Способ переработки сфенового концентрата

 

Изобретение относится к технологии переработки титансодержащего сырья. Разложение сфенового концентрата проводят 30-50%-ной серной кислотой при 70-90^oС в присутствии фтор-иона в количестве 0,25-1 моль/моль титана. Отделяют твердый остаток. Титансодержащий раствор обрабатывают фосфорной кислотой с осаждением продукта в виде фосфата титана. Твердый остаток промывают подкисленной водой при Т: Ж= 1: 1,3-2,6. Образующийся промывной раствор возвращают на стадию разложения концентрата. Фтор-ион вводят в виде плавиковой или кремнефтористоводородной кислоты или их растворимых солей. Раствор, образующийся после осаждения фосфата титана, возвращают на стадию разложения концентрата. Достигаемый результат заключается в повышении технологичности способа за счет снижения температуры процесса на 40-85^oС и концентрации серной кислоты на 15-40% при обеспечении высокой (80-88%) степени извлечения титана в раствор. 2 з. п. ф-лы.

Изобретение относится к технологии переработки титансодержащего сырья, в частности к сернокислотной переработке сфенового концентрата с переводом титана в раствор и получением соединений титана.

Известен способ переработки сфенового концентрата (см. Мотов Д. Л. , Максимова Г. К. Сфен и его химическая переработка на титановые пигменты. - Л. : Наука, 1983. - 88 с. ) путем разложения сфенового концентрата 65-70%-ной серной кислотой при температуре 130-170^oС в течение 2-4 часов, выдерживания продукта сульфатизации в течение 15-20 часов, водного выщелачивания полученного спека с получением титансодержащего раствора, который перерабатывают на пигмент. Потери титана, с учетом содержания его в кальциево-силикатном остатке после выщелачивания спека, составляют 9,6-18,9% и, соответственно, степень извлечения титана в раствор составляет 55-75%.

Недостатками данного способа являются невысокая степень извлечения титана в раствор, высокие температура процесса и концентрация кислоты, длительность процесса.

Известен также способ переработки сфенового концентрата (см. авт. св. СССР 1331828, МПК⁴ С 01 G 23/00, 1987), включающий разложение его 65-70%-ной серной кислотой при температуре 130-155^oС в течение 1-4 часов с переводом титана в раствор, отделение твердого остатка, выделение из раствора при нагревании титанового продукта, который представляет собой титанилсульфат моногидрат. Последний растворяют в воде, раствор подвергают термогидролизу с получением конечного продукта - титанооксидного пигмента. Степень извлечения титана в раствор при разложении сфенового концентрата составляет около 85% с учетом потерь титана в твердом остатке.

Основными недостатками известного способа являются высокая температура процесса и повышенная концентрация используемой кислоты.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи повышения технологичности способа за счет снижения температуры процесса и концентрации серной кислоты при обеспечении высокой степени извлечения титана в раствор.

Поставленная задача решается тем, что в способе переработки сфенового концентрата, включающем разложение его серной кислотой при нагревании с переводом титана в раствор, отделение твердого остатка и выделение из раствора титанового продукта, согласно изобретению разложение проводят 30-50%-ной серной кислотой при температуре 70-90^oС в присутствии фтор-иона в количестве 0,25-1 моль/моль титана, титансодержащий раствор обрабатывают фосфорной кислотой с осаждением продукта в виде фосфата титана, твердый остаток промывают подкисленной водой при Т: Ж= 1: 1,3-2,6, а образующийся промывной раствор возвращают на стадию разложения концентрата.

Поставленная задача решается также тем, что фтор-ион вводят в виде плавиковой или кремнефтористоводородной кислоты или их растворимых солей.

Решение поставленной задачи достигается и тем, что раствор, образующийся после осаждения фосфата титана, возвращают на стадию разложения концентрата.

С увеличением количества фтора, вводимого на разложение сфена, повышается степень перехода титана в раствор, однако его максимальное количество (1 моль/моль титана) ограничивается тем, что фтор может препятствовать дальнейшей переработке раствора на титановые продукты. Минимальное количество фтора, позволяющее проводить разложение сфена при низких температурах и концентрациях кислоты, составляет 0,25 моль F^- на моль ТiO₂ в сфене, т. е. 20 кг фтора на 1 тонну сфена. Фтор вводят как в виде ионов F^-, так и в виде ионов SiF₆ ^-2, что существенно снижает стоимость реагента. Температура 70-90^oС является достаточной для эффективного разложения концентрата. При температуре ниже 70^oС снижается скорость перехода титана в раствор, при температуре выше 90^oС возможен гидролиз титана.

Промывка твердого остатка проводится с целью отмывки от маточника и повышения извлечения титана в раствор. Используемую при разложении кислоту целесообразно разбавлять промывным раствором. Концентрация 30% является минимальной для разложения. В этом случае разбавление проводят раствором от промывки, осуществляемой при Т: Ж= 1: 2,6. Верхний предел концентрации 50% определяется гидродинамическими условиями в реакторе разложения. Разбавление кислоты до 50%-ной концентрации ведут раствором от промывки твердого остатка, проводимой при Т: Ж= 1: 1,3, что достаточно для отмывки основной части маточника.

Можно проводить двухстадийное противоточное разложение концентрата с целью снижения расхода серной кислоты и повышения степени перехода титана в раствор. Хорошая фильтруемость пульпы, а также низкие температура и концентрация кислоты позволяют без затруднений осуществить такой двухстадийный процесс.

Сущность заявляемого способа может быть пояснена следующими примерами.

Пример 1. 200 г размолотого до крупности менее 0,063 мм сфенового концентрата, содержащего 33% диоксида титана, обрабатывают 850 г 30%-ной серной кислоты с добавлением 8 г 40%-ной HF (0,25 моль/моль титана) при температуре 70^oС в течение 8 часов. Пульпу фильтруют с отделением твердого остатка. Титансодержащий раствор объемом 480 мл с содержанием TiO₂ 93,6 г/л обрабатывают 70 г 80%-ной Н₃РO₄ с осаждением фосфата титана. Получают 310 г влажного фосфата титана с содержанием 32,0% основного вещества. Раствор после отделения осадка фосфата титана объемом 290 мл направляют на стадию разложения концентрата. Твердый остаток после разложения промывают 500 мл подкисленной воды (5% H₂SO₄) при Т: Ж= 1: 2,6 и высушивают. Вес остатка - 192 г, содержание TiO₂ - 7,0%. Степень извлечения титана в раствор в пересчете на содержание ТiO₂ в остатке составляет 80%. Промывной раствор объемом 520 мл с содержанием ТiO₂ 10,7 г/л направляют на стадию разложения концентрата.

Пример 2. 200 г размолотого до крупности менее 0,063 мм сфенового концентрата, содержащего 33% диоксида титана, обрабатывают раствором 30%-ной серной кислоты, образованным смешением 250 г 95%-ной серной кислоты и 520 мл промывного раствора по примеру 1, с добавлением 45 г 46% H₂SiF₆ (1,0 моль/моль титана) при температуре 90^oС в течение 4 часов. Пульпу фильтруют с отделением твердого остатка. Титансодержащий раствор объемом 440 мл с содержанием ТiO₂ 108,6 г/л обрабатывают 72 г 80%-ной Н₃Р0₄ с осаждением фосфата титана. Получают 390 г влажного фосфата титана с содержанием 27,1% основного вещества. Раствор после отделения осадка фосфата титана объемом 260 мл направляют на стадию разложения концентрата. Твердый остаток после разложения промывают 250 мл подкисленной воды (5% H₂SO₄) при Т: Ж= 1: 1,3 и высушивают. Вес остатка - 195 г, содержание ТiO₂ - 5,3%. Степень извлечения титана в раствор в пересчете на содержание ТiO₂ в остатке составляет 85,2%. Промывной раствор объемом 250 мл с содержанием ТiO₂ 18,7 г/л направляют на стадию разложения концентрата.

Пример 3. 200 г размолотого до крупности менее 0,063 мм сфенового концентрата, содержащего 33% диоксида титана, обрабатывают раствором 30%-ной серной кислоты, образованным смешением 200 г 95%-ной серной кислоты, 32 г 40%-ной HF (1,0 моль/моль), 250 мл промывного раствора по примеру 2 и 250 мл раствора после отделения осадка фосфата титана по примеру 1 при температуре 90^oС в течение 4 часов. Пульпу фильтруют с отделением твердого остатка. Титансодержащий раствор объемом 340 мл с содержанием TiO₂ 118,6 г/л обрабатывают 60 г 80%-ной Н₃РO₄ с осаждением фосфата титана. Получают 202 г влажного фосфата титана с содержанием 43,5% основного вещества. Раствор после отделения осадка фосфата титана объемом 180 мл направляют на стадию разложения концентрата. Твердый остаток после разложения промывают 500 мл подкисленной воды (5% H₂SO₄) при Т: Ж= 1: 2,6 и высушивают. Вес остатка - 191 г, содержание TiO₂ - 3,8%. Степень извлечения титана в раствор в пересчете на содержание ТiO₃ в остатке составляет 88%. Промывной раствор объемом 510 мл с содержанием ТiO₂ 27,6 г/л направляют на стадию разложения концентрата.

Пример 4. 200 г размолотого до крупности менее 0,063 мм сфенового концентрата, содержащего 33% диоксида титана, обрабатывают раствором 30%-ной серной кислоты, образованным смешением 250 г 95%-ной серной кислоты, 510 мл промывного раствора по примеру 3, с добавлением 10 г соли NH₄F•HF (0,5 моль/моль титана) при температуре 90^oС в течение 4 часов. Пульпу фильтруют с отделением твердого остатка. Титансодержащий раствор объемом 446 мл с содержанием ТiO₂ 116,56 г/л обрабатывают 78 г 80%-ной Н₃РO₄ с осаждением фосфата титана. Получают 400 г влажного фосфата титана с содержанием 28,5% основного вещества. Раствор после отделения осадка фосфата титана объемом 190 мл направляют на стадию разложения концентрата. Твердый остаток после разложения промывают 250 мл подкисленной воды (5% H₂SO₄) при Т: Ж= 1: 1,3 и высушивают. Вес остатка - 193,1 г, содержание ТiO₂ - 4,7%. Степень извлечения титана в раствор в пересчете на содержание ТiO₂ в остатке составляет 87,2%. Промывной раствор объемом 260 мл с содержанием ТiO₂ 27,6 г/л направляют на стадию разложения концентрата.

Пример 5. 200 г размолотого до крупности менее 0,063 мм сфенового концентрата, содержащего 33% диоксида титана, обрабатывают раствором 50%-ной серной кислоты, образованным смешением 300 г 95%-ной серной кислоты, 260 мл промывного раствора по примеру 4, с добавлением 12,5 г кремнефторида аммония (NH₄)₂SiF₆ (0,5 моль/моль титана) при температуре 70^oС в течение 6 часов. Пульпу разбавляют 200 мл воды, затем фильтруют с отделением твердого остатка. Титансодержащий раствор объемом 438 мл с содержанием ТiO₂ 114 г/л обрабатывают 75 г 80%-ной Н₃РO₄ с осаждением фосфата титана. Получают 350 г влажного фосфата титана с содержанием 31% основного вещества. Раствор после отделения осадка фосфата титана объемом 200 мл направляют на стадию разложения концентрата. Твердый остаток после разложения промывают 500 мл подкисленной воды (5% H₂SO₄) при Т: Ж= 1: 2,6 и высушивают. Вес остатка - 190г, содержание ТiO₂ - 4,9%. Степень извлечения титана в раствор в пересчете на содержание ТiO₂ в остатке составляет 86%. Промывной раствор объемом 480 мл с содержанием ТiO₂ 18 г/л направляют на стадию разложения концентрата.

Таким образом, из приведенных примеров следует, что предлагаемый способ является более технологичным по сравнению с прототипом за счет снижения температуры процесса на 40-85^oС и концентрации серной кислоты на 15-40% при обеспечении высокой (80-88%) степени извлечения титана в раствор.

Формула изобретения

1. Способ переработки сфенового концентрата, включающий разложение его серной кислотой при нагревании с переводом титана в раствор, отделение твердого остатка и выделение из раствора титанового продукта, отличающийся тем, что разложение проводят 30-50%-ной серной кислотой при 70-90^oС в присутствии фтор-иона в количестве 0,25-1 моль/моль титана, титансодержащий раствор обрабатывают фосфорной кислотой с осаждением продукта в виде фосфата титана, твердый остаток промывают подкисленной водой при Т: Ж= 1: 1,3-2,6, а образующийся промывной раствор возвращают на стадию разложения концентрата.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фтор-ион вводят в виде плавиковой или кремнефтористоводородной кислоты или их растворимых солей.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что раствор, образующийся после осаждения фосфата титана, возвращают на стадию разложения концентрата.