UA112537C2 - Модифікація матеріалу, що містить титан - Google Patents
Модифікація матеріалу, що містить титан Download PDFInfo
- Publication number
- UA112537C2 UA112537C2 UAA201307532A UAA201307532A UA112537C2 UA 112537 C2 UA112537 C2 UA 112537C2 UA A201307532 A UAA201307532 A UA A201307532A UA A201307532 A UAA201307532 A UA A201307532A UA 112537 C2 UA112537 C2 UA 112537C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- tim
- reaction
- ions
- iron
- solution
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 51
- 239000010936 titanium Substances 0.000 title claims abstract description 24
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 22
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 22
- 230000004048 modification Effects 0.000 title claims description 6
- 238000012986 modification Methods 0.000 title claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 57
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 24
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 60
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 38
- 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 31
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 21
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 21
- 238000006396 nitration reaction Methods 0.000 claims description 14
- YDZQQRWRVYGNER-UHFFFAOYSA-N iron;titanium;trihydrate Chemical compound O.O.O.[Ti].[Fe] YDZQQRWRVYGNER-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 10
- 238000005660 chlorination reaction Methods 0.000 claims description 9
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 9
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 claims description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 7
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 claims description 6
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 claims description 6
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 claims description 6
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 claims description 5
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910001423 beryllium ion Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000002505 iron Chemical class 0.000 claims description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 3
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 2
- 241000287531 Psittacidae Species 0.000 claims 1
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 claims 1
- 229960002089 ferrous chloride Drugs 0.000 claims 1
- FBAFATDZDUQKNH-UHFFFAOYSA-M iron chloride Chemical compound [Cl-].[Fe] FBAFATDZDUQKNH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 1
- NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L iron dichloride Chemical compound Cl[Fe]Cl NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims 1
- 239000002609 medium Substances 0.000 claims 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 3
- 230000000802 nitrating effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 16
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 9
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 8
- 229910052861 titanite Inorganic materials 0.000 description 7
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 6
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- -1 nitrates Chemical class 0.000 description 5
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 3
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 3
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical class [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N Fe3+ Chemical compound [Fe+3] VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910001447 ferric ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 2
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N oxalonitrile Chemical compound N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 229910008484 TiSi Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000010960 commercial process Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 229910001448 ferrous ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 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
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000360 iron(III) sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 1
- 239000002006 petroleum coke Substances 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material 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)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
Спосіб модифікації титанистого матеріалу включає нітрування і відновлення титанистого матеріалу, який містить ТіОі оксиди Fe за присутності азоту і вуглецю, для перетворення ТіОна TiN і відновлення більшої частини оксидів Fe до Fe. Fe окислюється замість TiN з утворенням іонів Fe, після чого іони Feвидаляються, щоб одержати модифікований матеріал, що несе TiN і має низький вміст Fe.
Description
Даний винахід стосується модифікації матеріалу, що містить титан (інша назва такого матеріалу - титанистий матеріал). Зокрема, даний винахід стосується способу модифікації матеріалу, що містить титан.
Традиційні процеси, і зокрема традиційні комерційні процеси, одержання Тісі використовують вихідні титанисті матеріали з високим вмістом ТіО». ТіОг» реагує з хлором у високотемпературному хлораторі (близько 900 "С) з утворенням Тісісх, який використовується в крупно-масштабному виробництві для одержання пігменту ТіОг і металічного титану. Нажаль, хлор при високих температурах реагує не вибірково, внаслідок чого він споживається іншими складовими вихідних титанистих матеріалів.
Був би бажаним спосіб модифікації титанистих матеріалів, таких як титанистий залізняк (ільменіт), до форми, яка потребує менше хлору, або продукує менше хлоридних відходів з домішок у вихідному титанистому матеріалі і може утворювати ТісСіІ. на етапі технологічного процесу, що здійснюється при нижчій температурі. Було б також вигідно, якби такий спосіб був більш економічним і міг модифікувати титанисті матеріали низького класу, такі як шлак низького класу, що містить титан.
