RU2786064C2 - Titanium dioxide production - Google Patents
Titanium dioxide production Download PDFInfo
- Publication number
- RU2786064C2 RU2786064C2 RU2021115459A RU2021115459A RU2786064C2 RU 2786064 C2 RU2786064 C2 RU 2786064C2 RU 2021115459 A RU2021115459 A RU 2021115459A RU 2021115459 A RU2021115459 A RU 2021115459A RU 2786064 C2 RU2786064 C2 RU 2786064C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- leaching
- acid
- residue
- leach
- Prior art date
Links
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 44
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 238000002386 leaching Methods 0.000 claims abstract description 80
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 76
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 74
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 73
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 49
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 239000000049 pigment Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 82
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 51
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 44
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 32
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 238000010411 cooking Methods 0.000 claims description 25
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 22
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 claims description 20
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 claims description 19
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 17
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 15
- 238000004537 pulping Methods 0.000 claims description 13
- VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N Fe3+ Chemical compound [Fe+3] VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000010790 dilution Methods 0.000 claims description 8
- 239000012895 dilution Substances 0.000 claims description 8
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 8
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 6
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 abstract description 15
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 12
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 7
- 238000009835 boiling Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract 2
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 abstract 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 abstract 1
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N iron(II,III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 abstract 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 abstract 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 59
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 34
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 29
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 22
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 21
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 17
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 17
- YDZQQRWRVYGNER-UHFFFAOYSA-N iron;titanium;trihydrate Chemical compound O.O.O.[Ti].[Fe] YDZQQRWRVYGNER-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 7
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 7
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 6
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 6
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 5
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 4
- 239000001038 titanium pigment Substances 0.000 description 4
- 238000004876 x-ray fluorescence Methods 0.000 description 4
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 229910021653 sulphate ion Inorganic materials 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 230000029087 digestion Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 238000013101 initial test Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 2
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 2
- 238000001757 thermogravimetry curve Methods 0.000 description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004448 titration Methods 0.000 description 2
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 2
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010415 TiO(OH) Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000184 acid digestion Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000011362 coarse particle Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000000113 differential scanning calorimetry Methods 0.000 description 1
- 238000001938 differential scanning calorimetry curve Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 229960002089 ferrous chloride Drugs 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 1
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hcl hcl Chemical compound Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 1
- 238000009854 hydrometallurgy Methods 0.000 description 1
- NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L iron dichloride Chemical compound Cl[Fe]Cl NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000002655 kraft paper Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910000000 metal hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004692 metal hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 1
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 239000012258 stirred mixture Substances 0.000 description 1
- HDUMBHAAKGUHAR-UHFFFAOYSA-J titanium(4+);disulfate Chemical class [Ti+4].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O HDUMBHAAKGUHAR-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention belongs
[0001] Настоящее изобретение относится к способу получения диоксида титана. Более конкретно, диоксид титана, полученный способом по настоящему изобретению, предназначен для использования в производстве пигмента диоксида титана.[0001] The present invention relates to a method for producing titanium dioxide. More specifically, the titanium dioxide produced by the process of the present invention is for use in the production of titanium dioxide pigment.
[0002] Еще более конкретно, в предложенном способе в качестве исходного сырья используется остаток от выщелачивания руды титаномагнетитового типа.[0002] Even more specifically, the proposed method uses a residue from the leaching of a titanomagnetite type ore as a feedstock.
Уровень техникиState of the art
[0003] В международной патентной заявке PCT/AU 2011/000519 (WO 2011/143689), поданной настоящим заявителем, описан новый гидрометаллургический процесс извлечения ванадия из титаномагнетитовых руд. В процессе, описанном в заявке PCT/AU 2011/000519, используется комбинация кислотного выщелачивания, экстракции растворителем и отделения для избирательного извлечения ценных металлов. В заявке PCT/AU 2011/000519 также описано исходное сырье для выщелачивания, содержащее некоторое количество железа, причем указанное железо экстрагируется вместе с ванадием. Железо экстрагируется на этапе кислотного выщелачивания вместе с ванадием, поскольку ванадий заключен в титаномагнетитовой матрице. После этого железо вместе с ванадием направляется на этапы экстракции растворителем и отделения для последующего удаления.[0003] In the international patent application PCT/AU 2011/000519 (WO 2011/143689), filed by the present applicant, a new hydrometallurgical process for the extraction of vanadium from titanomagnetite ores is described. The process described in application PCT/AU 2011/000519 uses a combination of acid leaching, solvent extraction and separation to selectively recover valuable metals. PCT/AU 2011/000519 also describes a leaching feedstock containing some iron, said iron being extracted together with vanadium. The iron is extracted in the acid leaching step along with the vanadium, since the vanadium is contained in a titanomagnetite matrix. After that, iron, together with vanadium, is sent to the stages of solvent extraction and separation for subsequent removal.
