7 - печь для нагрева емкости 8 для хранения оксидов, 9 - газоотводящая труба (для отвода газообразных продуктов пирогидролиза).The components of the installation are shown in the drawing: 1 - capacity of the starting components (source of titanium fluorides), 2 - furnace for heating the starting fluorides, 3 - supply pipe for supplying gaseous fluorides to the reactor 4, 5 - two-sleeve pipe (for supplying water vapor to the reactor 4) 6 - a furnace for heating the reactor, 7 - a furnace for heating a tank 8 for storing oxides, 9 - a gas outlet pipe (for removal of gaseous products of pyrohydrolysis).

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

Готовят навеску исходных фторидов и помещают в аппарат пирогидролиза (емкость исходных компонентов 1). Емкость 1 нагревают с помощью печи 2 до температуры испарения гексафтортитаната аммония (NH4)2TiF6. Через подводящую трубу 3 пары фторидов поступают в реактор 4, сюда же через двухрукавную трубу 5 подают пары воды, нагретые до 700-1200°C. Объем паров воды, получаемой сжиганием водорода с кислородом в газовой горелке (на чертеже не показана), обозначен на схеме как ввод газовых компонентов (Н2 и O2). Объем воды, обозначенный на схеме как Н2О, - это пары воды, полученные ее испарением.A sample of the starting fluorides is prepared and placed in the pyrohydrolysis apparatus (capacity of the starting components 1). The tank 1 is heated with an oven 2 to the evaporation temperature of ammonium hexafluorotitanate (NH 4 ) 2 TiF 6 . Through the inlet pipe 3, fluoride vapors enter the reactor 4, here, through the two-arm pipe 5, water vapors heated to 700-1200 ° C are supplied. The volume of water vapor obtained by burning hydrogen with oxygen in a gas burner (not shown in the drawing) is indicated in the diagram as the input of gas components (H 2 and O 2 ). The volume of water indicated in the diagram as H 2 O is the water vapor obtained by its evaporation.

Температуру паров, поступающих в реактор 4, регулируют известным образом либо регулируя скорость горения водорода и/или регулируя соотношение объемов синтезируемой и испаряемой воды.The temperature of the vapors entering the reactor 4 is controlled in a known manner either by adjusting the burning rate of hydrogen and / or by adjusting the ratio of the volumes of synthesized and evaporated water.

Реактор 4 нагревают до температур 600-800°C. В процессе пирогидролиза при взаимодействии паров гексафтортитаната аммония и паров воды выделяются фтористый водород и аммиак, которые с остатками непрореагировавшей воды и небольшого количества пыли (TiO2) через газоотводящую трубу 9 уходят в аппараты улавливания и регенерации фторида аммония (на чертеже не показаны). Фторид аммония известным образом повторно используется в процессе получения гексафтортитаната аммония.The reactor 4 is heated to temperatures of 600-800 ° C. During the process of pyrohydrolysis during the interaction of vapors of ammonium hexafluorotitanate and water vapor, hydrogen fluoride and ammonia are released, which, with the remains of unreacted water and a small amount of dust (TiO 2 ), pass through a gas exhaust pipe 9 to ammonium fluoride capture and regeneration devices (not shown in the drawing). Ammonium fluoride is known to be reused in the process of producing ammonium hexafluorotitanate.

Полученный диоксид титана самотеком поступает в емкость 8, предназначенную для его хранения. Емкость 8 в процессе синтеза подогревается до 120°C для исключения конденсации паров воды в ней.The resulting titanium dioxide by gravity enters the tank 8, designed for storage. Capacity 8 in the synthesis process is heated to 120 ° C to prevent condensation of water vapor in it.

Конкретный пример выполнения способа.A specific example of the method.

Навеску гексафтортитаната массой 100 г помещают в аппарат пирогидролиза (емкость исходных компонентов 1), после чего емкость 1 нагревают с помощью печи 2 до температур 450-500°C. При этих температурах начинается интенсивное испарение (NH4)2TiF6. Через подводящую трубу 3 пары поступают в реактор 4, сюда же через двухрукавную трубу 5 подаются пары воды, нагретые до 900-1000°C.A weighed portion of hexafluorotitanate weighing 100 g is placed in a pyrohydrolysis apparatus (capacity of the starting components 1), after which the capacity 1 is heated with a furnace 2 to temperatures of 450-500 ° C. At these temperatures, intense evaporation of (NH 4 ) 2 TiF 6 begins. Through the inlet pipe 3, the vapors enter the reactor 4, here, through the two-sleeve pipe 5, water vapors heated to 900-1000 ° C are supplied.

Объем паров воды включает объем паров воды -Н2О (а), получаемый сжиганием водорода в кислороде и объем паров воды -H2O (б), получаемый ее испарением.The volume of water vapor includes the volume of water vapor —H 2 O (a) obtained by burning hydrogen in oxygen and the volume of water vapor —H 2 O (b) obtained by its evaporation.

Температура поступающих паров в реактор регулируется скоростью горения водорода и/или соотношением H2O (а) : H2O (b). Реактор нагревается до температуры 400-500°C. В процессе пирогидролиза выделяются фтористый водород и аммиак, которые с остатками непрореагировавшей воды и небольшого количества пыли (TiO2) через трубу 9 поступают в аппараты улавливания и регенерации фторида аммония для повторного использования в процессе получения гексафтортитаната аммония. Полученные оксиды поступают в емкость 8 для их хранения, которая в процессе синтеза нагревается до 120°C для исключения конденсации паров воды в этой емкости.The temperature of the vapor entering the reactor is controlled by the rate of hydrogen combustion and / or the ratio of H 2 O (a): H 2 O (b). The reactor is heated to a temperature of 400-500 ° C. In the process of pyrohydrolysis, hydrogen fluoride and ammonia are released, which, with the remains of unreacted water and a small amount of dust (TiO 2 ), pass through the pipe 9 into the apparatus for capturing and regenerating ammonium fluoride for reuse in the process of obtaining ammonium hexafluorotitanate. The resulting oxides enter the tank 8 for storage, which during the synthesis is heated to 120 ° C to prevent condensation of water vapor in this tank.

Результаты анализа полученного продукта показали, что получен порошок рутильной модификации с размерами частиц порошка, не превышающими 0,1 мКм.The results of the analysis of the obtained product showed that a rutile modification powder with powder particle sizes not exceeding 0.1 mKm was obtained.

Claims (2)

1. Способ получения диоксида титана, включающий пирогидролиз в газовой фазе фтораммониевых солей титана в присутствии водяного пара, отличающийся тем, что пирогидролиз осуществляют с прогревом реактора до 450-500°C при температуре водяного пара от 700 до 1200°C, предпочтительно 900-1000°C, при этом используют гексафтортитанат аммония, причем пары воды получают за счет сжигания в горелке водорода в кислороде, а в их объем дозированно вводят дополнительное количество паров воды, полученных ее испарением при температуре кипения.1. A method of producing titanium dioxide, including pyrohydrolysis in the gas phase of fluoroammonium salts of titanium in the presence of water vapor, characterized in that pyrohydrolysis is carried out with heating of the reactor to 450-500 ° C at a temperature of water vapor from 700 to 1200 ° C, preferably 900-1000 ° C, in this case, ammonium hexafluorotitanate is used, moreover, water vapor is obtained by burning hydrogen in oxygen in a burner, and an additional amount of water vapor obtained by its evaporation at boiling temperature is introduced into their volume dosed. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выделяющиеся фтористый водород и аммиак, отбирают из реактора, используют для регенерации фторида аммония, который повторно используют при получении гексафтортитаната аммония. 2. The method according to claim 1, characterized in that the released hydrogen fluoride and ammonia are taken from the reactor, used to regenerate ammonium fluoride, which is reused in the production of ammonium hexafluorotitanate.
RU2013157230/04A 2013-12-23 2013-12-23 Titanium dioxide obtaining RU2539582C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013157230/04A RU2539582C1 (en) 2013-12-23 2013-12-23 Titanium dioxide obtaining

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013157230/04A RU2539582C1 (en) 2013-12-23 2013-12-23 Titanium dioxide obtaining

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2539582C1 true RU2539582C1 (en) 2015-01-20

Family

ID=53288590

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013157230/04A RU2539582C1 (en) 2013-12-23 2013-12-23 Titanium dioxide obtaining

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2539582C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57183325A (en) * 1981-05-08 1982-11-11 Nishimura Watanabe Chiyuushiyutsu Kenkyusho:Kk Obtaining method of titanium oxide from compound containing titanium and fluorine
RU2058408C1 (en) * 1994-06-15 1996-04-20 Институт химии Дальневосточного отделения РАН Method for processing of titanium-containing minerals
EP1683763A1 (en) * 2003-10-01 2006-07-26 Toho Titanium Co., Ltd. Titanium dioxide powder and method for production thereof
RU2344994C2 (en) * 2003-12-03 2009-01-27 Дегусса Аг Powder-like titanium dioxide obtained by flamehydrolysis

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57183325A (en) * 1981-05-08 1982-11-11 Nishimura Watanabe Chiyuushiyutsu Kenkyusho:Kk Obtaining method of titanium oxide from compound containing titanium and fluorine
RU2058408C1 (en) * 1994-06-15 1996-04-20 Институт химии Дальневосточного отделения РАН Method for processing of titanium-containing minerals
EP1683763A1 (en) * 2003-10-01 2006-07-26 Toho Titanium Co., Ltd. Titanium dioxide powder and method for production thereof
RU2344994C2 (en) * 2003-12-03 2009-01-27 Дегусса Аг Powder-like titanium dioxide obtained by flamehydrolysis

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
АНДРЕЕВ А.А. и др., Аспекты технологии получения диоксида титана переработкой ильменита фторидами аммония, Химия фтора, М.: Интерконтакт Наука, 2009, с. 114. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. Anatase TiO2 with dominant high-energy {001} facets: synthesis, properties, and applications
Wegner et al. Pilot plants for industrial nanoparticle production by flame spray pyrolysis
CN101381106B (en) Method for preparing nano tungsten trioxide powder
JP3524342B2 (en) Titanium dioxide sol and thin film for thin film formation
Azami et al. N-doped TiO2 synthesised via microwave induced photocatalytic on RR4 dye removal under LED light irradiation
Ernst et al. Co‐synthesis of H2 and ZnO by in‐situ Zn aerosol formation and hydrolysis
ITMI20111149A1 (en) APPARATUS AND METHOD FOR NO CATALYTIC SELECTIVE REDUCTION SNCR OF NOX WITHIN INDUSTRIAL CEMENT PRODUCTION PLANTS
CN104759273A (en) Preparation method for in-situ carbon doped hollow titanium dioxide visible light photocatalyst
WO2019138728A1 (en) Catalyst for hydrolysis of carbonyl sulfide and method for producing same
CN104045110A (en) Preparation method of titanium dioxide nanofiber material
CN106865608B (en) The preparation method of anatase titanium dioxide
Du et al. Potassium titanate whiskers on the walls of cordierite honeycomb ceramics for soot catalytic combustion
Yoo et al. Preparation of α-alumina nanoparticles via vapor-phase hydrolysis of AlCl3
RU2539582C1 (en) Titanium dioxide obtaining
JP2007230824A (en) Porous titanium oxide particle and its producing method
CN100532274C (en) Synthesis of ultrafine rutile phase titanium dioxide particles at low temperature
CN102757027A (en) System and method for preparing high-purity phosphorus pentafluoride
CN112028119A (en) Anatase TiO with co-exposed {101}, {100} and {111} -crystal faces2Nanocrystal
Djerad et al. Synthesis of nano-sized ZrO2 and its use as catalyst support in SCR
CN101351408B (en) Method for recycling zirconium tetrafluoride to form zirconia
JP4078479B2 (en) Method for producing titanium oxide
JP6300313B2 (en) Rutile-type titanium oxide sol and method for producing the same
RU2539581C1 (en) Method of obtaining zircon dioxide
FI81075C (en) FOER FARING FOR FRAME STOPPING.
WO2015176166A1 (en) Processes for decomposing aluminum chloride into alumina

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE

Effective date: 20170531