Способ переработки сфенового концентрата

 

Изобретение предназначено для химической промышленности и может быть использовано при получении пигментов для кожевенной, лакокрасочной промышленности, производства бумаги. К 1 кг сфенового концентрата добавляют 1300 мл раствора Н2SO4. Добавляют (NH4)2SO4 в количестве 0,2-0,5% от массы концентрата. Смесь нагревают до 80-90°С и через 2 ч вводят нагретую концентрированную Н2SO4. Смесь выдерживают, охлаждают, осадок (сульфатный спек) репульпируют в растворе Н2SO4. Отфильтровывают, добавляют в обезжелезенную воду. Суспензию нагревают до кипения со скоростью 10-20 град./ч при перемешивании. Осадок - гидроксид титана, нанесенный на CaSO4 и SiO2, отделяют, промывают, подвергают солеобработке. Солеобработку ведут модифицирующей суспензией. Суспензию получают из жидкой фазы после термообработки. В нее добавляют апатит, затем нефелин до остаточного содержания в смеси P2O5 1-4 мас.%. Суспензию берут из расчета Т : Vc = 1 : (1,0-1,5). Солеобработку ведут при перемешивании, затем добавляют аммиак до pH 4,5. Осадок отфильтровывают, прокаливают. Извлечение TiO2 92-95%, содержание водорастворимых примесей 0,92-2%, разбеливающая способность 400-450 усл.ед.

Изобретение относится к химической технологии неорганических веществ, в частности к технологии титансодержащих продуктов, используемых в кожевенной, лакокрасочной промышленности, в производстве бумаги и т.д.

Известен способ переработки сфена с добавкой сульфата аммония. По этому способу сфен сплавляется с концентрированной серной кислотой в присутствии сульфата аммония. Расход плавней (серная кислота и сульфат аммония) к весу концентрата равен 1.5, отношение компонентов плавня равно 5, температура 300oC, время реакции - 12-15 ч. Спек после сплавления выщелачивается раствором сульфата аммония с концентрацией 530 г/л (NH4)2SO4. При этом получается осадок, состоящий из двух фаз CaSO4 2H2O и (NH4)2TiO(SO4)2H2O. Степень выщелачивания титана 75%. Затем полученный осадок вновь выщелачивается в воде с получением титансодержащего сернокислоаммонийного раствора, в осадке - сульфат кальция.

Полученный титановый раствор нагревается до кипения и выдерживается 3-5 ч. При этом выделяется гидратированный титановый осадок, который после промывки и прокаливания переходит в диоксид титана.

Этот способ сложен в технологическом и аппаратурном оформлении, извлечение титана низкое, пигмент, выделенный при этом, низкого качества, с плохими пигментными характеристиками. (Сборник трудов по технической технологии минерального сырья Кольского полуострова. М.-П.: АН СССР, вып. 1, с. 67-100).

Известен также способ переработки сфенового концентрата, по которому вскрытие его серной кислотой проходит в две стадии, вначале 70%-ной H2SO4 при 170oC, а затем 55%-ной при 130oC. Продолжительность вскрытия 25 ч. Фильтрат после отделения осадка используется в обороте, а осадок (сульфатный спек) подвергается водному выщелачиванию в три стадии с промежуточной фильтрацией после каждой стадии. После смешения полученных при выщелачивании растворов концентрация TiO2 в смеси - 150 г/л, а H2SO4 - 450 г/л. Кислотный фактор равняется 3. Затем проводится снижение кислотности до к.ф.= 1.8-2.0 подачей известкового молока, и полученная суспензия подвергается термогидролизу при кипении. В результате титан (IV) переходит в гидроокись и осаждается. Образовавшийся осадок отделяется от жидкой фазы, промывается и подвергается солеобработке фосфорной кислотой и карбонатом калия, а затем прокаливается при 800-850oC с получением титансодержащей пигментной композиции CaSO4 + TiO2, содержащей ~ 50% TiO2. Такой продукт содержит 6.5-7.0% водорастворимых солей (ВРС) и имеет разбеливающую способность (Р) - 300-400 усл. ед. Сквозное извлечение TiO2 из сфена не превышает 75% (Мотов Д.Л., Максимова Г.К. Сфен и его химическая переработка на титановые пигменты. Л.: Наука. 1983. 88 с.).

Описанный способ переработки сфена имеет следующие недостатки. Он длителен и многостадиен, что определяет значительные потери TiO2 и, как следствие, снижение выхода основного продукта. Такой продукт имеет ограниченное использование из-за низкой стойкости к воздействию атмосферы (вода, свет), и поэтому пригоден лишь для ЛКМ, эксплуатируемых внутри помещений.

