Спосіб одержання діоксиду титану

Изобретение [относится к способу получения диоксида титана и позволяет повысить чистоту целевого продукта. Навеску тетрахлорида титана растворяют в воде и получают раствор с кислотным фактором 1,1-1,3. В раствор вводят титановые зародыши состава ТіОг-Х Н 2 О , где X = 0,5-1,0, нагре Изобретение относится к способам получения диоксида титана, который может быть использован для производства оптических стекол, сорбентов, катализаторов, полупроводниковой керамики, а также различных титансодержащих материалов высокой степени чистоты. Цель изобретения состоит в повышении чистоты целевого продукта. П р и м е р 1. Растворяют 2 кг ТІСІЦ марки ОЧТ-0 в воде до концентрации Ті(\ 170 г/л при кислотном факторе 1,3, нагревают раствор до 60°С и вводят титановые зародыши (гидратированный диоксид титану ., _ 15-90 вают раствор до температуры гидролиза хлористьк соединений титана и выдерживают в течение времени, при котором осаждается 15-20 мас.% гидратированного диоксида титана. Полученный осадок отделяют, а в оставшийся раствор, кислотный фактор которого повысился до 1,8-2,2, вводят титановые зародыши состава ТіО г • X Н 2 0 , где X =0,1-0,3, и повторно осуществляют гидролиз с осаждением оставшейся части титана. Полученный ГДТ отделяют, промывают, сушат и прокаливают при 900~950 а С. Получают диоксид титана с удельной поверхностью 0,81,2 м 2 / г , насыпной массой 2,0-2,5. Содержание металлических примесей не превышает 10~ 6 мас.%, сульфат-ионов 10~3 мас.%, фосфат-ионов - 10' мас.%. 1 з.п. ф~лы, 1 табл. где X = 0,5) (ГДТ) ТІО, X виде коллоидного раствора или водной суспензии, в количестве 2% по отношению к ТіО 1 в исходном растворе. Раствор нагревают до 95°С и выдерживают при этой температуре 10 мин. Затем отбирают пробу на степень гидролиза (15%). Гидролиз прекращают и раствор фильтруют. Осадок ГДТ первой стадии промывают 5% НС1, сушат и прокаливают при 900°С, получают 140 г ТІ0 с дисперсностью 5-7 мкм и химической чистотой, отвечающий квалификации ОСТ 7-4 (выход'15%). Отфильтрованный раствор содержит 145 г/л Ті0„ при кислотном факторе 1,9. В не 1559635 3+ го вводят ионы T i 1 г/л и нагревают до 90 °С * Затем вводят титановые зародыши (ТІ0 2 X Н 2 0, где X = 0 , 1 , дисперсность 15-20 мкм) в виде водной суспензии или пасты в количестве 3% по отношению к ТіО в исходном растворе. Раствор нагревают до 100°С и выдерживают 2,5 ч . Степень гидролиза 98%. Осадок фильтруют, отмывая на фильтре 20% НС1 ОСЧ. Получают ГДТ ТхОг X Н г 0, где Х-0,1-0,3 с дисперсностью 20-25 мкм. Отбирают 2 З мас./о. осадка для титановых зародышей следующего гидролиза, затем осадок сушат при 250°С с отгонкой 20% НС1 и прокаливают при 900°С. Получают 700 г продукта рутильной модификации с дисперсностью 20-25 мкм и химической чистотой, соответствующей 20 квалификации ОСЧ 7-6 (рыход 83%) . П р и м е р 2. Растворяют 2 кг ТіСЦ 0ЧТ-0 в воде до концентрации ТІ0. 170 г/л при кислотном факторе 1,2, нагревают раствор до 60°С и вводят титановые зародыши (ТіО^ X И.О, 25 где Х=1,0), в количестве 2% по отношению к ТіОз в исходном растворе. Гидролиз ведут, как указано в примере 1 (степень гидролиза 20%), Получают 170 г TiO 2 , соответствующего 30 квалификации ОСЧ 7-4 (выход 20%). Отфильтрованный раствор содержит 130 г/л ТіО г при кислотном факторе 2,0; его нагревают до 90°С, вводят ионы Ті 3 + 2 г/л, затем титановые 35 зародыши (ТіО^ X Н^О, где X =0,2) в количестве 2% по отношению к ТіО2 в исходном растворе. Гидролиз ведут при 100°С в течение 2,5 ч. Полученный осадок ТіО^ X Н 2 0, где Х=0,1-0,3, 40 с дисперсностью 20-25 мкм промывают на фильтре 20% НС1 ОСЧ, сушат с отгонкой кислоты и прокаливают при 92О°С. Получают 650 г продукта рутильной модификации с дисперсностью 45 25-30 мкм и химической чистотой, соответствующей квалификации О Ч 7-6 С (выход 78%). имеет концентрацию ТІ0 4 135 г/л, кислотный фактор 1,8. Вводят ионы Ті'"*" 1,5 г/л и титановые зародыши (ТіО^Х НО, где X = 0,3) берут в количестве 2% по отношению к ТіО2 в исходном растворе. Получают 680 г продукта рутильной модификации 15-20 мкм и химической чистотой, соответствующей квалификации ОСЧ 7-6 (выход 84%), П р и м е р 4. Растворяют 2 кг ТіС1 4 в воде, как в предыдущих примерах. На первой стадии гидролиз ведут из раствора с концентрацией ТіО 170 г/л при кислотном факторе 1,3, титановые зародыши (ТіО2 X Н^О, где Х=0,6) берут в количестве 2% от содержания ТіО^ в исходном растворе. Получают 190 г ТіО^ рутил, соответствующий квалификации ОСЧ 7-4 (выход 25%). На второй стадии из раствора с концентрацией 130 г/л ТіО при кислотном факторе 2,2 титановые зародыши (Ті0 2 X Н 2 0, где Х=0,1) берут в количестве 3% по отношению к ТіО2 в исходном растворе, ионы Т і 3 * 1,5 г/л. Гидролиз ведут при температуре 95°С, осадок прокаливают при 950°С. Получают 560 г продукта рутильной модификации с дисперсностью 25-30 мкм и химической чистотой, соответствующей квалификации ОСЧ 7-6 (выход 73%). Отсюда видно, что увеличение выхода ГДТ на первой стадии до 25% незначительно влияет на химическую чистоту продукта. Дальнейшее увеличение выхода на первой стадии до 30% уже не дает заметной очистки раствора. П р и м е р 5. На первой стадии гидролиз ведут из раствора, содержащего 170 г/л ТіО2 при кислотном факторе 1,3, титановые зародыши (ТіО X Н 2 0 а где X = 0,6) берут в количестве 2 по отношению к TiO^. в исходном % •растворе. Получают 85 г ТіО2 рутил, соответствуюций квалификации ОСЧ 7-4 (выход 10%). На второй стадии растП р и м е р 3. На первой стадии вор содержит 150 г/л при кислотном гидролиз ведут, как указано в приме- 50 факторе 1,7, титановые зародыши ре 1 , с той разницей, что концентра(ТіО2Х Н 2 0, где Х=0,1) берут в колиция ТіО^ 160 г/л, кислотный фактор честве 3% по отношению к ТіО^ в ис1,1, а титановые зародыши ТіО г X Н^О, ходном растворе, ионы Т і ' * в колигде Х=0,7,берут в количестве 2% по честве 1,5 г/л. Полученный осадок отношению к ТіО^ в исходном раство- 55 прокаливают при 95О°С, получают 750 г ре. Получают 135 г ТіО,, рутил, соот-. продукта рутильной модификации с і ' дисперсностью 15-20 мкм и химической чистотой, соответствующей квалификаветствующий квалификации О Ч 7-4 С (выход 15%). На второй стадии раствор 5 1559635 A ции ОСЧ 7-5 (выход 88%). Отсюда видПолучают 820 г продукта рутильной но, что осаждение 10% на первой с т а модификации с дисперсностью 15-20 мкм дни недостаточно для соосаждения прии химической чистотой, соответствуюмесей. щей квалификации ОСЧ 7-5 с повышенным П р и М»Є р 6 (известный). Готовят содержанием примесей So£ и Р 1 О 5 . раствор хлорида титана с концентраРезультаты по химической чистоте цией TiO 2 170 г/л при кислотном факдиоксида титана, полученные в у с л о торе 1,9, "титановые зародыши (ТІОХН О, виях примеров 1-6, сведены в таблицу, где X = 0,3) берут в количестве 2 ю Примеры 4,5 осуществлены в запредель3% по отношению к ТіО 2 в исходном ных условиях. Пример 6 осуществлен р а с т в о р е , ионы Т і 3 + в количестве в условиях известного способа. 2 г / л . Раствор нагревают до 100 в С Процесс заключается в том, что при и выдерживают 2,5 ч . Осадок фильтруют, нагревании раствора хлорида титана в промывая на фильтре 20-25% НС1 ОСЧ, 5 присутствии титановых зародышей гидзатем сушат и прокаливают при 550 а С. ролиз протекает по стадиям TiOCL, + На0 ?ТІ0(0Н) 2 +2НС1 Т.З; (1) К.*. і ТІО(ОН) г Т.З; -- К.Ф/ * ТІ0 я +Hft0 >ПТІО 2 Гидролиз хлорида титана, зависит от активности титановых зародышей, температуры, концентрации исходного раствора по ТІО^, НС1 от кислотного фактора. Для получения сильно гидратированного и мелкодисперсного осадка необходим низкий кислотный фактор и коллоидные титановые зародыши. На сильно гидратированном осадке лучше сорбируют примеси Fe, Мп, Сг, V, а также анионы S0 ^ и Р"' „ поэтому на первой стадии гидролиза подобраны оптимальные условия, при которых получают более гидратированный осадок, с небольшим количеством которого (15-20%) из раствора выводятся примеси. Низкий кислотный фактор приводит к образованию мелкодисперсного осадка, который лучше сорбирует примеси. Для дегидратации подобраны такие условия, чтобы образовывались более крупные частицы менее гидратированного диоксида титана. В присутствии ионов Ті следы Fe* + восстанавливаются до Fe z + и не сорбируются осадком. При термической обработке происходит удаление ИС1 и следов примесей из осадка, а также рост частиц рутила. (2) гжтіо1 ...ZTio^... (з) При 900-950 С частицы уплотняются, 30 значительно уменьшается удельная поверхность порошка и химическая активность продукта. Выбор зародышей со степенью гидратации Х=0,5-1,0 на первой стадии гидролиза диктуется 35 необходимостью получения мелкодисперсного осадка, обладающего способностью максимальной сорбции примесных элементов. Гидратированный диоксид титана, выделенный на первой стадии гидролиза, в количестве менее 4Q 15 мас.% не обеспечивает повышение степени чистоты целевого продукта. Проведение гидролиза в условиях выделения ГДТ в количестве более 20% не45 целесообразно,так как это не приводит к дальнейшему повышению чистоты продукта, но снижает его выход. Выбор зародышей со степенью гидратации Х=0,1-0)3 н а В Т О р О й стадии гидролиза 50 объясняется необходимостью получения более крупных частиц осадка, который захватывает минимум примесных элементов, хорошо фильтруется и отмывается. Таким образом, предлагаемый спо5 5 соб позволяет получить диоксид титана с более низким (на 1-2 порядка) содержанием примесей. Продукт имеет удельную поверхность 0,8-1,2 мг/г, насыпную массу 2-2,5, практически 8 1559635 целевого продукта, гидролиз исходноне поглощает влагу и примеси из возго раствора ведут с использованием духа и может быть использован для титановых зародышей при Х=0,5-1 при получения специальных марок оптическислотном факторе 1,1-1,3 в течение кого стекла к волоконной оптики. времени, необходимого для осаждения 15-20% гидратированного диоксида Формула и з о б р е т е н и я титана, полученный осадок отделяют, в раствор вводят титановые зародыши 1. Способ получения диоксида титапри Х=0,1-0,3, нагревают до темперана, включающий термический гидролиз 10 туры гидролиза и выдерживают в течесолянокислого раствора тетрахлорида ние времени, необходимого для полнотитана в присутствии титановых зарого осаждения гидратированного диоксидышей состава ТіОг X Н г 0, отделение, да титана. промывку и прокаливание образовавшегося осадка гидратированного диокси2, Способ п о п . 1 , о т л и ч а ю щ и й с я тем, что прокаливание да титана, о т л и ч а ю щ и й с я осадка ведут при 900-950°С. тем, что, с целью повышения чистоты ПРИМЕРЫ СРАВНЕНИЯ Опыт Іст. Количество концен- кислот- титановые за- коли- ГДТ в трация ный чест- осадке, исход- фактор, к ТіО г во ного _НС1 стеколи- ионов в исat р-ра, ходном "тїоГ" пень чество, T i г/л гидра- мас.% г/л расттации к ТіО^ воре ТіО,« в нсх. мас.% Условия термического гидролиза 170 1,3 0,5 2 Ист. 145 2',2 Х=0,І 3 Іст. 170 і,2 Х=] 2 ІІст. 130 2,0 Х=О,2 !ст. 160 1,1 Х=0,7 15 920 73 135 1,8 Х=0,3 Іст. 170 1,3 Х=СХ,6 Ист. 130 2,2 Х-0,1 3 170 1,3 Х=0,6 2 Ист. 2 1,5 2 150 1,7 Х=0,1 1,9 Х=0,3 3 2 84 2 Сг Квалификация продукта н его количество, г Со 3-10-5 6 І-10-Ч 5-Ю-" 1 -10"* 1-10-* 2 Г.10-5 1-Ю"5 5-Ю"7 5-Ю"' 3-Ю' М б " * 3-Ю-* 5-Ю-7 5-10-7 1-10-5 7 ІЧО'* ОСЧ 7-4 ~140 ОСЧ 7-6 700 2-Ю-1 1-Ю'3 0-74 1-10' 170 ОСЧ 7-6 650 5-Ю" 1.10- 5 2-Ю"7 І -10"^ 3 5 -10"* 5-Ю 950 7-Ю"' 1-Ю"' 3-Ю " 3 1-Ю-* 2-ю"' 2-Ю"* 2.І0-* 5Ч0" 7 4-10"* 1 ЧП Н 5 73 950 4-Ю 10 950 5-10" У 3-Ю' 5-10-5 1 -10-F 3-Ю-5 3-Ю'2 Мп 5 З "70 1 Fe 7-Ю" 20 2 Содержание примесей, мас.% 900 83 2 Ист. Термическая обработка ГДТ,°С да" 550 5 5-!0" s 7 7 7 3-10-J 7 1-Ю"5 3 - Ю ' ' 3-Ю- S-1Q 2 - Ш " З -1(Г 1 -10" 2'І0-г t-l(T 5-Ю"' 3-! * 1 їв~ 4 f 2-Ю 1 8-10"* 1 - І ( Г ( 1 - Ю * 1 З- \