Способ получения железо-титановыхпигментов

Способ получения железо-титановыхпигментов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскмх

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ВТКЛЬСТВУ (61) Дополнительное и авт. свмд-ву(22) 3еявлено 27 .03 . 79 (21) 274 3997/23-26 с ттрмсоединеммем заявки М— (51)М. Кл.

С 09 С 1/22

Государственный комитет

СССР пе дмам изобретений н открытий (23) Г1рморитет—

Опубликовано 070281. Ьюллетеиь Н9 5 (53) УДК 667.622.. 117. 118. 2 (088.8) Дата опубликования опмсеимв 07. 02, 81

Г .Л, Звягинцев, Э .A . Карпович, И .П . Воробьева, В .A . Зотова, A .Е . Золотарев и И .A . Гелета (72) Авторы изобретения

Сумский филиал Харьковского ордена Ленина поЧитехнического института им. В.И. Ленина г

I (7> ) заявитель (541 СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗО-ТИТАНОВЫХ ПИГМЕНТОВ

Изобретение относится к технологии получения железотитановых пигментов, используемых в производстве лаков и красок, для окрашивания пластмасс, керамики и бумажной массы .

Известен способ получения пигментов на основе гидротированной окиси трехвалентного железа, содержащих также в своем составе органический 10 или минеральный наполнитель, например, двуокись титана .

Данный способ заключается в суспендировании двуокиси титана в водном растворе сульфата двухвалентного железа, содержащем металлическое железо, с окислением последнего кислородом воздуха при 50-95 С и мепрерыво нсм перемешивании с последующим осаждением образовавшейся гидроокиси трехвалентного железа на двуокиси титана @ и термической обработкой железо-титанового осадка (1 ).

Недостатком этого способа являетнеобходимость использования MBTOB лического железа и, кроме того, для получения качественного пигмента необходимо использовать наполнитель с высокой степенью дисперсности, что усложняет в целом процесс получения пигмента .

Иэвестен также способ получения железо-титановых термостойкнх пигментов, заключающийся в обработке материала на основе двуокиси титана, например, суспензии мелкодисперсной двуокиси титана и/или его гидроокиси водным раствором сульфата двухвалеитного железа, с последующим отделением из полученной суспензии осадка, прокаливанием его при 600-110 С и размолом прокаленного продукта (2 ).

Использование по данному способу в качестве одного из компонентов сырьевой смеси дорогостоящей двуокиси титана, полученной по сложной технологии, удорожает процесс. Применение же гндрата двуокиси титана увеличи-. вает общую продолжительность получения пигментов и способствует образованию плохо фильтруемого осадка пигмента .

По данному способу получают пигменты преимущественно желто-коричневой ra .

Цель данного изобретения — удешевление железотитановых пигментов при сохранении их цветовой гамыа.

Поставленная цель достигается описЫваеьым способом попучения железо802338

О, 4-1,0

10-19

Температуру обрабатывающего водного раствора смеси сульфатов двух— и трехвалентного железа поддерживают в интервале 35-55 С .

В результате контактирования отходящих промышленных газов с водным раствором смеси сульфатов трех- и . титановых пигментов путем обработки материала на основе двуокиси титана, представляющего собой отходящие газы производства двуокиси титана по сернокислотному способу, водным раствором смеси сульфатов двух- и трехвалентного железа при весовом их соотношении 2-8:1-3, при 50-85 и рН

4,5-6 с последующим отделением из полученной суспензии осадка, прокали— ванием его при 60Я-,,1100ОC и размолом прокаленного продукта .

Отличие способа состоит в том, что в качестве материала на основе двуокиси титана используют вьыеописанные отходящие газы, а обработку.их ведут водным раствором смеси указанных 1S сульфатов .железа.

При этом укаэанную смесь сульфатов двух- и трехвалентного железа берут при описанном вьпае весовом соотношении . 26

А указанный процесс обработки по данному способу проводят при 50-85 С о при рН 4,5-6.

Получение железо-титановой суспензии путем обработки отходов промышленных газов производства двуокиси

S титайа по сульфатному способу водным раствором смеси сульфатов трех- и двухвалентного железа позволяет отказаться от специального приготовления для этой цели мелкодисперсной двуокиси титана и окиси и/или гидроокисей двух и трехвалентного железа, поскольку согласно заявляемому способу используются побочные продукты производства двуокиси титана по суль- З5 фатному crîñîáó .