[0004] Чтобы повысить общую экстракцию и извлечение ванадия, целесообразно минимизировать количество железа или любого другого малоценного материала в исходном сырье для выщелачивания. Кроме того, повышение качества исходного сырья для выщелачивания сводит к минимуму эксплуатационные расходы и капитальные затраты, так как по существу исключаются дополнительные технологические этапы для обработки значительных количеств железа после этапа выщелачивания.[0004] In order to increase the overall extraction and recovery of vanadium, it is advantageous to minimize the amount of iron or any other low value material in the leaching feedstock. In addition, improving the quality of the leach feedstock minimizes operating costs and capital costs, as additional process steps to process significant amounts of iron after the leach step are substantially eliminated.
[0005] В международной патентной заявке PCT/AU 2018/050310 (WO 2018/184067), также поданной настоящим заявителем, описан способ приготовления исходного сырья для выщелачивания, в котором сначала подают руду или концентрат, содержащий ванадий и железо, на этап восстановления для получения восстановленной руды или концентрата, а затем передают восстановленную руду или концентрат на этап выщелачивания трехвалентного железа для получения продукта от выщелачивания трехвалентного железа, содержащего железо, и остаток от выщелачивания трехвалентного железа, содержащий ванадий, причем остаток от выщелачивания трехвалентного железа пригоден для применения в качестве исходного сырья для выщелачивания в целях экстракции и извлечения ванадия.[0005] International Patent Application PCT/AU 2018/050310 (WO 2018/184067), also filed by the present Applicant, describes a process for preparing a leaching feedstock in which an ore or concentrate containing vanadium and iron is first fed into a reduction step for obtaining a reduced ore or concentrate, and then passing the reduced ore or concentrate to a ferric leaching step to obtain a ferric leaching product containing iron and a ferric leaching residue containing vanadium, wherein the ferric leaching residue is suitable for use as feedstock for leaching for extraction and recovery of vanadium.
[0006] В международной патентной заявке PCT/AU 2018/050310 также описана подача остатка от выщелачивания трехвалентного железа на этап кислотного выщелачивания, на котором получают как кислотный продукт выщелачивания, содержащий ванадий, так и остаток от кислотного выщелачивания, содержащий титан. Этап кислотного выщелачивания ведут с использованием соляной кислоты (HCl) в концентрации приблизительно от 15% до 32 мас.% и предпочтительно от около 15% до 20 мас.%. Этап кислотного выщелачивания осуществляют при атмосферном давлении и при температуре в интервале приблизительно от 25°C до 100°C. Предпочтительно, температура находится в интервале приблизительно от 60°C до 80°C.[0006] International Patent Application PCT/AU 2018/050310 also describes feeding ferric leach residue to an acid leach step that produces both an acid leach containing vanadium and an acid leach containing titanium. The acid leaching step is carried out using hydrochloric acid (HCl) at a concentration of from about 15% to 32% by weight and preferably from about 15% to 20% by weight. The acid leaching step is carried out at atmospheric pressure and at a temperature in the range of approximately 25°C to 100°C. Preferably, the temperature is in the range from about 60°C to 80°C.
[0007] Технологические процессы, описанные в обеих международных патентных заявках PCT/AU 2011/000519 и PCT/AU 2018/050310, образуют остаток от выщелачивания под давлением, который имеет высокое содержание титана. Заявители обнаружили, что такой остаток от выщелачивания может служить потенциальным сырьем для установки по производству титановых пигментов. Однако этот остаток от выщелачивания значительно мельче, чем традиционное сырье, и содержит больше диоксида кремния, что, как можно ожидать, отрицательно повлияет на эффективность стандартного или известного хлоринатора установки по производству титановых пигментов.[0007] The processes described in both International Patent Applications PCT/AU 2011/000519 and PCT/AU 2018/050310 form a pressure leach residue that has a high titanium content. Applicants have found that such a leach residue can serve as a potential feedstock for a titanium pigment manufacturing plant. However, this leach residue is much finer than conventional feedstock and contains more silica, which can be expected to adversely affect the efficiency of a standard or known titanium pigment plant chlorinator.
[0008] Одной из целей способа согласно настоящему изобретению является, по существу, решение вышеупомянутых проблем предшествующего уровня техники или, по меньшей мере, создание полезной альтернативы.[0008] One of the objectives of the method according to the present invention is, in essence, the solution of the aforementioned problems of the prior art, or at least the creation of a useful alternative.
[0009] По всему описанию, если контекст не требует иного, термин "содержать" или его варианты, такие как "содержит" или "содержащий", следует понимать как подразумевающий включение указанного целого числа или группы целых чисел, но без исключения любого другого целого числа или группы целых чисел.[0009] Throughout the description, unless the context otherwise requires, the term "comprise" or variants thereof such as "comprises" or "comprising" should be understood to mean the inclusion of a specified integer or group of integers, but without the exclusion of any other integer numbers or groups of integers.