У відповідності до цього винаходу, тут пропонується спосіб модифікації титанистого матеріалу, який включає: нітрування і відновлення титанистого матеріалу, який містить ТіО» і окисли Ее, в присутності азоту і вуглецю для перетворення Ті» на ТІМ і відновлення більшої частини окислів Ре на Ее; окислення Ре замість Тім з утворенням іонів Еег»; і видалення іонів Ге-- з одержанням модифікованого матеріалу, що містить ТІМ при низькому вмісті Ге.
Типово, такий модифікований матеріал, що містить ТіМ при низькому вмісті Ге, являє собою суміш ТіО, ТІМ і ТіС.
Певна кількість окислів Бе, наприклад Бе? і Рез», буде таким чином присутньою в титанистому матеріалі. Окисли Бе в титанистому матеріалі за наявності вуглецю і високої температури відновлюються до Ее, тоді як ТіО» в титанистому матеріалі азотується до ТІМ.
Перевагу дає те, що ТІМ є більш реактивним, ніж ТіО», і хлор, інший ніж той, що зв'язується з Ге, реагує вибірково з ТіМ при значно нижчих температурах, ніж з ТіОг, наприклад при температурі
Зо близько 170 7С-250 С, з утворенням ТіСі« і суттєво без утворення непотрібних хлоридів, за виключенням Ресі» та/або Еесі»з.
Таким чином, запропонований спосіб може включати хлорування модифікованого матеріалу, що несе ТІМ і має низький вміст Ре, завдяки чому ТІМ в ньому перетворюється на
ТІСі«. Відповідну хімічну реакцію можна представити так:
ТІМ я ес «ТІЄЇ о М. (у
Оскільки більшу частину, якщо суттєво не все, Ре у вигляді іонів Ге?" було видалено при одержанні матеріалу, що несе ТіМ і має низький вміст Бе, хлорування ТіМ буде мати своїм наслідком те, що залізом буде споживатись мало хлору, а це вигідно поліпшить економічність способу за цим винаходом.
Хлорування ТіМ є вибірковим по відношенню до основної маси домішок, які можуть знаходитись в матеріалі, що несе ТіМ і має низький вміст Ре, таких як 5іО», Сас, АІ2Оз і Мо0. Ці сполуки не вступають в реакцію з хлором при низьких температурах, конкретно при температурі близько 170 "С-250 "С, коли ТІМ реагує з хлором (Сіг).
Нітрування і відновлення титанистого матеріалу, який містить ТіОг» і окисли Ее за присутності вуглецю і азоту, для перетворення ТіОг на ТІМ і відновлення окислів Бе до Ее можуть здійснюватись будь-яким методом, відомим спеціалістам в цій галузі, таким як метод, описаний в публікації 05 6,629,838. Типово, для здійснення нітрування і відновлення використовується велика піч, яка дає карбо-нітридний проміжний продукт, що містить ТІМ і Ге.
Як має бути зрозумілим, для цього етапу способу необхідним є джерело азоту. Коли в наявності є установка або засоби розділення повітря для одержання кисню, використовуваного для подальшої обробки, доцільно для цілей нітрування застосовувати азот з установки розділення повітря. Хімічну реакцію нітрування ТіОг» можна представити так:
ТОЮ» б БМ «ТІМ з 200 (2)
Однак, коли ТіО» є присутнім в основному у вигляді БеО.ТіО», як у випадку ільменіту, що є найбільш поширеною мінеральною сировиною, наразі використовуваною для добування титану,
ЕеєО.ТіО» може піддаватись карбо-термічному нітруванню з одержанням ТІМ і металічного Ее, а також одного або більше окислів вуглецю (тобто, СО та/або СО2). У спрощеному вигляді реакцію нітрування і відновлення для РеоО.ТіОг можна представити так:
Е РеОТЮ» Зб я Мо Бе ТІМ к 3003, 0 (З)
У більш складній формі реакцію нітрування і відновлення для БеО.ТіОг можна описати за допомогою ілюстративної реакції (За): з БеОлЛібг2,ВС я ьМо- Бе ТІМ 2,6СО 8 02СО. (За)
Окислення Ге замість ТІМ з утворенням іонів Ге може таким чином включати реакцію карбо- нітридного проміжного продукту, що містить ТіМ і Бе, з окислювальним аніоном для перетворення Бе на Ре. Типово, такий окислювальний аніон використовується у вигляді водного розчину солі.
Таким водним розчином солі може бути розчин якогось хлориду, переважно розчин Еесі»з.