Мелкодисперсная двуокись титана . улавливается из отходящих промышленных газов сульфатом трехвалентного железа, получаемым при поглощении сер-gg нистого ангидрида в присутствии кислорода, содержащимся в указанных отходящих газах, сульфатом двухвалентного железа. Последний, в свою очередь, образуется в качестве побочного продукта на стадиях выщелачивания титансодержащего плава и отмывки метатитановой кислоты .

Поддержание в обрабатывающем водном растворе смеси сульфатом железа весового соотношения сульфата трехвалентного железа к сульфату двухвалентного железа равного 8:9-2:1 и осуществление процесса при температуре 50-85 С и рН реакционной среды

4,5-6 обеспечивают максимальное из- 55 влечение окислов серы.из отходящих промышленных газов и интенсивное протекание окислительно-восстановитель— ных реакций в сторону образования сульФата.трехвалентного железа по суммарной реакции:

Технология предполагаемого изобретения заключается в следующем.

В реакционной камере производят контактирование отходящих промышпенных газов производства двуокиси титана по сульфатнсму методу с водными растворами смеси сульфатов трех- и двухвалентного железа.

Отходящие проыашленные газы представляют собой побочный продукт, образующийся, например, на стадии прокаливания метатитановой кислоты и содержит:

Мелкодисперсную пыль гидратированной и дегидратированной двуокиси титана, ТI02 г/нм 4,3-5,2

Сернистый ангидрид, S0 г/нм 1,0-3,0

Сернистый ангидрид, S0 г/нм

Кислород, объем Ъ

Двуокись углерода, C0, объем Ъ 5, 0-8, 0

Азот, объем В Остальное.

Перед подачей в реакционную камеру указанные отходящие газы, поступающие госле печей прокаливання с температурой 380-440 С, подвергают мокрсму охлаждению, например, орошению водой, по принципу противотока в результате чего они охлаждаюто ся до температуры 60-120 С.

Водный раствор смеси сульфатов железа приготавливают путем смешивания раствор трех- и двухвалентного железа либо непосредственно в реакционной камере в момент контактирования их с отходящими газами, либо перед ней в весовом соотношении равном

8:9-2:1.

Раствор сульфата двухвалентного железа получают растворением в воде кристаллов железного купороса (FeS04 "

ОН 0 ) и/или моногидрата сульфата железаа (Fe 504 Н 20), образующихся в к ачестве побочных продуктов на стадиях выщелачивания титансодержащего плава, отделения раствора титансульфата и промывки метатитановой кислоты и сконцентрированных методом вакуумкристаллизации.

Раствор сульфата двухвалентного железа является также источником образования сульфата трехвалентного железа, специально накапливаемого на начальной стадии заявляемого процесса при контакте сернистого ангидрида и кислорода отходящих газов с водным раствором сульфата двухвалентного железа и постоянно затем возвращаемого в нужнси количестве в реакционную камеру в виде рециркуляционного раство802338 двухвалентного железа происходят следующие физико-химические процессы.

Водный раствор сульфата двухвалентного железа окнсляется сернистым ангидридом и кислородом, содержащимся в отходящих промышленных газах, до сульфата трехвалентного железа.

Вследствие этого происходит удаление сернистого ангидрида из этих газов с одновременным образованием сульфата трехвалентного железа.

В свою очередь, раствор сульфата трехвалентного железа в результате процессов сорбции и коагуляции извлекает из отходящих газов мелкодисперсную двуокись титана в виде укрупненных агрегатов, которые скапливаются в нижней части реакционной камеры и выводятся в виде суспензии в приемный сборник. Попутно сульфат трехвалентного железа сорбирует серный ангидрид, очищая таким образом отходящие промышленные газы от указанного соединения серы, Операцию контактирования реагентов осуществляют при рН среды 4,5-6 и температуре реакционной смеси 50-85 C . з5

Укаэанные режимы в сочетании с заданным весовым соотношением сульфатов трехвалентного и двухвалентного железа в обрабатывающем растворе смеси сульфатов железа обеспечивают сдвиг обратимой реакции в сторону образования сульфата трехвалентного железа и максимальное участие в проте— кающих физико-хиныческих процессах окислов серы и двуокиси титана, содержащихся в отходящих прот«шленных газах.

В приемном сборнике суспензию охлаждают до температуры 35-55 С, отстаивают в течение 2-8 час до разделения ее на твердую и жидкую фазы . 40

Твердая фаза содержит агрегатированные частицы из двуокиси титана, основных солей и гидроокиси трехвалентного железа, образующихся в результате гидролиза. Жидкая фаза представ- 45 ляет собой водный раствор сульфата трехвалентного железа с незначительными примесями сульфата двухвалеитного железа, других водорастворимых сблей, окислов железа, титана и дру-,«щ гих металлов.

