Способ получения железо-титановыхпигментов

Союз Советскмх Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОУСКОМУ СВИ ВТ%ЛЬСТВУ(51) М Кл С 09 С 1/22 1 осуаарствеиный комитет СССР пе ямам изобретений н открытийДата опубликования опмсеимя 07. 02, 81 Г .Л, Звягинцев, Э .А . Карпович, И,П . Воробьева, В .А . Зотова, А .Е . Золотарев и И,А . Гелета(72) Авторы изобретения Сумский филиал Харьковского ордена Ленина поЧитехническогоинститута им. В,И, Ленинаг(541 СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗО-ТИТАНОВЫХ ПИГМЕНТОВ Изобретение относится к технологииполучения железотитановых пигментов,используемых в производстве лаков икрасок, для окрашивания пластмасс,керамики и бумажной массы .Известен способ получения пигментов на основе гидротированной окиситрехвалентного железа, содержащихтакже в своем составе органический 10или минеральный наполнитель, например,двуокись титана,Данный способ заключается в суспендировании двуокиси титана в водномрастворе сульфата двухвалентного железа, содержащем металлическое железо, с окислением последнего кислородом воздуха при 50-95 С и мепрерывонсм перемешивании с последующим осаждением образовавшейся гидроокиси трехвалентного железа на двуокиси титана фи термической обработкой железо-титанового осадка 1 1.Недостатком этого способа является необходимость использования веталлического железа и, кроме того, дляполучения качественного пигмента необходимо использовать наполнитель свысокой степенью дисперсности, чтоусложняет в целом процесс полученияпигмента . Известен также способ получения железо-титановых термостойкнх пигментов, заключающийся в обработке материала наоснове 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 гаьееыЦель данного изобретения - удешевление железотитановых пигментов при сохранении их цветовой гамьы. Поставленная цель достигается описЫваеьым способом поЛучения железо 802338Температуру 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 обработкиматериала на основе двуокиси титана,представляющего собой отходящие газыпроизводства 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 рН4,5-6 с последующим отделением из полученной суспензии осадка, прокали -ванием его при 600;110 ООС и размоломпрокаленного продукта .30Отличие способа состоит и том, чтов качестве материала на основе двуокиси титана используют вьыеописанныеотходящие газы, а обработку их ведутводным раствором смеси указанных 15сульфатов .железа,При этом укаэанную смесь сульфатовдвух- и трехвалентного железа берутпри описанном выше весовом соотношении, 26А указанный процесс обработки поданному способу проводят при 50-85 Спри рН 4,5-6.Получение железо-титановой суспензии путем обработки отходов промышленных газов производства двуокиси3титайа по сульфатному способу воднымраствором смеси сульфатов трех- идвухвалентного железа позволяетотказаться от специального приготовления для этой цели мелкодисперсной З 0двуокиси титана и окиси и/или гидроокисей двух и трехвалентного железа,поскольку согласно заявляемому способу используются побочные продуктыпроизводства двуокиси титана по суль- З 5фатному сгособу .Мелкодисперсная двуокись титана .улавливается из отходящих промышленных газов сульфатом трехвалентногожелеза, получаемым при поглощении сер нистого ангидрида в присутствии кислорода, содержащимся в указанных отходящих газах, сульфатом двухвалентного железа. Последний, в свою очередь, образуется в качестве побочного продукта на стадиях выщелачиваниятитансодержащего плава и отмывки метатитановой кислоты .Поддержание в обрабатывающем водном растворе смеси сульфатом железавесового соотношения сульфата трехвалентного железа к сульфату двухвалентного железа равного 8:9-2:1 иосуществление процесса при температуре 50-85 фС и рЯ реакционной среды4,5-6 обеспечивают максимальное извлечение окислов серы.из отходящихпромышленных газов и интенсивное протекание окислительно-восстановительных реакций в сторону образованиясульФата.трдхвалентного железа посуммарной реакции:Технология предполагаемого изобретения заключается в следующем.В реакционной камере производятконтактирование отходящих промышпенных газов производства двуокиси титана по сульфатнсму методу с воднымирастворами смеси сульфатов трех- идвухвалентного железа.