Перевагою є те, що і Ресі», і ГеСі» мають високу розчинність у воді. Однак слід розуміти, що є і інші солі, наприклад нітрати, які також можуть бути придатними для використання у способі за цим винаходом. Для того, щоб процес був ефективним і економічним, іони заліза мають бути у формі водорозчинної солі і відповідна сіль заліза також має бути водорозчинною, забезпечуючи водне вилуговування солі заліза з карбо-нітридного проміжного продукту.
Коли Ресіз використовується у вигляді водного сольового розчину, наступна реакція, тобто реакція (4), описує окислення Ре замість ТІМ з утворенням іонів Бег-:
Б ге я гБЕеСТ водна ях ЗБесСтьгводно ТІМ (4)
Цю реакцію можна зручно здійснювати при температурі оточуючого середовища, але більш високі температури аж до температури кипіння розчину хлориду заліза (трьохвалентного) посилюють швидкість реакції між іонами Рез і Бе, а також підвищують розчинність як трьохвалентного, так і двохвалентного хлориду заліза.
Переважно, під час нітрування і відновлення титанистого матеріалу всі оксиди заліза відновлюються до металічного заліза, причому не тільки до його двохвалентної форми. Це типово трапляється у будь-якому випадку в сильно відновлювальних умовах при температурі близько 1300 "С, яка використовується для нітрування ТіОг з утворенням ТіМ. Типово, залізо є присутнім у вигляді малих часточок, що є рівномірно перемішаними з малими часточками ТІМ, які спікаються разом з рештою титанистого матеріалу, тобто утворюють карбо-нітридний проміжний продукт, що містить ТІіМ і Ге. Це дає ту перевагу, що дозволяє екстрагувати залізо як
Ре», використовуючи РесСіз (хлорид трьохвалентного заліза) у відповідності до реакції (4) замість застосовування соляної кислоти. Водень при цьому не утворюється, на відміну від випадку з екстракцією соляною кислотою у відповідності до реакції (5):
Без НОЇ щі Бесі. я Но (5), що дозволяє уникнути загроз, пов'язаних з утворенням водню, і проблем, викликаних утворенням піни. Більше того, реакція з БеСіз є швидкою порівняно з процесами, де Гео вилуговують соляною кислотою, що робить можливим скорочений термін перебування в реакторі і менші розміри реактору. До того ж, окислення водного хлориду двохвалентного заліза киснем, тобто повітрям, для регенерації РеСіз вимагає значно менших витрат енергії.
Перевагою є те, що хлорид двохвалентного заліза (ГеСіз) може окислюватись (для цілей рециркуляції Рез: і для цілей видалення побічного продукту оксиду заліза) в окремому реакторі, а не в реакторі, в якому Бе окислюється з утворенням іонів Ге?", чим забезпечується краще відділення заліза від ТіМ ії уможливлюється вибір таких робочих умов, які стимулюють ріст крупних кристалів оксиду заліза, що є доцільним для наступного використання або видалення оксидів заліза. Має бути зрозумілим також, що при використанні соляної кислоти для вилуговування сполук заліза з ТІМ слід вжити заходів для вловлювання і промивання парів НСІ.
З іншого боку, тиск пари НСІ над розчинами хлориду трьохвалентного заліза (розчинами Рес із)
є на порядки величини меншим, ніж над розчинами НСІ, що дозволяє використовувати значно простішу механічну конструкцію установки для реалізації способу за цим винаходом.