Определенную часть указанного раствора возвращают в реакционную камеру в виде рециркуляционной жидкости для поддержания необходимого количества сульфата трехвалентного железа в обрабатывающем растворе смеси сульфатов трех- и двухвалентного железа.

Избыточное количество раствора сульфата трехвалеитного железа периодически выводят иэ приемного сборника и технологического процесса и исполь- зуют в качестве коагулянта, например, при очистке воды .

Твердую фазу выводят иэ приемного сборника через донное отверстие и направляют на фильтрацию. Полученный кек подают на термообработку, осуществляемую в прокалочной печи в течение 1-2 час при температуре 6001100 С.

Прокаленный материал охлаждают, размалывают, упаковы;ают и отправляют потребителю. А прокалочные дымовые газы после предварительного охлаждения возвращают в реакционную камеру.

Полученный готовый продукт представляет собой желеэотитановый пигмент общей формулы ТiO nF 0,где и - 0 05-0,4 с окраской, меняющейся в зависимости от величины коэффициента fl температуры и продолжительности прокаливания — oT бежевой до желто- и краснокоричневой.

Пример 1. Отбирают 1000 нм дымовых газов после печей прокаливания метатитановой кислоты производительностью по двуокиси титана 1 т/час, с содержанием 4,8 г/нм дегидратированной и гидратированной двуокиси титана, 2,7 г/нм > сернистого ангидрида SOg, 0,5 г/нм бисерного ангидрида

50 3, 18 объем Ъ кислорода, 5 объем% двуокиси углерода и остальное — азоз", и направляют зту газовую .смесь в скруббер . В последнем эти газы при противоточном орошении водой охлаждаются с 400ОС до 90 С . После этого предварительно охлажденные газы вводят снизу в реакционную камеру, а сверху путем распыления подают 620 кг водного раствора смеси сульфатов трехи двухвалентного железа с температурой 40ОС . Указанный вводный раствор. смеси сульфата предварительно приготавливают в отдельной емкости смешением 100 кг водного раствора сульфата двухвалентного железа с концентрацией по иону лвухвалентного железа 13 г/л и 520 кг рециркуляционного водного раствора с концентрацией по иону трехвалентного железа 87 г/л .

Рециркуляционный раствор почти полностью состоит из сульфата трехвалентного железа с незначительными примесями сульфата двухвалентного железа, других водорастворимых солей, окислов, железа, титана и других металлов.

Суммарную концентрацию ионов трехи двухвалентного железа в обрабатывающем водном растворе смеси сульфатов железа поддерживают 100 г/л .

Указанное контактирование водного раствора смеси сульфатов железа с отходящими газами проводят при 70 С

D и РН среды 5,5 до образования железотитановой суспензии, скапливающейся в нижней части реакционной камеры .

Указанную суспенэию выводят через донное отверстие реакционной камеры в приемный сборник, где ее отстаива« ют в течение 6 час. Часть жидкой фазы в виде рециркуляционного раствора постоянно возвращают в реакцион802338 ную камеру в количестве, необходимом для поддержания заданного соотноше-. ния сульфатов трехвалентного и двухвалентного железа в обрабатывающем водном растворе смеси сульфатов .

При превышении в жидкой фазе концентрации иона трехвалентного железа свыше &7 г/л производят частичное удаление ее из приемного сборника и технологического процесса, а оставшееся количество разбавляют расчетным количеством воды до восстанов- 0 ления заданной концентрации.

Удаляемую из приемного сборника жидкую фазу, состоящую в,основном иэ водного раствора сульфата трехвалентногО железа впоследствии используют в 15 качестве коагулянта при очистке промышленных сточных вод.

Накопившуюся в донной части приемного сборника твердую фазу, представляющую собой укрупненные агрегатиро- э0 ванные частицы, иэ двуокиси титана, гидратов двуокиси титана, окислов и гидроокиси железа, выводят с помощью шнека иэ приемного сборника и направляют на барабанный вакуум-фильтр . После фильтрации в течение 1 час.

20 мйн образовавшийся кек подают во вращающуюся наклонную печь, где он подвергается термообработке в течение 2 час при 850 С.

Прокаленный материал охлаждают в барабанном холодильнике до 40 С, после чего его раэмалывают и упаковывают.

