Способ получения треххлористого титана

Авторы патента:

Кручинина Наталия Евгеньевна (RU)

Визен Наталья Сергеевна (RU)

Чернышев Павел Иванович (RU)

Кузин Евгений Николаевич (RU)

C01G23/026 - Соединения титана

C01G23/02 - галогениды

C01B9/02 - хлориды

Владельцы патента RU 2711226:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) (RU)

Изобретение относится к получению треххлористого титана, используемого в качестве компонента активного покрытия анодов, катализатора в органическом синтезе, а также в процессах очистки воды. Для получения треххлористого титана проводят восстановление тетрахлорида титана металлом при нагревании. Процесс восстановления ведут анодным растворением металлического электрода в водном растворе тетрахлорида титана с концентрацией 1-60 мас. % при напряжении 2-10 вольт в течение 5-180 минут. В качестве металла используют алюминий, или титан, или железо. Обеспечивается снижение энергозатрат, упрощение технологии при повышении экологической и производственной безопасности. 6 пр.

Известны способы получения треххлористого титана, включающие взаимодействие металлического титана с водным раствором соляной кислоты концентрацией при нагревании [Пат. РФ 2316475 02.02.2008; JP 080208227, опубл. 13.08.1996].

Недостатками известных способов являются технологические затруднения ведения процесса, сложность и дороговизна аппаратурного оформления, дорогостоящее сырье.

Известны способы получения хлоридов титана (II и III) (ст. Низшие хлориды титана, их свойства, получение и применение (обзор литературы и патентов). - В.Г. Гопиенко, Г.Н. Гопиенко. - Ж. Цветная металлургия. - 1964. - №4, стр. 26-29; ст. Разработка технологии получения и очистки титансодержащих расплавов с применением механического перемешивания. - Р.А. Сандлер, А.И. Гулякин, Д.С. Абрамов, Е.Н. Пинаев, Э.И. Яскеляйнен, Л.М. Бердникова, Г.С. Лукашенко, Б.А. Карпов. - Труды ВАМИ Производство магния и титана, №83, Ленинград, 1972, стр. 94-98; ст. Разработка технологических основ процесса получения низших хлоридов титана. - С.В. Александровский, Л.М. Бердникова, А.И. Гулякин, Е.Н. Пинаев, Д.С. Абрамов. - Ж. Цветная металлургия, №12, 1977, - стр. 29-31; Пат РФ №: 2370445 от 20.10.2009), включающий подачу в герметичный реактор расплава хлоридов металлов, металлического титана (отход) и подачу тетрахлорида титана в реактор. Процесс ведут в инертной атмосфере хлориды титана извлекают из реактора отстаиванием или фильтрованием.

Недостатком данных способов является высокая стоимость сырья, сложность аппаратурной схемы, высокие энергетические затраты (расплав

солей) и значительные количества трудноутилизируемого остатка (сброс в отвал).

Известны способы получения катализатора на основе треххлористого титана (Патент СССР 504496, кл. C08F 10/14, 1972; Патент США 4235745, кл. C08F 4/64, 1980; Патент США 4199474, кл. C08F 4/64, 1980; Патент РФ 2053841, кл. B01J 37/00, 1993), включающие восстановление тетрахлорида титана органическими соединениями.

Недостатками данных способов являются: большая длительность процесса синтеза; низкая стабильность катализатора при его хранении (температура хранения), высокая стоимость исходных реагентов.

Наиболее близким по технической сущности (прототип) и достигаемому результату является способ получения треххлористого титана, включающий обработку концентрированного тетрахлорида титана металлом (алюминий, магний, титан) при температуре от 200 до 900°С (Лучинский Г.П. Химия титана. - М.: Издательство "Химия", 1971. - 471 с.):

Недостатками данного способа являются сложное аппаратурное оформление процесса и высокие энергозатраты на нагрев реакционной смеси. Помимо этого концентрированный тетрахлорид титана не реагирует с металлическим железом даже при температуре каления.

Существенным недостатком прототипа является работа с концентрированным безводным тетрахлоридом титана, который при контакте с воздухом гидролизируются с образованием паров соляной кислоты (белый дым). Образование летучих ядовитых паров, обладающих высокой коррозионной активностью требует применения герметичных реакторов, а также дополнительных мер безопасности персонала.

Задачей данного изобретения является разработка технологии получения треххлористого титана со сниженными энергозатратами, упрощенной аппаратурной схемой и повышенной экологической и производственной безопасностью, который может быть использован в процессах очистки сточных вод.

Поставленная задача решается способом получения треххлористого титана, включающим восстановление тетрахлорида титана металлом, при котором процесс восстановления ведут анодным растворением металлического электрода, в водном растворе тетрахлорида титана с концентрацией 1-60 масс. %., при этом в качестве металла используют алюминий или титан или железо и процесс анодного растворения ведут при напряжении 2-10 вольт в течение 5-180 минут.

