способ получения рутила из ильменита

Формула изобретения

Способ получения рутила из ильменита, включающий фторирование сырья путем спекания с фторидным агентом, отличающийся тем, что после фторирования продукт измельчают, растворяют в дистиллированной воде и фильтруют, полученный раствор осаждают аммиаком при рН 8÷9, полученный осадок смешивают с хлоридом аммония и прокаливают при 220-270°С в течение 5 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к переработке титансодержащего сырья и может быть использовано для получения рутила из ильменита.

Диоксид титана получают разложением ильменитового концентрата серной кислотой. Сырьем является ильменитовый концентрат, основное соединение которого ильменит FеТiO₃. Пигментный ТiO₂ получают разложением ильменитового концентрата серной кислотой при 180-200°С и переводом Fe и Ti в растворимые соединения [Добровольский И.П. Химия и технология оксидных соединений титана. Свердловск: Уро АН СССР, 1988]. Растворимые соли Fe и Ti разделяют охлаждением до -5°С. Затем гидролизом из раствора выделяют гидротированный диоксид Ti, который прокаливают барабанно-вращающейся печи при 800-1000°С.

К недостаткам способа относятся его высокая себестоимость (для разложения 1 т концентрата необходимо 1,3 т серной кислоты, которую не возвращают в процесс из-за тончайшей взвеси гидроокиси титана), повышенная опасность работы с крепкой кислотой, неэкологичность (при вскрытии концентрата концентрированной серной кислотой наблюдается неуправляемая бурная реакция, сопровождаемая обильным вспениванием, выбросами газа и реакционной массы). Способ многостадийный, незамкнутый.

Крупным недостатком сернокислотного метода являются также высокие требования к чистоте рудного концентрата (содержание TiO₂ не ниже 46 мас.) и неизвлекаемость титана из рутила.

Известен способ разделения железа и титана [Патент РФ № 2144504, опубликован 20.01.2000], в котором титансодержащие концентраты вскрывают плавиковой кислотой. Осаждают железо аммиачным раствором при рН 4-8. Титан остается в растворе. Добавление в фильтрат после осаждения фторидов железа растворимых сульфидов позволяет повысить степень извлечения железа до 99,95%. Основным недостатком данного способа является примесь железа (не менее 0,05 мас.%) в конечном диоксиде титана, что значительно ухудшает качество титанового пигмента.

Известны также твердофазные способы вскрытия и разделения ильменитового концентрата на железистую и титановую фракции, в том числе способ [Патент РФ № 2058408, опубликован 20.04.1996], способ включает в себя фторирование исходного сырья путем спекания с гидродифторидом аммония (NH₄HF₂) в соотношении 95-117 мас.% от стехиометрического, термообработку профторированной массы с последующим разделением продуктов фторирования путем возгонки, пирогидролиз фтороаммонийного комплекса титана с получением диоксида титана. Оставшийся после возгонки титана шлам гидролизуют при 800-840°С с получением «легированного» оксида железа. Недостатком способа является низкая степень выделения титана из исходного сырья. Невозможно использовать для получения пигментных марок.

Известен способ [Патент РФ № 2365647, опубликован 27.08.2009] (способ прототип) включающий фторирование исходного сырья гидродифторидом аммония (NH ₄HF₂) для вскрытия титансодержащего сырья с последующей возгонкой титана, осаждение гидратированного диоксида титана из раствора, содержащего тетрафторид титана и фторид аммония. Под действием перегретого водяного пара остаток переводится в железооксидный пигмент. Недостаток способа при осаждении водных растворов (NH₄)₂TiF₆ сложно получить TiO₂ рутильной формы, использующийся для изготовления пигментов.

Задачей изобретения является разделение ильменитового концентрата на оксид железа (III) и оксид титана (IV) рутильной формы.

Решение задачи осуществляется следующим образом. Ильменитовый концентрат фторируют с использованием фторидов аммония для его вскрытия. Измельченный фторированный продукт растворяют в дистиллированной воде, отделяют фильтрацией нерастворимые примеси. Совместно осаждают аммиачной водой при рН 8-9 гидратированный диоксид титана и гидроксид железа из раствора. Полученный фильтрат, содержащий FeOOH, Ti(OH) ₄, TiO(OH)₂, смешивают с хлоридом аммония, после этого производят прокаливание при температуре 220-270°С в течение 5 часов.

Ильменитовый концентрат фторируют в расплаве фторида аммония (взятом в избытке), при этом протекает реакция:

FеТiO₃+11NH₄F=(NН ₄)₂ТiF₆+(NН₄)₃ FеF₅+6NН₃ +3H₂O

вплоть до 200°С газовую фазу направляют на регенерацию аммиачной воды. В случае гидродифторида аммония протекает реакция:

FеТiO₃+6NH₄ HF₂=(NH₄)₃TiF₇+(NН ₄)₃FеF₅+3H₂O

При хлорировании осажденной смеси протекают следующие реакции:

Fе₂O₃ +10NH₄Cl=2(NH₄)₂FeCl₅ +6NН₃+3Н₂O

FeO+5NH₄ Cl=(NH₄)₃FeCl+2NН₃+Н₂ O

Пример 1: Берем навеску ильменитового концентрата массой 25 г, прибавляем к ней фторид аммония, взятый в избытке, перемешиваем. Фторирование сырья протекает путем спекания со фторирующим агентом при 170-200°С и выдерживается до полного отдымления, получается около 50 г фторированного продукта, содержащего (NH₄)₂TiF₆, (NH₄) ₃FeF₅, NH₄F. Далее измельчаем и растворяем в дистиллированной воде и фильтруем. Осадок представляет собой нерастворимые фториды примесных элементов. Раствор осаждаем аммиачной водой при рН 8÷9. Полученный осадок смешиваем с NH₄ Cl и прокаливаем при 220-270°С в течение 5 часов. Спек растворяем в дистиллированной воде, тем самым выщелачиваем хлориды и хлораммиакаты железа. Суспензию фильтруем, получаем раствор хлоридов железа, хлорида аммония и осадок гидратированного ТiO₂, который прокаливаем при 700°С. Фильтрат осаждаем аммиачной водой при рН 5÷6, тем самым получаем FeOOH, который прокаливаем при 500°С. В результате получается 12 г TiO₂ pyтильной формы (загрязненного Fе₂О₃ около 0,05%) и 2 г оксида железа.

Пример 2: Отличается от примера 1 тем, что вместо NH₄F используем NH ₄HF₂.

Пример 3: Вместо растворения в дистиллированной воде, после смешения с NH₄Cl, увеличиваем температуру до 330-380°С и возгоняем хлориды, хлораммиакаты железа и избыточный хлорид аммония, которые улавливаем, растворяем в дистиллированной воде, осаждаем аммиачной водой при рН 5÷6, тем самым получаем FeOOH, который прокаливаем при 500°С.