Отходящие проььшленные газы представляют собой побочный продукт, образующийся, например, на стадии прокаливания метатитановой кислоты и содержит:Мелкодисперсную пыльгидратированной идегидратированнойдвуокиси титана,Т 02 г/нмЭ 4,3-5,2Сернистый ангидрид,50 г/им 1,0-3,0Сернистый ангидрид,50г/нмКислород, объем ЪДвуокись углерода,СО, объем 5,0-8,0Азот, объем В Остальное,Перед подачей в реакционную камеру указанные отходящие газы, поступающие госле печей прокаливання стемпературой 380-440 С, подвергаютмокрсму охлаждению, например, орошению водой, по принципу противотока, в результате чего они охлаждаются до температуры 60-120 С.Водный раствор смеси сульфатовжелеза приготавливают путем смешивания раствор трех- и двухвалентногожелеза либо непосредственно в реакционной камере в момент контактирования их с отходящими газами, либо перед ней в весовом соотношении равном8:9-2:1.Раствор сульфата двухвалентного железа получают растворением в водекристаллов железного купороса (Ге 504 "7 НО ) и/или моногидрата сульфата железа (Ге 504 Н 20), образующихся в качестве побочных продуктов на стадияхвыщелачивания титансодержащего плава,отделения раствора титансульфата ипромывки метатитановой кислоты и сконцентрированных методом вакуумкристаллизации.Раствор сульфата двухвалентногожелеза является также источником образования сульфата трехвалентного железа, специально накапливаемого наначальной стадии заявляемого процесса при контакте сернистого ангидридаи кислорода отходящих газов с воднымраствором сульфата двухвалентного железа и постоянно затем возвращаемогов нужнси количестве в реакционную камеру в виде рециркуляционного растворадвухвалентного железа происходятследующие физико-химические процессы.Водный раствор сульфата двухвалентного железа окнсляется сернистым ангидридом и кислородом, содержащимся вотходящих промышленных гаэах, до сульфата трехвалентного железа,5Вследствие 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 указанногосоединения серы,Операцию контактирования реагентовосуществляют при рН среды 4,5-6 итемпературе реакционной смеси 50-85 С .Укаэанные режимы в сочетании сзаданным весовым соотношением сульфатов трехвалентного и двухвалентногожелеза в обрабатывающем растворе смеси сульфатов железа обеспечиваютсдвиг обратимой реакции в сторону образования сульфата трехвалентного железа и максимальное участие в протекающих Физико-химических процессахокислов серы и двуокиси титана, содержащихся в отходящих проишленныхгазах,В приемном сборнике суспензию охлаждают до температуры 35-55 С, отстаивают в течение 2-8 час до разделения ее на твердую и жидкую фазы . 40Твердая Фаза содержит агрегатированные частицы из двуокиси титана, основных солей и гидроокиси трехвалентного железа, образующихся в результате гидролиза. Жидкая Фаза представляет собой водный раствор сульфататрехвалентного железа с незначительными примесями сульфата двухвалеитного железа, других водорастворимыхсблей, окислов железа, титана и дру- ,щгих металлов.Определенную часть указанного раствора возвращают в реакционную камерув виде рециркуляционной жидкости дляподдержания необходимого количествасульфата трехвалентного железа в обрабатывающем растворе смеси сульфатовтрех- и двухвалентногожелеза.Избыточное количество растворасульфата трехвалеитного железа периодически выводят иэ приемного сборникаи технологического процесса и исполь-зуют в качестве коагулянта, например,при очистке воды .Твердую фазу выводят иэ приемногосборника через донное отверстие и направляют на Фильтрацию. Полученный кек подают на термообработку, осуществляемую в прокалочной печи в течение 1-2 час при температуре 600- 1100 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 Т 0 пГе 0 ,где и - 0,05-0,4 с окраской, меняющейся в зависимости от величины коэффициента и, температуры и продолжительности прокаливания - от бежевой до желто- и краснокоричневой.П р й м е р 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 3 сернистого ангидоида 50; 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 400 С 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 40 ОС, Указанный вводный раствор смеси сульфата предварительно приготавливают в отдельной емкости смешением 100 кг водного раствора сульфата двухвалентного железа с концентрацией по иону двухвалентного 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 и РН среды 5,5 до образования железо- титановой суспензии, скапливающейся в нижней части реакционной камеры,Указанную суспенэию выводят через донное отверстие реакционной камеры в приемный сборник, где ее отстаивам ют в течение 6 час. Часть жидкой Фазы в виде рециркуляционного раствора постоянно возвращают в реакцион 80233839, 2022, 02 Степень мокрого улавливания титаиосодержащей пыли иэ отходов газов составляет 89%, сернистого ангидрида, серного ангидрида - 100.