Полученный продукт представляет собой железо-титановый пигмент светлобежевого цвета со следующими показателями:

Содержание двуокиси титана Т 0 % 85,41

Содержание соединений железа, в пересчете на 40

Ре20 > Ъ рН водной вытяжки

Содержание веществ, растворимых в воде, Ъ 1,25

Маслоемкость, г/100 ч пигмента

Укрывистость, г/м

Красящая способность,Ъ 100

Остаток после просеивания на сите с сеткой 0056 К,Ъ 0,05

Как следует иэ приведенных данных, полученный по заявляемому способу железотитановый пигмент не уступает по И своему качеству выпускаемям ароюиалениостью желтым железо-окисным пигментам ГОСТ 18172-7 2.

10,09

7,0

39, 20

22, 02

Степень мокрого улавливания тита- у иосодержащей пыли иэ отходов газов составляет 89%, сернистого ангидрида90%, серного ангидрида — 100%.

Выход готового железо-титанового пигмента составляет 120 кг/час .

?,0

Пример 2. Отбирают 10000 нм э отходящих газ ов после печи прокали— вания метатитановой кислоты производительностью по двуокиси титана 1 т/час с содержанием:

Дегидратированной и гидратированной двуокиси титана, Ti 0 r/нмЗ 4,3

Сернистого ангидрида

S0 г/нм

Сернorо ангидрида

ЯО г/нм 0,8

Кислорода, об .% 16,0

Двуокиси углерода, об.Ъ 7,0

Азот, об .% Остальное и охлаждают в скруббере с температурой 440 С до 100оС . Затем их вводят снизу в реакционную камеру, а сверху — посредством двух распылителей подают раздельно водные растворы о сульфатов железа с температурой 40 С .

С помощью первого распылителя подают 190 кг водного раствора сульфата двухвалентного железа с концентрацией по иону двухвалентиого железа 7 г/л, а с помощью второго распылителя подают в реакционную камеру 450 кг рециркуляционного раствора с концентрацией по иону железа(!Н)93 г/л . Таким образом, суммарная концентрация ионов двух — трехвалентного железа в образовавшемся водном растворе смеси сульфатов железа составляет 100 г/л .

Контактирование указанного водного раствора смеси сульфатов двух н трехвалентного железа с отходящио ми газами ведут при 80 С и рН среды

4,8.

Полученный далее по аналогичному примеру 1 процесс пигмент имеет следуки4ие показатели.

Содержание двуокиси тита, Т1 0,% 75,65

Содержание соединений железа, в пересчете на Fe Î, Ъ 19,50 рН водной вытяжки 6,2

Содержание веществ, растворимых в воде,% 1,85

Маслоемкость, г/100 г пигмента 35,70

Укрывистость, г/м 2,25

Красящая способность,Ъ 95

Остаток после сухого просеивания на сите с сеткой 0056 К,% 0,07

Выход пигмента по данному примеру составляет 110 кг/час .

Данный способ таким образом благодаря использованию побочных продуктов производства двуокиси титана в качестве сырьевого источника пигмента позволяет в значительной мере удешевить последний и, кроме того, расширить цветовую гамму железотитановых пигментов до светлобежевых и краснокоричневых тонов.

802338

Составитель Л. Романцева

Техред М.Рейвес Корректор M. Шароши

Редактор И. Квачадэе

Заказ Т0505 30 Тираж 69 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5.Филиал ППП "Патент, r, Ужгород, ул . Проектная, 4

Формула изобретения

1. Способ получения железо-титановых пигментов, включающий обработку материала на основе двуокиси титана водным раствором сульфата двухвалентного железа, отделение из полученной суспензии осадка, прокаливание его при 600-1100 С и размол прокаленного продукта, отличающийся тем, что, с целью удешевления пигментов при сохранеикнх цветовой гаммы, в качестве материала на основе двуокиси титана используют отходящие газы производства двуокиси титана по .сернокислотному способу, а обработку их ведут водным растворси смеси сульфатов двух- и трехвалентного мелеза2. Способ по п, 1 о т л и ч а юшийся тем, что смесь сульфатов двух- и трехвалентного железа берут при весовом соотношении компонентов

2-8:1-9.

3. СПособ по п.1, о т л н ч а юшийся тем, что указанный процесс обработки проводят прн 50-85 С н рН

4,5-6

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Великобритании 9 1066766, кл. С 4 А, опублик. 1967.

2. Патент США Р 084584,кл. 106-300, опублик. 1978.