RU2795543C1 - Способ получения диоксида титана из кварц-лейкоксенового концентрата - Google Patents
Способ получения диоксида титана из кварц-лейкоксенового концентрата Download PDFInfo
- Publication number
- RU2795543C1 RU2795543C1 RU2022127300A RU2022127300A RU2795543C1 RU 2795543 C1 RU2795543 C1 RU 2795543C1 RU 2022127300 A RU2022127300 A RU 2022127300A RU 2022127300 A RU2022127300 A RU 2022127300A RU 2795543 C1 RU2795543 C1 RU 2795543C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium dioxide
- quartz
- temperature
- additive
- magnesium
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к переработке кварц-лейкоксенового концентрата, полученного при обогащении нефтеносных кремнисто-титановых руд, и может быть использовано для получения диоксида титана. Комплексная переработка кварц-лейкоксенового концентрата с получением диоксида титана включает обжиг в присутствии добавки и выщелачивание кислотой. В качестве добавки берут оксид магния или магнийсодержащий отход производства огнеупорных материалов в виде брусита, при этом добавку берут при массовом соотношении кварц-лейкоксеновый концентрат:магнийсодержащая добавка 1:0,2-0,25. Обжиг проводят при температуре 1350-1400°С в течение 3-4 ч. Выщелачивание ведут серной кислотой 85-90%-ной концентрации при соотношении 1:(1-2) при температуре 235-270°С с последующим разбавлением водой. Свободную серную кислоту нейтрализуют оксидом магния до рН 1,4-1,5. Непрореагировавший оксид отделяют фильтрацией, а маточный раствор подвергают термогидролизу при температуре 110-115°С в присутствии зародышей диоксида титана. Изобретение обеспечивает упрощение аппаратурной схемы, повышение экологичности, понижение температуры процесса и повышение чистоты получаемого продукта. 3 пр.
Description
Изобретение относится к химии титана, в частности процесса переработки кварц-лейкоксенового концентрата, полученного при обогащении нефтеносных кремнисто-титановых руд, и может быть использовано для получения диоксида титана.
Традиционно для получения рутилового концентрата из песков в Австралии (Гармата В.А., Петрунько А. Н., Галицкий Н.В. и др. Титан. Свойства, сырьевая база, физико-химические основы и способы получения. - М: Металлургия, 1983. - 559 с.) применяли методы механического и физического обогащения, включающие двухстадийную промывку и грохочение с использованием барабанных дезинтеграторов и грохотов. Для разделения рутила от ильменита, циркона, лейкоксена и др. минералов черновые концентраты подвергаются последовательно электромагнитной и электростатической сепарации. Это позволяет получить рутиловый концентрат, содержащий 95,75-98,77% TiO2.
Основными недостатками данного метода являются ограниченные запасы сырья, а также недостаточная чистота получаемого диоксида титана.
Ввиду истощения мировых запасов природного рутила производство соединений титана перевели на более распространенное и дешевое сырье, а именно железо-титановые руды типа ильменит. С этой целью ильменитовые концентраты либо после окислительного обжига, либо сразу подвергают восстановительному обжигу, а затем выщелачивают титан серной кислотой. Полученный продукт освобождают от примесей железа(III), выкристаллизовывают сульфат железа(II) и термогидролизом выделяют диоксид титана. Конечный продукт после сушки и прокаливания содержит 92-98% TiO2.
Существенным недостатком данной технологии является ограниченность сырьевой базы (не все ильмениты подходят), а также сложность организации процесса выделения соединений железа и утилизации гидролизной серной кислоты, не нашедшей иного промышленного применения.
Известен способ пирометаллургического производства искусственного (синтетического) диоксида титана в форме рутила из ильменита (Elger G.W., Kirby D.E. and Rhoads S.C. Producing Synthetic Rutile from Ilmenite by Pyrometallurgy, Pilot Plant Studies and economic Evaluation./Rept. Invest. Bur. Mines U.S. Dep.Inter., 1976), включающий
Термообработку ильменита с коксом и известью в электрической дуговой печи с получением товарного чугуна и обогащенного двуокисью титана шлака с низким содержанием железа. Полученный шлак обрабатывается кислородом и пирофосфатом титана с последующим выщелачиванием рутила серной кислотой рутила.