Выход готового железо-титанового пигмента составляет 120 кг/час . ную камеру в количестве, необходимомдля поддержания заданного соотноше-.ния сульфатов трехвалентного и двухвалентного железа в обрабатывающемводном растворе смеси сульфатов .При превышении в жидкой фазеконцентрации иона трехвалентного железа свыше 87 г/л производят частичное удаление ее из приемного сборника и технологического процесса, аоставшееся количеСтво разбавляют расчетным количеством воды до восстановления заданной концентрации.Удаляемую из приемного сборникажидкую фазу,состоящую в,основном иэводного раствора сульфата трехвалентногб железа впоследствии используют в 15качестве коагулянта при очистке промышленных сточных вод.Накопившуюся в донной части приемного сборника твердую фазу, представляющую собой укрупненные агрегатиро- э 0ванные частицы, иэ двуокиси титана,гидратов двуокиси титана, окислов игидроокиси железа, выводят с помощьюшнека иэ приемного сборника и направляют на барабанный вакуум-фильтр . После фильтрации в течение 1 час.20 мин образовавшийся кек подают вовращающуюся наклонную печь, где онподвергается термообработке в течение 2 час при 850 С .Прокаленный материал охлаждают вбарабанном холодильнике до 40 С, после чего его размалывают и упаковывают.Полученный продукт представляетсобой желеэо-титановый пигмент светлобежевого цвета со следующими показа- Ителями:Содержание двуокисититана ТО Ъ 85,41Содержание соединенийжелеза, в пересчете на 40Ре 20 э ЪрН водной вытяжкиСодержание веществ,растворимых в воде, Ъ 1,25Маслоемкость, г/100 чпигментаУкрывистость, г/мКрасящая способность,% 100Остаток после просеипания на ситес сеткой 0056 К, 0,05Как следует иэ приведенных данных,полученный по заявляемому способу железотитановый пигмент не уступает по 55своему качеству выпускаемюм ароюаолениостью желтым желеэо-окисным пигментам ГОСТ 18172-72.,0 П р и м е р 2. Отбирают 10000 нмэотходящих газов после печи прокаливания метатитановой кислоты производительностью по двуокиси титана 1 т/часс содержанием:Дегидратированной и гидратированной двуокисититана, Т 0 г/нм 5 4,3Сернистого ангидрида50 г/нмСерного ангидрида50 г/нм0,8Кислорода, об,. 16 фОДвуокиси углерода,об. 7,0Азот, об .% Остальноеи охлаждают в скруббере с температурой 440 С до 100 оС . Затем их вводятснизу в реакционную камеру, а сверху - посредством двух распылителейподают раздельно водные растворыосульфатов железа с температурой 40 С .С помощью первого распылителя подают 190 кг водного раствора сульфатадвухвалентного железа с концентрациейпо иону двухвалентного железа 7 г/л,а с помощью второго распылителя подают в реакционную камеру 450 кг рециркуляционного раствора с концентрацией по иону железаН)93 г/л . Такимобразом, сухарная концентрация ионовдвух - трехвалентного железа в образовавшемся водном растворе смесисульфатов железа составляет 100 г/л,Контактирование указанного водного раствора смеси сульфатов двухн трехвалентного железа с отходящиоми газами ведут при 80 С н рН среды4,8.Полученный далее по аналогичномупримеру 1 процесс пигмент имеет следукщие показатели:Содержание двуокисититана, Т 10, Ъ 75,65Содержание соединенийжелеза, в пересчетена ГЕО, Ь 19,50рН водной вытяжки 6,2Содержание веществ,растворимых в воде,Ъ 1,85Маслоемкость,г/100 г пигмента 35,70Укрывистость, г/м 2,25Красящая способность,Ф 95Остаток после сухогопросеивания на ситес сеткой 0056 К,а0,01Выход пигмента по данному примеру составляет 110 кг/час .Данный способ таким образом благодаря использованию побочных продуктов производства двуокиси титана вкачестве сырьевого источника пигмента позволяет в значительной мере удешевить последний и, кроме того, расширить цветовую гамму железотитановых пигментов до светлобежевых и краснокоричневых тонов.10 802338 Составитель Л. РоманцеваТехред М.Рейвес Корректор М, Шароши Редактор И. Квачадэе Заказ Т 0505 30 Тираж 69 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5.Филиал ППП "Патент , г, ужгород, ул . Проектная, 4 Формула изобретения1. 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, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью удешевления пигментов при сохранеик нх цветовой гаюи, 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 железа. 2,Способпоп, 1 отличающ и й с я 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 ющ и й с я тем, что указанный процесс обработки проводят прн 50-85 С н рН 4,5-6 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе