Спосіб електрохімічного синтезу кристалічного сульфату титану (ііі)

Реферат: Спосіб електрохімічного синтезу кристалічного сульфату титану (III) включає електролітичне відновлення титану (ІV) із розчину сірчаної кислоти та сполук титану (ІV): діоксиду титану, гідрату діоксиду титану (ІV) або гідроксиду титану (ІV). Електроліз здійснюють на сітчастому катоді із нержавіючої сталі, а анод виконано із нержавіючої сталі, яка покрита діоксином мангану, відпрацьований електроліт використовують в циклічному режимі, для чого склад електроліту, що утримує його розчинну кількість, згідно з добутком розчинності, корегують по титанілсульфату та сірчаній кислоті. При цьому здійснюють обертання електроліту шляхом створення керованого електромагнітного поля визначеної форми та величини. UA 79539 U (12) UA 79539 U UA 79539 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до технології електрохімічних виробництв - синтезу сульфату титану (III) в кристалічному стані (Ti2(SO4)3·nH2O) у сірчанокислих розчинах, який може бути використано як активний відновник іонів феруму (III) в технологічних розчинах сульфатного способу виробництва діоксиду титану (ТіО2). По суті рішення спосіб синтезу кристалічного сульфату титану (III) у розчинах досить близький до способу, який описаний у довіднику з неорганічного синтезу, під редакцією Брауера Г. [Руководство по неорганическому синтезу: В 6 - томах, Т. 4. Пер. с нем./ Под ред. Г. Брауэра. - М.: Мир, 1985.-447 с.]. Такий спосіб синтезу кристалічного сульфату титану (III) по цьому пораднику полягає в тому, що сульфат титану (III) синтезовано за допомогою хлориду титану (ІV) з наступним гідролізом в розчині аміаку і осадженням ·nН2О. Осадок розчиняли в концентрованій H2SO4, а потім отриманий розчин сульфату титану (ІV) відновлювали в електролізері протягом 6 годин при 2 напрузі струму 24 В і щільності струму 0,06 А/см , далі ще стільки ж годин при щільності струму 2 0,33 А/см . Відновлений сульфат титану (ІV) до (Ті2(SО4)3·nН2О), розчин світло-фіолетового кольору. Як анод використана платина, а катодом є амальгамовані свинцеві пластини. До недоліків означеного аналога можна віднести те, що така технологія є неефективною, зі значними витратами часу та струму і з використанням дорогої платини і токсичного металу свинцю. За прототип вибрано спосіб синтезу розчину сульфату титану (III) [А.с. СРСР № 905199, 3 МПК С01G 23/00, Способ получения раствора сульфата трехвалентного титану / В.А. Иоффе, В.А. Тюсуин, С.Я. Корниловских, С.И. Лукшина, Р.И. Садиков (СССР) - № 2895960/23-26; заявл. 20.03.80; опубл. 15.02.82, Бюл. № 6.], який містить електрохімічне відновлення титану (ІV) з розчину сірчаної кислоти, що утримує сполуки титану (ІV): діоксид титану, або гідрат діоксиду титану (ІV), або гідроксид титану (IV); процес ведуть на ртутному катоді. До недоліків прототипу можна віднести ту обставину, що такий спосіб дозволяє отримувати розчин сульфату титану (III). Але відновник краще транспортувати та вносити його в технологічний розчин у кристалічній формі, без розбавлення. Як катод за способом-прототипом використовують металеву ртуть, що є дуже небезпечно при застосуванні на підприємствах. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу синтезу сульфату титану (III), в якому внаслідок зміни конструкції електролізеру, режимів електрохімічного процесу отримують речовину в кристалічному стані, при цьому собівартість активного відновника зменшується. Поставлена задача вирішується тим, що в пропонованому способі електрохімічного синтезу кристалічного сульфату титану (III), що містить електролітичне відновлення титану (ІV) із розчину сірчаної кислоти та сполук титану (ІV): діоксиду титану, гідрату діоксиду титану (ІV), або гідроксиду титану (ІV) електроліз здійснюють на сітчастому катоді із нержавіючої сталі, анод виконано із нержавіючої сталі, яка покрита діоксином мангану, при цьому відпрацьований електроліт використовують в циклічному режимі, для чого склад електроліту, що утримує його розчинну кількість згідно з добутком розчинності (ДР), корегують по титанілсульфату та сірчаній кислоті, при цьому здійснюють обертання електроліту шляхом створення керованого ектромагнітного поля визначеної форми та величини. Відпрацьований електроліт утримує 2 Ті2(SО4)3 в кількості 28 %, процес ведуть при щільності струму 4,8-5,2 А/дм і температурі - 4060 °C. Кількісні характеристики Ті2(SО4)3 визначаються за допомогою оптичного аналізатора в автоматичному режимі. В пропонованому способі отримання сульфату титану (III) діоксиду титану, або гідрату