К основным достоинствам предлагаемого способа следует отнести снижение энергозатрат (за счет отсутствия нагрева реакционной смеси до высоких температур), а также значительное упрощение аппаратурной схемы процесса, за счет отказа от герметичных сосудов, работающих под высоким давлением и при высокой температуре. Помимо этого становится возможным использование металлических отходов процессов сжигания твердых бытовых отходов. Водные растворы тетрахлорида титана подвержены гидролизу в меньшей степени, а количество выделяемых паров соляной кислоты снижается в 100 и более раз.

Сущность предлагаемого способа и достигаемые результаты более наглядно могут быть проиллюстрированы следующими примерами

Содержание треххлористого титана определяют по данным титрования полученного раствора сульфатом аммония-железа в присутствии индикатора роданида или метиленовой сини (Лучинский Г.П. Химия титана. - М.: Издательство "Химия", 1971. - 471 с; стр. 397)

ПРИМЕР №1

В водный раствор тетрахлорида титана (3 масс. %) массой 250 грамм, погружают железные (Сталь 3) электроды и проводят анодное растворение металла при напряжении 2 В. Реакционную смесь постоянно перешивают в течение 180 минут. Содержание треххлористого титана в полученном растворе 0,025%. Содержание хлорида железа 0,078%. Реагент может быть использован в процессах очистки сточных вод от соединений хрома.

В промывные сточные воды процесса нанесения гальванических покрытий объемом 1 литр и содержанием соединений хрома (VI) - 2,2 мг/л вводят 1,5 мл полученного раствора. Эффективность удаления соединений хрома (VI)составляет 99,9%.

ПРИМЕР №2

В водный раствор тетрахлорида титана (60 масс. %) массой 100 грамм, погружают титановые (ВТ 1-0) электроды и проводят анодное растворение металла при напряжении 10 В. Реакционную смесь постоянно перешивают в течение 90 минут. Содержание треххлористого титана в полученном растворе 48,8%. Содержание примесей других металлов в полученном реагенте не превышает 0,1% (х.ч.). Реагент пригоден для применения в качестве катализатора в органическом синтезе, а также в аналитических целях.

ПРИМЕР №3

В водный раствор тетрахлорида титана (1 масс. %) массой 500 грамм, погружают железные электроды и проводят анодное растворение металла при напряжении 3 В. Реакционную смесь постоянно перешивают в течение 180 минут. Содержание треххлористого титана в полученном растворе 0,008

%. Содержание хлорида железа 1,01%. Реагент может быть использован в процессах очистки сточных вод от соединений хрома.

В промывные сточные воды процесса нанесения гальванических покрытий объемом 1 литр и содержанием соединений хрома (VI) - 0,9 мг/л вводят 1,1 мл полученного раствора. Эффективность удаления соединений хрома (VI) составляет 99,85%.

ПРИМЕР №4

В водный раствор тетрахлорида титана (25 масс. %) массой 150 грамм, погружают алюминиевые электроды и проводят анодное растворение металла при напряжении 4 В. Реакционную смесь постоянно перешивают в течение 120 минут. Содержание треххлористого титана в полученном растворе 20,3%. Содержание хлорида алюминия 12,1%.

В промывные сточные воды процесса нанесения гальванических покрытий объемом 1 литр и содержанием соединений хрома (VI) - 5,4 мг/л вводят 0,25 мл полученного раствора. Эффективность удаления соединений хрома (VI) составляет 99,9%.

ПРИМЕР №5

В водный раствор тетрахлорида титана (15 масс. %) массой 150 грамм, погружают алюминиевые гранулы, разменные в полимерной сетке (анод) размешенные и проводят анодное растворение металла при напряжении 2 В. Реакционную смесь постоянно перешивают в течение 5 минут. Содержание треххлористого титана в полученном растворе 1,3%. Содержание хлорида алюминия 0,6%.

В промывные сточные воды процесса нанесения гальванических покрытий объемом 1 литр и содержанием соединений хрома (VI) - 3,2 мг/л вводят 0,8 мл полученного раствора. Эффективность удаления соединений хрома (VI)составляет 99,9%.

ПРИМЕР №6

В водный раствор тетрахлорида титана (40 масс. %) массой 150 грамм, погружают алюминиевую проволоку (анод) и проводят анодное растворение металла при напряжении 6 В. Реакционную смесь постоянно перешивают в течение 45 минут. Содержание треххлористого титана в полученном растворе 28,3%. Содержание хлорида алюминия 17,1%.

Как видно из примеров технический результат от вышеперечисленного снижение температуры проведения процесса, упрощение аппаратурной схемы (отказ от высоких температур и сосудов, работающих под давлением), а также повышение экологической и производственной безопасности, за счет использования разбавленных растворов. При использовании предлагаемого изобретения возможно получение широкой линейки реагентов для процессов органического синтеза и процессов очистки сточных вод различного происхождения (в т.ч. гальваники).

Помимо этого была установлена возможность использования железа для восстановления тетрахлорида титана, что также отличает предполагаемый способ от прототипа.