Неочікуваним було те, що ТіМ виявився незвичайно резистентним проти атаки Ресіз. Для винахідників було неочікуваним встановити, що навіть не дивлячись на значну зміну вільної енергії Гіббса в цій реакції, тобто в реакції (6):
ВКесі; кетіМ «ЯНЬО « ВКеСі я ЗТ» ВНС Ме 0 Абово - «722 кДж (в) і навіть не дивлячись на очікувану високу реактивність дуже тонких часточок ТІМ, утворюваних при карбо-нітруванні титанистого матеріалу, такого як ільменіт, внаслідок дуже високого відношення їх поверхні до об'єму, окислення тонких часточок заліза в нітрованому ільменіті водними іонами трьохвалентного заліза (Без) у відповідності до вищенаведеної реакції (4) відбувається значно швидше, ніж окислення часточок Тім іонами Рез: у відповідності до реакції (6). Таким чином, металічне залізо в нітрованому титанистому матеріалі, такому як ільменіт, може перетворюватися на іони Ре" і вилуговуватись з ТІМ водним розчином відповідної солі, що містить Без»,
Видалення іонів Ге? для одержання модифікованого матеріалу, що несе ТіМ, з низьким вмістом заліза типово включає відділення розчину Ре? від карбо-нітридного проміжного продукту, що не прореагував, з одержанням матеріалу, що несе ТІМ і має низький вміст заліза, і розчину Ре-:. Таке розділення може здійснюватись на етапі фізичного розділення, наприклад з використанням фільтрації, осадження або центрифугування. Коли це необхідно або бажано, спосіб за цим винаходом може включати промивання матеріалу, що несе ТіМ і має низький вміст заліза, водянистим текучим середовищем. Переважно, матеріал, що несе ТіМ ї має низький вміст заліза, висушується перед тим, як його піддають хлоруванню.
Як вже зазначалось, спосіб за цим винаходом може включати етап регенерації іонів Без" з
ЕесСіз(водн.), одержуваного при вилуговуванні карбо-нітридного проміжного продукту хлоридом трьохвалентного заліза (РесСіз(водн.)).
Типово, тільки частина (наприклад, близько двох третин) РеСіг перетворюється на іони Рез», при цьому баланс підтримується побічним продуктом способу за цим винаходом, який містить
Зо залізо не у формі хлоридів. Регенеровані іони Без" можуть рециркулюватись, щоб окислювати
Ее замість ТіМ з утворенням іонів ГБег-.
Регенерація іонів Без" може включати окислення Ресіг киснем (типово повітрям під тиском від 1 до 2 бар і при температурі 90 "С), наприклад у відповідності до реакцій (7) і (8): бЕБебі(водно я 15505 : 4БесСл(водн.) Без» їл дБ бгесСідводно я 1505 5 НО х 2БеОХОН я 4Бесіхводн.) (8)
В залежності від умов протікання реакції в осад може випадати також Резох.
Як варіант, регенерація іонів Без: може включати електрохімічне окислення Ресі» в електролізері, щоб одержувати Еесіз на аноді електролізера і електролітичне залізо на катоді цього електролізера. Електрохімічні реакції за допомогою яких регенерується хлорид трьохвалентного заліза і одержується електролітичне залізо, можна представити наступним чином (реакції 9, 10 ї 11): реакція на катоді Бе" ж ре Бе (9) реакція на аноді Бе" - оре" зов 110) загальна електрохімічна реакція ЗБе" «Бе оБе" (311)
Як вже зазначалось, титанистим матеріалом може бути ільменіт. Як варіант, ним може бути шлак низького класу, наприклад такий, який виробляє Нідпмеїд 5(ееї апа Мападіит Согрогаїййоп в
Південній Африці або Мем/ 7еаіапа 5їеє! в Новій Зеландії, що містить 30 95 ТіОг» і 595 Ев.
Титанистим матеріалом може бути також шлак сульфатного класу, який виробляють компанії
БО Еххаго Гітйеа та Кіспага5 Вау МіпегаїЇ5, обидві з Південної Африки, що містить близько 80 95
ТО г і 10 95 БеО.
Цей винахід буде тепер описуватись, тільки в якості прикладу, з посиланням на супроводжуючі схематичні малюнки, на яких:
Фіг. 1 показує карту технологічного процесу одного варіанту здійснення способу модифікації титанистого матеріалу у відповідності до даного винаходу;
Фіг. 2 показує карту технологічного процесу іншого варіанту здійснення способу модифікації титанистого матеріалу у відповідності до даного винаходу.
На Фіг. 1 супроводжуючих малюнків позицією 10 загалом позначається спосіб модифікації титанистого матеріалу. Цей спосіб 10 включає етап нітрування 12, етап окислення заліза 14, етап видалення іонів Ре?" 16, етап окислення Ре": 18 і етап фільтрації ГегОз 20.