діоксиду титану (ІV) перетворюються в титанілсульфат за допомогою сірчаної кислоти (5055 %). Електролізер включає круглий анод з нержавіючої сталі, покритий діоксином мангану. В анодний простір постійно надходить 40 % сірчана кислота, за програмою, для підтримки загальної кількості сульфат-іону, який зв'язується в сполуку Ті2(SО4)3·nН2О. Катод круглий, з нержавіючої сітки, внутрішня порожнина якого заповнена круглим постійним магнітом, виготовленим із сплаву NdFeB та сплавів, які мають магнітну провідність 190895(Э)/АРМКО та Пермалою. Магніт використано для активного перемішування електроліту під час електролізу. Електролізер має в нижній частині піддон з сітки, через яку просипається в камеру охолодження кристалічна сіль сульфату титану (III). Після охолодження розчин з кристалічною фазою солі через засув надходить в вакуум-фільтр, де активно перемішується мішалкою, після чого кристалічний сульфат титану (III) збирається в герметичну тару. Під час фільтрації розчин проходить по трубам до помпи, яка відкачує розчин до ємкості для повторного використання розчину після його корегування за концентрацією титанілсульфату. Відпрацьований електроліт корегують до необхідних показників таким чином, щоб при відновленні титанілсульфату до 1 UA 79539 U 5 10 15 20 25 сульфату титану (III) концентрація останнього була значно більшою, ніж його розчинність, а 3 саме не менше 250 г/дм . Принцип реалізації способу заснований на електрохімічному відновленні сполук титану (ІV) 3 до титану (III) на катоді в сірчанокислих розчинах при щільності струму 4,8-5,2 А/дм і напрузі 3,5-4,0 В. Для активізації електрохімічного процесу відновлення іонів використано активне перемішування електроліту за рахунок діючої сили Лоренцу, яка виникає в електролізері в присутності постійних магнітів особливої конструкції. При такому забезпеченні динамічного режиму електроліту досягається гарний ступінь переходу титану (IV) в титан (III), вихід по струму має 95-97 %. Економічність електрохімічного відновлення титану (ІV) з отриманням кристалічного сульфату титану (III) досягається тим, що процес здійснюється в циклічному режимі, де відпрацьований електроліт утримує його розчинну кількість, згідно з добутком розчинності (ДР). Відновлення електроліту досягається послідуючим корегуванням по титанілсульфату та сірчаній кислоті. Приклади конкретного виконання. Приклад 1. Використана паста гідрату діоксиду титану (ІV) з якої виготовлено кристалічний титанілсульфат (розчинність TiOSO4·2Н2О, в 0,1 % розчину сірчаної кислоти ~ 27 %) для корегування відпрацьованого електроліту з такими показниками: питома електропровідність 25 2 розчину χ=8,5 См/м; питомий електричний опір ρ=2,24 Ом/м; щільність розчину d =1,4040 г/см ; 3 рН=2,28, залишок сірчаної кислоти 5,50 моль/дм , W=41 %. Електросинтез кристалічного 3 сульфату титану (III) виконано при щільності струму 5,0 А/дм і напрузі 3,8 В. Вихід по струму 95,6 %. Приклад 2. В роботі використано відходи виробництва, з утримуванням до 65 % діоксиду титану, виготовлено електроліт титанілсульфату. Розчин титанілсульфату та сірчану кислоту добавлено в відпрацьований електроліт з метою корегування до таких показників: питома електропровідність розчину χ=41,5 См/м; питомий електричний опір ρ=1,26(26) Ом/м; щільність 25 3 3 розчину d =1,40(40) г/см ; рН=2,4, залишок сірчаної кислоти 5,66 моль/дм , W=42 %. 3 Електросинтез кристалічного сульфату титану (III) виконано при густині струму 5,2 А/дм і напрузі 3,6. Вихід по струму 94,3 %. 30 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 1. Спосіб електрохімічного синтезу кристалічного сульфату титану (III), що включає електролітичне відновлення титану (ІV) із розчину сірчаної кислоти та сполук титану (ІV): діоксиду титану, гідрату діоксиду титану (ІV) або гідроксиду титану (ІV), який відрізняється тим, що електроліз здійснюють на сітчастому катоді із нержавіючої сталі, а анод виконано із нержавіючої сталі, яка покрита діоксином мангану, відпрацьований електроліт використовують в циклічному режимі, для чого склад електроліту, що утримує його розчинну кількість, згідно з добутком розчинності, корегують по титанілсульфату та сірчаній кислоті, при цьому здійснюють обертання електроліту шляхом створення керованого електромагнітного поля визначеної форми та величини. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що відпрацьований електроліт утримує Ті2(SО4)3 в 2 кількості 28 %, процес ведуть при щільності струму 4,8-5,2 А/дм і температурі - 40-60 °C. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2