Существенными недостатками данной технологии является сложная аппаратурная схема, многоступенчатый передел и низкое качество (грязный) титансодержащего продукта.
Все вышеописанные способы получения диоксида титана (рутила) неприменимы для кварц-лейкоксенового концентрата. Несмотря на высокое содержание диоксида титана (порядка 45%), он находится в глубоком прорастании с зернами кварц, что обуславливает аномально-высокую химическую стойкость в отношении растворов кислот различной концентрации.
Известен способ переработки кварц-лейкоксеновых концентратов в процессе спекания с щелочной добавкой при температуре 900-1000°С и последующей двухстадийной гидрометаллургической обработкой:
выщелачиванием водой и соляной кислотой (Дмитровский Е.Б., Бурмистрова Т.М., Резниченко В.А. В кн. Проблемы металлургии титана. - М.: Наука, 1967, с. 90-101). Получаемый продукт представляет из себя состав: 85-92% TiO2, 5-6% SiO2, 1,2-1,6% Fe2O3 и т.д.
Основными недостатками данного способа являются высокий расход щелочных реагентов и сложная аппаратурная схема, а также образование огромных количеств высокоминерализованных сточных вод.
Известен способ щелочного автоклавного выщелачивания обожженного при 900-1000°С флотационного концентрата растворами едкого натра с концентрацией 200 г/л (Федорова Μ.Н. Химическая доводка титанового концентрата путем автоклавного выщелачивания кремневой кислоты. В кн. Титан и его сплавы, в. 9. - М. Изд-во АН СССР, 1963, с. 36-41). Последующая обработка соляной кислотой позволяет повысить содержание TiO2 до 80-85%.
Несмотря на повышенную эффективность все указанные выше недостатки присущи данному способу.
Известны способы переработки кварц-лейкоксенового концентрата (RU 2262544 от 26.05.2004 г.; RU 2264478 от 26.05.2004 г.; RU 2390572 от 19.11.2008) включающий обработку кварц-лейкоксенового концентрата растворами или солями фтороводородной кислоты.
Ключевыми недостатками процесса является необходимость использования дорогих и высокотоксичных соединений фтора.
Известен способ переработки лейкоксенового концентрата, включающий его переплавку при температуре 2700-2300°К и последующее выщелачивание (Патент RU 2623564 от 25.04.2016).
Существенным недостатком данного способа являются крайне высокие энергозатраты на нагрев.
Известен способ переработки кварц-лейкоксенового концентрата (Патент RU 2382094 С1 23.06.2008) в процессе селективного хлорирования в присутствии восстановителя с последующим ректификационным разделением тетрахлоридов и термогидролизом Ключевыми недостатками являются высокий расход хлорирующего реагента (газообразный хлор), сложная схема разделения тетрахлоридов титана и кремния, высокая экологическая и производственная опасность, а также высокая стоимость получаемого продукта.
Известен способ получения искусственного рутила включающий обжиг лейкоксенового концентрата в присутствии модифицирующих добавок оксидных соединений железа с последующим обогащением и автоклавным выщелачиванием (патент РФ 2216517 от 15.07.2002).
Основными недостатками указанного способа являются необходимость применения дорогих растворов щелочей, сложная аппаратурная схема и образованием значительного количества отходов.
Известен способ переработки кварц-лейкоксена включающий обжиг в присутствии железосодержащей добавки (Патент RU 2759100 от 24.12.2020) с последующим выщелачиванием растворами серной кислоты.
Ключевыми недостатками способа является сложность очистки титансодержащих растворов от соединений железа.
Известен способ переработки кварц-лейкоксенового концентрата (Патент RU 2771400 от 09.12.2021 г.), включающий обжиг в присутствии соединений кальция при температуре 1350°С с последующим выщелачиванием продукта серной кислотой.
Ключевым недостатком процесса является значительный перерасход кислоты на сульфатизацию соединений кальция, а также образование значительных количеств бесполезного, труднофильтруемого осадка сульфата кальция.
Наиболее близким к заявляемому изобретению (прототип) по технической сущности и достигаемому результату является способ комплексной переработки кварц- лейкоксенового концентрата (Патент РФ №2090509, C01G 23/047, опубл. 20.09.95)., включающий его смешение с углеродистым восстановителем в количестве, обеспечивающим восстановление всех компонентов сырья до карбидов металлов, нагрев до 1600-2000°С в течение одного часа, измельчение полученного карбидного опека с последующей обработкой его раствором азотной кислоты плотностью не менее 105 г/см3 при температуре 35-75°С. При этом происходит растворение карбидов титана, железа и алюминия и образование осадка карбида кремния, который отделяют от раствора. Затем из раствора проводят последовательное осаждение гидроксидов металлов термическим гидролизом солей при температуре 85°С.
Ключевыми недостатками прототипа является крайне высокая температура проведения процесса активации (обжига), высокие энергозатраты, необходимость использования относительно дорогой азотной кислоты
Задачей данного изобретения является разработка способа получения диоксида титана из кварц-лейкоксенового концентрата, отличающегося упрощенной аппаратурной схемой, повышенной экологичностью, пониженной температурой процесса, пониженной стоимостью и повышенной чистотой получаемого продукта.
Поставленная задача решается способом комплексной переработки лейкоксенового концентрата с получением диоксида титана,, включающим обжиг в присутствии добавки и выщелачиванием кислотой, при этом в качестве добавки берут оксид магния или магнийсодержащий отход производства огнеупорных материалов (брусит), при этом добавку берут при массовом соотношении кварц-лейкоксеновый концентрат : магнийсодержащая добавка 1:0,2-0,25, обжиг проводят при температуре 1350-1400°С в течение 3-4 часов, выщелачивание ведут серной кислотой 85-90%-ной концентрации при соотношении 1:(1-2) при температуре 235-270°С с последующим разбавлением водой, свободную серную кислоту нейтрализуют оксидом магния до рН 1,4-1,5, непрореагироваший оксид отделяют фильтрацией, а маточный раствор подвергают термогидролизу при температуре 110-115°С в присутствии зародышей диоксида титана.
Сущность предлагаемого способа и достигаемые результаты более наглядно могут быть проиллюстрированы следующими примерами
ПРИМЕР 1.
Навеску кварц-лейкоксенового концентрата массой 10 граммов (содержание TiO2 - 40%) с добавкой 2,0 граммов MgO (соотношение 1:0,2) обжигают при температуре 1350 С в течение 4 часов. Степень конверсии соединений титана по реакции MgO+TiO2*SiO2→MgTiO3+SiO2 в кислоторастворимую форму MgTiO3 составляет 99,2%. Полученный спек смешивают с 85%-ной серной кислотой при объемном соотношении 1:1,5 и выдерживают при температуре 235°С в течение 4 часов. Полученный продукт выщелачивают водой, а остаток серной кислоты нейтрализуют оксидом магния. При достижении рН 1,4 остаток оксида магния отфильтровывают и направляют на нейтрализацию следующей порции сернокислых растворов. В полученный горячий раствор вносят зародыши диоксида титана в количестве 5% от содержания соединений титана в растворе и выдерживают при температуре 110°С в течение 5 часов. Степень выделения диоксида титана - 94%, чистота диоксида титана - 99%. Маточный раствор содержащий сульфат магния выпаривают и используют в качестве удобрения.
ПРИМЕР 2.
Навеску кварц-лейкоксенового концентрата массой 10 граммов (содержание TiO2 - 40%) с добавкой 2,5 граммов отхода производства огнеупорных материалов (брусита) (соотношение 1:0,25) обжигают при температуре 1400°С в течение 3 часов. Степень конверсии соединений титана по реакции MgO+TiO2*SiO2→MgTiO3+SiO2 в кислоторастворимую форму MgTiO3 составляет 97,9%. Полученный спек смешивают с 90%-ной серной кислотой при объемном соотношении 1:1 и выдерживают при температуре 270°С в течение 3 часов. Полученный продукт выщелачивают водой, а остаток серной кислоты нейтрализуют оксидом магния. При достижении рН 1,5 остаток оксида магния отфильтровывают и направляют на нейтрализацию следующей порции сернокислых растворов. В полученный горячий раствор вносят зародыши диоксида титана в количестве 5% от содержания соединений титана в растворе и выдерживают при температуре 115 С в течение 4 часов. Степень выделения диоксида титана - 96%, чистота диоксида титана - 99%. Маточный раствор содержащий сульфат магния выпаривают и используют в качестве удобрения.
ПРИМЕР 3.
Навеску кварц-лейкоксенового концентрата массой 10 граммов (содержание TiO2 - 44%) с добавкой 2,2 граммов оксида магния (соотношение 1:0,22) обжигают при температуре 1375 С в течение 4 часов. Степень конверсии соединений титана по реакции MgO+TiO2*SiO2→MgTiO3+SiO2 в кислоторастворимую форму MgTiO3 составляет 98,1%. Полученный спек смешивают с 87%-ной серной кислотой при объемном соотношении 1:2 и выдерживают при температуре 250°С в течение 3 часов. Полученный продукт выщелачивают водой, а остаток серной кислоты нейтрализуют оксидом магния. При достижении рН 1,5 остаток оксида магния отфильтровывают и направляют на нейтрализацию следующей порции сернокислых растворов. В полученный горячий раствор вносят зародыши диоксида титана в количестве 5% от содержания соединений титана в растворе и выдерживают при температуре 115°С в течение 4 часов. Степень выделения диоксида титана - 97%, чистота диоксида титана - 99%. Маточный раствор содержащий сульфат магния выпаривают и используют в качестве удобрения.
Как видно из представленных примеров отказ от стадии восстановления и удаления соединений железа позволяет существенно упростить аппаратурную схему, а отсутствие процессов гидролиза сульфата магния вплоть до рН 11,0 предотвращают его соосаждение вместе с диоксидом титана, ввиду чего получаемый диоксид титана отличается повышенной чистотой. Использование в качестве добавки отходов производства огнеупоров позволяет существенно снизить стоимость процесса производства диоксида титана. Использование сернокислых магнийсодержащих растворов процесса выщелачивания продуктов переработки кварц-лейкоксена для получения крупнотоннажного минерального продукта (удобрения - 7-водного сульфата магния) позволит не только минимизировать объем образования сточных вод и отходов (повышение экологичности проиводства), но и повысить рентабельность процесса производства диоксида титана.
Claims (1)
- Способ комплексной переработки кварц-лейкоксенового концентрата с получением диоксида титана, включающий обжиг в присутствии добавки и выщелачивание кислотой, отличающийся тем, что в качестве добавки берут оксид магния или магнийсодержащий отход производства огнеупорных материалов в виде брусита, при этом добавку берут при массовом соотношении кварц-лейкоксеновый концентрат:магнийсодержащая добавка 1:0,2-0,25, обжиг проводят при температуре 1350 - 1400°С в течение 3-4 ч, выщелачивание ведут серной кислотой 85-90%-ной концентрации при соотношении 1:(1-2) при температуре 235-270°С с последующим разбавлением водой, свободную серную кислоту нейтрализуют оксидом магния до рН 1,4-1,5, непрореагировавший оксид отделяют фильтрацией, а маточный раствор подвергают термогидролизу при температуре 110-115°С в присутствии зародышей диоксида титана.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2795543C1 true RU2795543C1 (ru) | 2023-05-04 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2001138C1 (ru) * | 1991-07-03 | 1993-10-15 | Институт металлургии Уральского отделени РАН | Способ переработки лейкоксенового концентрата |