Спосіб 10 використовується для обробки ільменіту з теоретичним складом ЕБео.ТіОг для одержання продукту ТІМ з низьким вмістом Ре. Ільменіт, матеріал, що містить азот і вуглець, наприклад вугілля, подаються на етап нітрування 12, де БеО відновлюється до металічного заліза, а ТО» нітрується до ТіМ. Це типово здійснюється у великій печі з вогнестійкою футеровкою, яка працює при температурі близько 1300 С. Після печі одержують карбо- нітридний проміжний продукт, який містить ТІМ і Ре; цей проміжний продукт подається на етап окислення заліза 14. У відповідності до реакції (3), на етапі нітрування 12 утворюється монооксид вуглецю як газ, що відходить: геОлЛюЮ» асом ве віч ЗО, (3)
На етапі окислення заліза 14 карбо-нітридний проміжний продукт, який містить ТіМ їі Ре, вилуговується водним розчином ЕРесСіз як засобом для вилуговування. Суттєво все залізо перетворюється на хлорид двохвалентного заліза (Ресіг»г), у відповідності до реакції (4):
Бе сх ТІМ я 2Ребізводно х ЗБебіо(водно ся ТІМ (4)
Розчин хлориду трьохвалентного заліза може бути при температурі близько 80 "С. На диво,
ТІМ суттєво не окислюється хлоридом трьохвалентного заліза, тоді як суттєво все присутнє залізо перетворюється на іони двохвалентного заліза. Для того, щоб спосіб за цим винаходом працював ефективно, іони трьохвалентного заліза мають бути у формі водорозчинної солі і відповідна сіль двохвалентного заліза також повинна бути водорозчинною. Перевага віддається
Ко) хлоридам, оскільки БеСіз і БеСі» мають високу розчинність у воді, але існують інші солі, наприклад нітрати, які також є придатними. Сульфати переважно не використовуються через низьку розчинність сульфату трьохвалентного заліза у воді.
Наступний етап способу 10 вимагає видалення іонів Ге? з карбо-нітридного проміжного продукту, підданого вилуговуванню хлоридом трьохвалентного заліза. Це типово здійснюється шляхом фільтрації суспензії, що містить вилугуваний карбо-нітридний проміжний продукт і водний розчин хлориду двохвалентного заліза, в результаті чого утворюється продукт ТіМ з низьким вмістом заліза і потік розчину хлориду двохвалентного заліза. Типово, продукт ТІМ з низьким вмістом заліза піддають висушуванню. Коли бажано перетворити ТіМ на ТісСіл, Тім хлорують хлором в хлораторі при температурі між 170 "С і 250 "С. Цей етап не є показаним на малюнках, але він може здійснюватись, наприклад, у відповідності до описаного в патенті США
Мо 6,423,291.
Для того, щоб регенерувати іони Рез" для використання на етапі окислення заліза 14, розчин хлориду двохвалентного заліза окислюється на етапі окислення Ре: 18 за допомогою повітря під тиском від 1 до 2 бар і при температурі 9070. В залежності від температури і окислювального потенціалу, при якому ця реакція здійснюється, можна одержувати різні окисли заліза, такі як ЕеО.ОН, Ре(ОН)з або РегОз. Хімія утворення різних окислів заліза з хлоридів двохвалентного заліза є добре документованою і відомою спеціалістам в цій галузі, в силу чого вона не буде розглядатись тут більш докладно.
У варіанті здійснення запропонованого способу, показаному на Фіг. 1, припускається, що етап окислення Ре": 18 продукує ЕРегОз, у відповідності до реакції (7):
ЕегОз є присутнім у формі суспензії Бег2Оз і цей РегОз відділяється від суспензії, щоб одержати побічний продукт БегОз і розчин хлориду трьохвалентного заліза, причому розчин хлориду трьохвалентного заліза повертається на етап окислення заліза 14. Типово, близько двох третин хлориду двохвалентного заліза, що подається на етап окислення Ре?" 18,
перетворюються на хлорид трьохвалентного заліза, а баланс підтримується частиною побічного продукту ЕегОз.
На Фіг. 2 супроводжуючих малюнків є показаним інший варіант здійснення способу за цим винаходом, призначеного для модифікації титанистого матеріалу, який позначається загалом позицією 100. Спосіб 100 є подібним до способу 10 і, коли не вказується інше, ті самі етапи технологічного процесу або ознаки позначаються тими самими позиціями.
Як буде зазначено далі, замість етапу окислення Ре": 18 і етапу фільтрації ГегОз 20 спосіб 100 включає етап електролітичного виділення Ее 102. Етап електролітичного виділення Ре 102 передбачає використання електролізера, в якому розчин хлориду двохвалентного заліза з етапу видалення іонів Ре» 16 електролітичним шляхом перетворюється на розчин хлориду трьохвалентного заліза і залізо, що можна представити як реакцію (11): загальна влектрохімічна реакція ЗБЕ" з Бе кове" (11)
Спосіб за цим винаходом, як його представлено, демонструє низку переваг порівняно зі звичайними процесами, про які відомо заявнику, в яких замість ТіМ продукується ТіОг для наступного хлорування до ТіСі- ТіО» є стабільною сполукою, і титан більше не може окислюватись. З іншого боку, ТіМ знаходиться у відновленій формі і може легко окислюватись до титану в четвертинному стані валентності Це є важливим аспектом у вибірковому хлоруванні ТІМ проти не вибіркового карбо-хлорування ТіО». Спосіб за цим винаходом уможливлює зниження капітальних витрат на реактори для хлорування ТіМ у порівнянні з реакторами, необхідними для хлорування ТіО». Спосіб за цим винаходом, як його представлено, забезпечує зниження споживання хлору і не використовує відносно дорогого нафтового коксу в якості реагенту. Спосіб за цим винаходом, як його представлено, також не вимагає кальцинації ільменіту і наступного магнітного відділення невеликої кількості домішок низької якості, оскільки спосіб за цим винаходом може пристосувати ці домішки. Більше того, спосіб за цим винаходом, як його представлено, дозволяє модифікувати титанисті матеріали низького класу. До того ж, будь-яка обробка газу, що відходить з хлоратору, при використанні способу за цим винаходом, як його представлено, є простішою, оскільки об'єм і температура
Зо цього газу є значно нижчими, ніж у випадку хлораторів ТіО», і цей газ не містить сублімованих хлоридів, таких як РеСіз. Також очікується, що спосіб за цим винаходом буде забезпечувати зниження втрат ТіСіз з газами, що відходять з хлораторів.
Claims (13)
1. Спосіб модифікації титанистого матеріалу, що містить ТіОг і оксиди Ее, для відновлення концентрації Ре та підвищення концентрації ТІМ, який включає нітрування і відновлення у сильно відновлювальних умовах вказаного титанистого матеріалу, що містить ТіОг і оксиди Ре за присутності азоту і вуглецю, для перетворення ТіОг: на ТІМ і 40 відновлення більшої частини оксидів Бе до Ре, причому ТІМ їі Ре, одержані при нітруванні і відновленні титанистого матеріалу, є у вигляді карбонітридного проміжного продукту, який містить ТІМ і Ге; окислення Ре замість ТіМ з утворенням іонів Бе?", причому окислення Бе включає реакцію карбонітридного проміжного продукту, який містить ТІМ ії Ре, з розчином Ресіз відповідно до 45 реакції (4): Ее-ТіМ--2 РеСіз(водн.)-ЗРесізх(водн.) «ТІМ, (4) і видалення іонів Ге?" для одержання модифікованого матеріалу, що несе ТіМ, з низьким вмістом Ее.
2. Спосіб за пунктом 1, який додатково включає хлорування модифікованого матеріалу, що несе 50 ТІМ і має низький вміст Ре, тим самим перетворюючи ТІМ в ньому на Тісі», відповідно до реакції (1): ТіМж2сСІ» ГІСІААТ/2 Ме. (1)
З. Спосіб за пунктом 1 або 2, в якому титанистим матеріалом є ільменіт, в якому ТіОг є присутнім в основному як РеО-ТіоО», причому Бео-Тіо» нітрується карботермічно для одержання 55 ТІМ і металічного Ре, а також одного або більше оксидів вуглецю.
4. Спосіб за будь-яким із пунктів 1-3, в якому реакцію (4) здійснюють при підвищеній температурі в інтервалі між температурою оточуючого середовища і температурою кипіння розчину хлориду тривалентного заліза (РесСіз(водн.)) для підвищення швидкості реакції між іонами Рез: і Ре та підвищення розчинності як хлориду тривалентного заліза, так і хлориду двовалентного заліза.