Способ получения треххлористого титана, включающий восстановление тетрахлорида титана металлом, отличающийся тем, что процесс восстановления ведут анодным растворением металлического электрода в водном растворе тетрахлорида титана с концентрацией 1-60 мас. %, в качестве металла используют алюминий, или титан, или железо, а процесс анодного растворения ведут при напряжении 2-10 вольт в течение 5-180 минут.

Изобретение относится к неорганической химии и может быть использовано в бумажной, лакокрасочной, пищевой и строительной промышленности. Для переработки гидролизной серной кислоты осуществляют экстракцию из нее скандия на экстрагенте, состоящем из смеси Ди2ЭГФК и ТБФ.

Способ синтеза оксида титана // 2709093

Изобретение может быть использовано при получении пигментного оксида титана для пищевой и косметической промышленности. Способ синтеза оксида титана с фазовой модификацией анатаз включает приготовление водного раствора хлорида титанила и гидролиз указанного раствора при добавлении аммиака с образованием осадка.

Способ получения нанопорошка карбида титана // 2707596

Изобретение относится к неорганической химии и нанотехнологии и может быть использовано для получения износостойких абразивных материалов, высокотемпературных керамических материалов и покрытий, высокопрочных композиционных материалов.

Способ получения треххлористого титана // 2707362

Способ получения композиционного материала на основе al2o3 -ticn // 2707216

Изобретение относится к производству композиционного материала на основе Al2O3-TiCN и может быть использовано в инструментальной промышленности при производстве сменных многогранных режущих пластин.

Способ получения керамики на основе титаната бария // 2706275

Изобретение относится к области технологии получения керамики для изготовления диэлектриков конденсаторов, в т.ч. многослойных.

Способ получения диоксида титана спецмарок и особой чистоты с регулируемой удельной поверхностью // 2693177

Изобретение относится к химической промышленности. В холодный водный раствор тетрахлорида титана с концентрацией 25-30 мас.% вводят 30-100 л титановых зародышей.

Диоксид титана с интеркалированным литием, полученные из него частицы титаната лития, и соответствующие способы // 2691086

Изобретение может быть использовано в производстве анодов для литий-ионных аккумуляторов. Способ приготовления литийсодержащих частиц, подходящих для использования в электроде аккумулятора, включает формирование смеси, содержащей частицы прекурсора диоксида титана и водный раствор соединения лития.

Способ получения порошка на основе карбида титана // 2687423

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Способ получения порошка на основе карбида титана включает генерацию дугового разряда постоянного тока в газообразной среде между цилиндрическими графитовыми анодом и катодом.

Устройство для получения порошка на основе карбида титана // 2686897

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Устройство для получения порошка на основе карбида титана содержит цилиндрические анод и катод, выполненные из графита.

Способ получения треххлористого титана // 2707362

Способ получения тетрахлорида титана // 2663742

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения тетрахлорида титана включает процесс хлорирования, в котором титансодержащее сырье приводят в реакцию с коксом и хлором и получают тетрахлорид титана.

Способ получения тетрахлорида титана // 2663742

Способ обработки титансодержащего сырья // 2660029

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ обработки титансодержащего сырья включает получение тетрахлорида титана с использованием высокотитанового сырья и кокса.

Способ обработки титансодержащего сырья // 2660029

Способ очистки промышленных и сточных вод от соединений хрома // 2658032

Изобретение может быть использовано для очистки сточных вод процессов нанесения гальванических покрытий. Для осуществления способа сточные воды, содержащие соединения хрома(VI), обрабатывают соединениями титана(II или III) в количестве 100-200% от стехиометрического при интенсивном перемешивании с последующей корректировкой рН среды до значений 8,5-9,0, осаждением хлопьев гидроксида хрома(III) и фильтрацией.

Повторная переработка материалов диборида титана // 2629299

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ переработки диборидтитанового материала включает хлорирование диборидтитанового материала газообразным хлором с получением титансодержащего продукта и борсодержащего продукта.

Титансодержащая шихта для получения тетрахлорида титана и способ ее приготовления // 2619427

Группа изобретений относится к металлургии титана. Титансодержащая шихта для получения тетрахлорида титана содержит титановый шлак, углеродсодержащий материал, хлорид натрия, измельченную формованную смесь из угольных отходов, полученных с фильтров по очистке газов при сушке и транспортировке углеродсодержащего материала, пылевых отходов, полученных с фильтров тонкой очистки газов производства титанового шлака, и связующего.

Способ переработки титанового лома // 2588976

Изобретение относится к способу переработки титанового лома. Способ заключается в том, что в нагретый до температуры от 673 до 773 К реактор помещают титановый лом на кварцевой лодочке, подкладывая под него углеродное волокно.

Способ очистки смеси тетрахлоридов циркония и гафния от примесей // 2689744

Изобретение может быть использовано в качестве первой стадии очистки от примесей смеси тетрахлоридов циркония и гафния перед последующим разделением и получением чистых индивидуальных продуктов.