| RU2090509C1 (ru) * | 1995-06-08 | 1997-09-20 | Институт металлургии Уральского отделения РАН | Способ комплексной переработки лейкоксенового концентрата |
| EP1499752A2 (en) * | 2002-04-19 | 2005-01-26 | Millennium Inorganic Chemicals, Inc. | Sulfuric acid beneficiation of titaniferous ore for the production of tio2 |
| CN102605168A (zh) * | 2011-12-05 | 2012-07-25 | 唐兆青 | 一种提取褐铁矿与氧化铁二氧化钛办法 |
| RU2623564C1 (ru) * | 2016-04-25 | 2017-06-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Способ переработки лейкоксенового концентрата |
| RU2768386C1 (ru) * | 2021-10-22 | 2022-03-24 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» | Способ переработки кварц-лейкоксенового концентрата |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2001138C1 (ru) * | 1991-07-03 | 1993-10-15 | Институт металлургии Уральского отделени РАН | Способ переработки лейкоксенового концентрата |
| RU2090509C1 (ru) * | 1995-06-08 | 1997-09-20 | Институт металлургии Уральского отделения РАН | Способ комплексной переработки лейкоксенового концентрата |
| EP1499752A2 (en) * | 2002-04-19 | 2005-01-26 | Millennium Inorganic Chemicals, Inc. | Sulfuric acid beneficiation of titaniferous ore for the production of tio2 |
| CN102605168A (zh) * | 2011-12-05 | 2012-07-25 | 唐兆青 | 一种提取褐铁矿与氧化铁二氧化钛办法 |
| RU2623564C1 (ru) * | 2016-04-25 | 2017-06-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Способ переработки лейкоксенового концентрата |
| RU2768386C1 (ru) * | 2021-10-22 | 2022-03-24 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» | Способ переработки кварц-лейкоксенового концентрата |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lasheen | Soda ash roasting of titania slag product from Rosetta ilmenite | |
| Parirenyatwa et al. | Comparative study of alkali roasting and leaching of chromite ores and titaniferous minerals | |
| Dong et al. | Upgrading a Ti-slag by a roast-leach process | |
| JP5393153B2 (ja) | 希土類および放射性元素の含有量の低い合成ルチルを得るためのアナターゼ機械濃縮物の濃縮のためのプロセス | |
| JP5171631B2 (ja) | チタン鉱石の選鉱 | |
| CN102627321A (zh) | 一种采用钛铁氧化物直接还原得到的钛渣制备钛白粉的方法 | |
| US3929962A (en) | Titanium purification process | |
| Liu et al. | Preparation of synthetic rutile via selective sulfation of ilmenite with (NH4) 2SO4 followed by targeted removal of impurities | |
| US20150176103A1 (en) | Production of titanium dioxide pigments | |
| CA2431257A1 (en) | Recovery of titanium dioxide from titanium oxide bearing materials like steelmaking slags | |
| AU2001262583A1 (en) | Recovery of titanium dioxide from titanium oxide bearing materials like steelmaking slags | |
| JPH08500393A (ja) | チタン鉄材料の品質改善 | |
| RU2734513C1 (ru) | Способ переработки кварц-лейкоксенового концентрата | |
| Nayl et al. | Ammonium hydroxide decomposition of ilmenite slag | |
| RU2795543C1 (ru) | Способ получения диоксида титана из кварц-лейкоксенового концентрата | |
| US3428427A (en) | Process for producing a product high in titanium dioxide content | |
| Wang et al. | Production of TiO 2 from CaTiO 3 by alkaline roasting method | |
| RU2759100C1 (ru) | Способ переработки кварц-лейкоксенового концентрата | |
| Ultarakova et al. | Processing of titanium production sludge with the extraction of titanium dioxide | |
| CN110396610A (zh) | 一种铵盐加压热解处理钛矿物和金属硅酸盐矿物的方法 | |
| Kustov et al. | Integrated processing of difficultly dressed titanium-containing ores | |
| RU2771400C1 (ru) | Способ переработки кварц-лейкоксенового концентрата | |
| JP2022510772A (ja) | チタン担持材料からの生成物の抽出方法 | |
| Maldybayev et al. | Study of soda effect on the sintering process of low titanium slag | |
| RU2216517C1 (ru) | Способ получения искусственного рутила из лейкоксенового концентрата |