5. Спосіб за будь-яким із пунктів 1-4, в якому під час нітрування і відновлення титанистого матеріалу весь оксид Бе відновлюють швидше до металічного заліза, ніж до двовалентної форми, причому це залізо має вигляд малих часточок, рівномірно перемішаних з малими часточками ТІМ, які спікаються разом в карбонітридному проміжному продукті, що містить ТІМ і Ее, тим самим забезпечуючи екстракцію заліза як Ге?" з використанням Еесіз відповідно до вищенаведеної реакції (4).
б. Спосіб за пунктом 5, який включає етап регенерації іонів Бе» з розчину хлориду двовалентного заліза (Ресізх(водн.)), одержаного з реакції карбонітридного проміжного продукту розчином хлориду тривалентного заліза (Ресіз(водн.)).
7. Спосіб за пунктом 6, в якому лише частина хлориду двовалентного заліза перетворюється на хлорид тривалентного заліза, причому решта двовалентного заліза перетворюється на побічний продукт, що містить залізо не у вигляді хлоридів.
8. Спосіб за пунктом 7, в якому регенеровані іони Без рециркулюють для повторного використання з метою окислення Ге замість ТІМ з утворенням іонів Рег».
9. Спосіб за будь-яким із пунктів 6-8, в якому регенерація іонів Рез" включає окислення хлориду двовалентного заліза киснем відповідно до реакцій (7) і (8): бЕесіг(водн.)11/202-4РесСіз(водн.) его», (7) бЕесіг(водн.)11/202--НгО-2геО: ОН Ресіз(водн.). (8)
10. Спосіб за будь-яким із пунктів 6-8, в якому регенерація іонів Ге? включає електрохімічне окислення хлориду двовалентного заліза в електролізері для одержання хлориду тривалентного заліза на аноді електролізера і електролітичного заліза на катоді електролізера, причому електрохімічні реакції для регенерації хлориду тривалентного заліза і одержання електролітичного заліза здійснюються відповідно до реакцій (9), (10) і (11): реакція на катоді Гег-2е--ГЕе, (9) реакція на аноді 2ге»-2ГРез-2е", (10) загальна електрохімічна реакція ЗРе?-Ре-2Еезх, (11)
11. Спосіб за будь-яким із пунктів 1-10, в якому видалення іонів Ре" для одержання модифікованого матеріалу, що несе ТІМ і має низький вміст Ре, включає відділення розчину Бе?" від карбонітридного проміжного продукту, що не прореагував, для одержання модифікованого Зо матеріалу, що несе ТІМ і має низький вміст Ре, і розчину Еег».
12. Спосіб за пунктом 11, в якому відділення являє собою етап фізичного відділення з наступним промиванням матеріалу, що несе ТІМ і має низький вміст Ре, водним середовищем.
13. Спосіб за пунктом 12, який включає сушіння модифікованого матеріалу, що несе Тім і має низький вміст Ге.
ке Ільменіт | М.
Ї "Вуглець/вугілля ! 1 Раб. кс А «Рез Те ЗСО Нітгрований ільменіт я м Бе Ті « Раб івв) - ЗБеСІ дав «ТВ й І | суспензія ТІМ їв ТМ з низьким ! ! -Ш вмістом Бе: розчин Кесі,) | розчин Гесі, їб ІБгесінаці я ТО, «араС ве. 0. у суспензія Бе, 0, Ї -О рт, о, Фіг, 1 і ії Й : Ільменіт їй Вуглець вугілля ща ТЕО зе ем, тез ТІ -ЗСО Нітрований ільменії ск и Деентвнвннінноння дніті ; | суспензія ТМ ї І що | | ів о ЛІМ з низьким розчин КОСІ, ! - вмістом Бе розчин Ресі,
Я» Згесі, (ад «оРВСі (ад тв ; ге 7 Фіг, 2.
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 |
---|---|
UA112537C2 true UA112537C2 (uk) | 2016-09-26 |
Family
ID=45444665
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
UAA201307532A UA112537C2 (uk) | 2010-12-13 | 2011-11-24 | Модифікація матеріалу, що містить титан |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9017625B2 (uk) |
CN (1) | CN103261456B (uk) |
AU (1) | AU2011342842B2 (uk) |
CA (1) | CA2820161C (uk) |
NO (1) | NO20130800A1 (uk) |
UA (1) | UA112537C2 (uk) |
WO (1) | WO2012080875A1 (uk) |
ZA (1) | ZA201303924B (uk) |
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 |
FI103033B1 (fi) * | 1990-07-25 | 1999-04-15 | Anglo Amer Corp South Africa | Menetelmä titaanin talteenottamiseksi |
DE60019404D1 (de) * | 1999-03-02 | 2005-05-19 | Csir Pretoria | Endotherme wärmebehandlung von festkörpern auf förderwagen in einem tunnelofen |
WO2001012556A1 (en) | 1999-08-13 | 2001-02-22 | Anglo American Corporation Of South Africa Limited | Titanium tetrachloride production |
-
2011
- 2011-11-24 CA CA2820161A patent/CA2820161C/en not_active Expired - Fee Related
- 2011-11-24 CN CN201180059585.9A patent/CN103261456B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2011-11-24 AU AU2011342842A patent/AU2011342842B2/en not_active Ceased
- 2011-11-24 UA UAA201307532A patent/UA112537C2/uk unknown
- 2011-11-24 WO PCT/IB2011/055275 patent/WO2012080875A1/en active Application Filing
- 2011-11-24 US US13/993,305 patent/US9017625B2/en not_active Expired - Fee Related
-
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 |
CN103261456A (zh) | 2013-08-21 |
WO2012080875A1 (en) | 2012-06-21 |
AU2011342842B2 (en) | 2016-03-31 |
CN103261456B (zh) | 2015-03-18 |
CA2820161C (en) | 2017-11-28 |
CA2820161A1 (en) | 2012-06-21 |
NO20130800A1 (no) | 2013-06-07 |
AU2011342842A1 (en) | 2013-06-13 |
US9017625B2 (en) | 2015-04-28 |
ZA201303924B (en) | 2014-02-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Parirenyatwa et al. | Comparative study of alkali roasting and leaching of chromite ores and titaniferous minerals | |
Zhang et al. | A literature review of titanium metallurgical processes | |
Middlemas et al. | A new method for production of titanium dioxide pigment | |
US10125403B2 (en) | Method and plant for producing iron from roasted pyrites | |
CN112430740B (zh) | 一种利用钙盐和锰盐协同焙烧钒渣强化钒铬分离的方法 | |
Zhu et al. | Potentially more ecofriendly chemical pathway for production of high-purity TiO2 from titanium slag | |
US20230220516A1 (en) | Process for recovering titanium dioxide | |
CA2435779A1 (en) | A process for recovering platinum group metals from ores and concentrates | |
RU2769875C2 (ru) | Способ получения сырья для выщелачивания | |
Nkosi et al. | A comparative study of vanadium recovery from titaniferous magnetite using salt, sulphate, and soda ash roast-leach processes | |
US10724119B2 (en) | Process for the separation of vanadium | |
US20140308197A1 (en) | Production of titanium compounds and metal by sustainable Methods | |
CN109868370B (zh) | 一种钒铬渣中有价金属的回收方法 | |
EP0601027A1 (en) | Titanium extraction | |
Purcell et al. | Selective precipitation study for the separation of iron and titanium from ilmenite | |
EP2244980B1 (en) | The production of titanium trifluoride | |
Shin et al. | Leaching behavior of titanium from Na2TiO3 | |
TW201534736A (zh) | 減少含鐵(Fe)材料中鋅(Zn)及鉛(Pb)之量的方法 | |
UA112537C2 (uk) | Модифікація матеріалу, що містить титан | |
KR20070100282A (ko) | 난용성 티탄함유 광석의 예비처리 | |
JP2022510772A (ja) | チタン担持材料からの生成物の抽出方法 | |
Nguyen et al. | Preparation of TiO2 pigment from ilmenite ore concentrate by molten alkaline process | |
Sampath et al. | Methods of Extracting TiO2 and Other Related Compounds from Ilmenite. Minerals 2023, 13, 662 | |
Middlemas | Energy-conscious production of titania and titanium powders from slag | |
Harris et al. | Further development of the chloride process for base and light metals: recent miniplant and first pilot plant data |