Настоящее изобретение направлено на сокращение продолжительности процесса, увеличение извлечения TiO2 из сфена и повышение качества титансодержащей пигментной композиции.

Положительный эффект достигается за счет интенсификации процесса вскрытия, объединения операций выщелачивания и термогидролиза, а также за счет эффективной солеобработки осадка, направленной на качество получаемой по предлагаемому способу титансодержащей пигментной композиции.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе переработки сфенового концентрата, включающем вскрытие его серной кислотой с получением сульфатного спека, термическую обработку последнего в воде, отделение осадка, его солеобработку и прокаливание с получением титансодержащей пигментной композиции, вскрытие концентрата проводят в присутствии сульфата аммония с расходом последнего 0.2-0.5% к массе концентрата, термическую обработку полученного спека ведут со скоростью нагревания до кипения 10-20oC/ч, а солеобработку проводят модифицирующей суспензией, полученной из жидкой фазы после термообработки, путем добавления в нее сначала апатита, а затем нефелина до остаточного содержания в смеси P2O5 1-4 мас.%.

Способ осуществляется следующим образом. Сфеновый концентрат загружают в серную кислоту с концентрацией 850 г/л H2SO4 и добавляют кристаллический сульфат аммония из расчета 0.2-0.5% к весу концентрата, нагревают смесь до 80-90oC, а через 2 ч добавляют нагретую до 80oC концентрированную серную кислоту из расчета достижения следующих параметров: Т:Vж= 1 : 2.4, C H2SO4 - 1240 г/л (75%-ная H2SO4). Температура поднимается до кипения (183-185oC) и смесь с перемешиванием выдерживают 8 ч, затем ее охлаждают, осадок (сульфатный спек) вначале репульпируют в растворе серной кислоты с концентрацией 500 г/л H2SO4, а после последующей фильтрации загружают его в обезжелезенную воду. Полученную при этом суспензию подвергают термической обработке. Для этого суспензию нагревают до кипения (103-105oC) со скоростью подъема температуры 10-20oC/ч, поддерживая при этом концентрацию серной кислоты в жидкой фазе суспензии на уровне 300 г/л H2SO4 (постепенная добавка воды). При кипении перемешивание осуществляют до остаточного содержания TiO2 в жидкой фазе 2-3 г/л. Осадок, полученный при этом и содержащий гидроксид титана, нанесенный на поверхность активных носителей (CaSO4 + SiO2), отделяют от жидкой фазы, промывают его водой и подвергают солеобработке в присутствии модифицирующей суспензии. Последнюю готовят из жидкой фазы после термообработки. В нее добавляют апатит, перемешивают при 80-90oC 4 ч, разбавляют суспензию водой до содержания фосфора в жидкой фазе 11% по P2O5, фильтруют с отделением осадка сульфата кальция, а в фильтрат добавляют нефелин до остаточного содержания P2O5 1-4%. Полученную таким образом модифицированную суспензию вводят на солеобработку в количестве, соответствующем достижению pH суспензии после солеобработки 4.5. Осадок после солеобработки прокаливают при 850oC с получением титансодержащей пигментной композиции. Сквозное извлечение TiO2 в конечном продукте 95%, содержание ВРС - 1-2%, разбеливающая способность - 400-500 усл.ед., содержание TiO2 - 28-30%.

Проведение вскрытия при расходе сульфата аммония < 0.2% к массе концентрата приводит к увеличению продолжительности процесса вскрытия и снижению извлечения титана(IV) в сульфатный спек; при расходе > 0.5% эффект инициирования на степень извлечения титана в спек не сказывается. Увеличение скорости нагревания до кипения > 20oC/ч приводит к снижению извлечения титана из сульфатного спека, понижению содержания TiO2 в конечном продукте и ухудшению качества продукта, нагревание со скоростью < 10oC/ч не сказывается на качестве конечного продукта, но увеличивает продолжительность процесса в целом. При приготовлении модифицирующей суспензии проведение процесса взаимодействия фосфорнокислого раствора с нефелином до остаточного содержания P2O5 < 1% приводит к снижению стабильности получаемой модифицирующей суспензии и затрудняет ее целевое использование, при P2O5 > 4% снижается эффективность модифицирования и ухудшается качество конечного продукта.

Пример 1. Берут 1 кг сфенового концентрата, добавляют 1300 мл раствора серной кислоты (C H2SO4 - 850 г/л) и 30 г (0.3%) сульфата аммония, нагревают смесь до 80-90oC и через 2 ч вводят нагретую до 80oC концентрированную 92.5%-ную H2SO4 (75%-ная H2SO4), Т: Vж при этом составляет примерно 1:2.4. Температура поднимается до кипения (183-185oC) и смесь при перемешивании выдерживают 8 ч. Затем реакционную массу охлаждают до 30-40oC и фильтруют под вакуумом. Осадок (сульфатный спек) репульпируют вначале в 1500 мл раствора серной кислоты (500 г/л H2SO4), а после фильтрации полученной пульпы загружают его в обезжелезенную воду (1000 мл). Полученную при этом суспензию подвергают термообработке. Для этого ее нагревают со скоростью 15oC/ч до температуры кипения (103-105oC), поддерживая концентрацию серной кислоты в жидкой фазе суспензии на уровне 300 г/л H2SO4 (постепенная добавка воды). При кипении перемешивание осуществляют до остаточного содержания TiO2 в жидкой фазе 2-3 г/л TiO2. Осадок, полученный при этом и содержащий гидроксид титана, нанесенный на поверхность активных носителей (CaSO4 + SiO2), отделяют от жидкой фазы, промывают водой и подвергают солеобработке в присутствии модифицирующей суспензии, содержащей 1% P2O5. Солеобработку проводят при расходе модифицирующей суспензии из расчета, соответствующего достижению pH 4.5. Затем смесь фильтруют и прокаливают при 850oC с получением титансодержащей пигментной композиции, содержащей 29.4% TiO2. Извлечение TiO2 из сфена составляет 95%, содержание ВРС - 0.98%, разбеливающая способность - 450 усл.ед.

Пример 2. Берут 1 кг сфенового концентрата, добавляют 1300 мл раствора серной кислоты (C H2SO4 - 850 г/л) и 50 г (0.5%) сульфата аммония, нагревают смесь до 80-90oC и через 2 ч вводят нагретую до 80oC концентрированную 92.5%-ную H2SO4 (75%-ная H2SO4), Т: Vж при этом составляет примерно 1: 2.4. Температура поднимается до кипения (183-185oC) и смесь при перемешивании выдерживают 8 ч. Затем реакционную массу охлаждают до 30-40oC и фильтруют под вакуумом. Осадок (сульфатный спек) репульпируют вначале в 1500 мл раствора серной кислоты (500 г/л H2SO4), а после фильтрации полученной пульпы загружают его в обезжелезенную воду (1000 мл). Полученную при этом суспензию подвергают термообработке. Для этого ее нагревают со скоростью 20oC/ч до температуры кипения (103-105oC), поддерживая концентрацию серной кислоты в жидкой фазе суспензии на уровне 300 г/л H2SO4 (постепенная добавка воды). При кипении перемешивание осуществляют до остаточного содержания TiO2 в жидкой фазе 2-3 г/л TiO2. Осадок, полученный при этом и содержащий гидроксид титана, нанесенный на поверхность активных носителей (CaSO4 + SiO2), отделяют от жидкой фазы, промывают водой и подвергают солеобработке в присутствии модифицирующей суспензии, содержащей P2O5 4%. Солеобработку проводят при расходе модифицирующей суспензии из расчета, соответствующего достижению pH 4.5. Затем проводят фильтрацию и модифицированный осадок прокаливают при 850oC с получением титансодержащей пигментной композиции, содержащей 30% TiO2. Извлечение TiO2 из сфена 95%, содержание ВРС - 0.94%, разбеливающая способность - 400 усл.ед.

Пример 3. Берут 1 кг сфенового концентрата, добавляют 1300 мл раствора серной кислоты с концентрацией 850 г/л H2SO4 и 20 г (0.2% к весу сфена) сульфата аммония, нагревают смесь до 80-90oC, через 2 ч вводят нагретую до 80oC концентрированную 92.5%-ную H2SO4 в количестве, необходимом для достижения концентрации 1240 г/л H2SO4 (75%-ная H2SO4), Т: Vж при этом равно примерно 1: 2.4. Температура поднимается до кипения (183-185oC) и смесь при перемешивании выдерживают 8 ч. Затем реакционную массу охлаждают до 30-40oC и фильтруют под вакуумом. Осадок (сульфатный спек) распульповывают вначале в 1500 мл раствора серной кислоты (500 г/л H2SO4), а после последующей фильтрации загружают его в обезжелезенную воду (1000 мл). Полученную при этом суспензию подвергают термообработке. Для этого нагревают ее со скоростью 10oC/ч до температуры кипения, поддерживая концентрацию серной кислоты в жидкой фазе суспензии на уровне 300 г/л H2SO4 (постепенная добавка воды). При кипении перемешивание осуществляют до остаточного содержания TiO2 в жидкой фазе 2-3 г/л. Осадок, полученный при этом и содержащий гидроксид титана, нанесенный на поверхность активных носителей (CaSO4+ SiO2), отделяют из жидкой фазы, промывают его водой и подвергают солеобработке в присутствии модифицирующей суспензии. Последнюю готовят из жидкой фазы, полученной после термообработки (V= 850 мл). Для этого в нее добавляют при нагревании (80oC) 280 г апатита, перемешивают смесь 4 ч, разбавляют водой до 1270 мл (P2O5 ~ 11%), отделяют кальциевый осадок, а в фосфорнокислый фильтрат постепенно вводят нефелин до остаточной концентрации P2O5 в смеси 2.5%. Полученную смесь используют в качестве модифицирующей суспензии на операции солеобработки, расход суспензии берется из расчета достижения pH 4.5. Модифицированный осадок прокаливают при 850oC с получением титансодержащей пигментной композиции, содержащей 28% TiO2. Извлечение TiO2 из сфена составляет 92%, содержание ВРС - 2.0%, разбеливающая способность - 4 усл.ед.

Приведенные примеры показывают, что предлагаемый способ, по сравнению с прототипом, позволяет сократить продолжительность процесса вскрытия в 2 раза, повысить извлечение TiO2 из сфена на 20% и получить высококачественную пигментную композицию, которая имеет широкие перспективы использования в различных ЛКМ, включая атмосферостойкие краски и грунтовки на органической и водных основах.

Формула изобретения

Способ переработки сфенового концентрата, включающий вскрытие его серной кислотой с получением сульфатного спека, термическую обработку последнего в воде, отделение осадка, его солеобработку, отличающийся тем, что вскрытие концентрата проводят в присутствии сульфата аммония с расходом последнего 0,2 - 0,5% к массе концентрата, термическую обработку полученного спека ведут со скоростью нагревания до кипения 10 - 20oC/ч, а солеобработку проводят модифицирующей суспензией, полученной из жидкой фазы после термообработки, путем добавления в нее сначала апатита, а затем нефелина до остаточного содержания в смеси Р2О5 1 - 4 мас.%.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к способам обработки неорганических материалов с целью усиления их пигментирующих свойств, в частности к способам обработки поверхности пигментного диоксида титана

Изобретение относится к новым частицам диоксида титана, обладающим солнцезащитными свойствами и используемым в косметических составах

Изобретение относится к получению диоксида титана по хлоридной технологии и может быть использовано при получении пигментов для лакокрасочной промышленности, а также в других отраслях промышленности - при производстве бумаги, искусственных волокон и пластмасс

Изобретение относится к пигментам для светоотражающих покрытий класса "солнечные отражатели" и может быть использовано в летательных аппаратах космической техники

Изобретение относится к способу получения композиционного пигментного материала, который может быть использован при получении красок

Изобретение относится к способам получения диоксида титана
Изобретение относится к переработке титансодержащего сырья, продукты которого будут использованы для получения тонкодисперсного титанового и железооксидного пигментов

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при изготовлении красителей для красок, пластин, чернил и бумаги

Изобретение относится к получению пигментного диоксида титана
Изобретение относится к получению диоксида титана парофазным окислением галогенидов

Изобретение относится к новым соединениям титаната натрия, предназначенным для использования в качестве ионита для стронция

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам переработки титансодержащего сырья, и может быть использовано при переработке титансодержащего шлака
Изобретение относится к неорганической химии, в частности к способам получения диоксида титана парофазным окислением галогенидов
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к подготовке сырья для хлорирования

Изобретение относится к новым частицам диоксида титана, обладающим солнцезащитными свойствами и используемым в косметических составах

Изобретение относится к получению диоксида титана по хлоридной технологии и может быть использовано при получении пигментов для лакокрасочной промышленности, а также в других отраслях промышленности - при производстве бумаги, искусственных волокон и пластмасс

Изобретение относится к гидрометаллургической переработке рудных концентратов, а более конкретно к переработке лопаритового концентрата

Изобретение относится к способам получения диоксида титана
Наверх