[00010] По всему описанию, если контекст не требует иного, термин "включать в себя" или варианты, такие как "включает в себя" или "включающий в себя", следует понимать как подразумевающий включение указанного целого числа или группы целых чисел, но без исключения любого другого целого числа или группы целых чисел.[00010] Throughout the description, unless the context otherwise requires, the term "comprise" or variations such as "comprises" or "comprising" should be understood to mean the inclusion of a specified integer or group of integers, but without excluding any other integer or group of integers.
[00011] Каждый документ, ссылка, патентная заявка или патент, цитируемые в данном тексте, прямо включены в него полностью в качестве ссылки, что означает, что его следует читать и рассматривать как часть данного документа. Тот факт, что документ, ссылка, заявка на патент или патент, цитируемые в данном тексте, не повторяются в нем, объясняется лишь соображениями краткости.[00011] Each document, reference, patent application or patent cited in this text is expressly incorporated herein in its entirety by reference, which means that it should be read and considered as part of this document. The fact that a document, reference, patent application or patent cited in this text is not repeated in it is for reasons of brevity only.
[00012] Ссылку на цитируемый материал или информацию, содержащуюся в нем, не следует понимать как признание того, что данный материал или информация были частью общеизвестных знаний или были известны в Австралии или любой другой стране на момент подачи настоящей заявки, или любой заявки, по которой может быть испрошен приоритет.[00012] Reference to the material cited or the information contained therein should not be taken as an admission that the material or information was part of the common knowledge or was known in Australia or any other country at the time of filing this application, or any application, under which priority can be claimed.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
[00013] В соответствии с настоящим изобретением предлагается способ получения диоксида титана, заключающийся в том, что:[00013] In accordance with the present invention, a method for producing titanium dioxide is provided, which consists in the fact that:
(i) подвергают титансодержащий остаток от выщелачивания этапу варки с концентрированной серной кислотой, и(i) subjecting the titanium-containing leach residue to a pulping step with concentrated sulfuric acid, and
(ii) затем подвергают этот остаток выщелачиванию в разбавленной серной кислоте для получения,(ii) then subject this residue to leaching in dilute sulfuric acid to obtain,
черного щелока, из которого затем получают диоксид титана, причем остаток от выщелачивания представляет собой остаток от соляно-кислотного выщелачивания руды титаномагнетитового типа.black liquor, from which titanium dioxide is then obtained, and the residue from the leaching is the residue from the hydrochloric acid leaching of the titanomagnetite type ore.
[00014] Предпочтительно, диоксид титана используют для получения пигмента диоксида титана.[00014] Preferably, titanium dioxide is used to produce a titanium dioxide pigment.
[00015] Предпочтительно, концентрация кислоты HCl составляет:[00015] Preferably, the concentration of acid HCl is:
а. приблизительно от 15% до 32 мас. %, илиa. from about 15% to 32 wt. %, or
b. приблизительно от 15% до 20 мас. %.b. from about 15% to 20 wt. %.
[00016] Предпочтительно, исходным сырьем для выщелачивания руды титаномагнетитового типа является продукт выщелачивания трехвалентного железа. Этап выщелачивания трехвалентного железа предпочтительно проводят с хлоридом трехвалентного железа. Предпочтительно, концентрация хлорида железа составляет:[00016] Preferably, the feedstock for leaching the titanomagnetite type ore is a ferric iron leachate. The ferric leaching step is preferably carried out with ferric chloride. Preferably, the ferric chloride concentration is:
а. приблизительно от 10 до 40 мас. %,a. from about 10 to 40 wt. %,
b. приблизительно от 25 до 35 мас. %, илиb. from about 25 to 35 wt. %, or
c. около 28% масс.c. about 28% of the mass.
[00017] Предпочтительно, титансодержащий остаток от выщелачивания имеет P80:[00017] Preferably, the titanium-containing leach residue has a P 80 :
а.≤125 мкм,a.≤125 µm,
b.≤45 мкм, или b.≤45 µm, or
c. < 40 мкм.c. < 40 µm.
[00018] В одной из форм осуществления настоящего изобретения извлечение титана в черный щелок составляет по меньшей мере 98%.[00018] In one form of implementation of the present invention, the extraction of titanium in black liquor is at least 98%.
[00019] Предпочтительно, этап варки проводят при температуре:[00019] Preferably, the cooking step is carried out at a temperature of:
а. выше 175°C или a. above 175°C or
b. около 190°C.b. around 190°C.
[00020] Предпочтительно, этап варки проводят в течение периода:[00020] Preferably, the cooking step is carried out for a period of:
а. приблизительно от 3 до 4 часов, или a. approximately 3 to 4 hours, or
b. около 3 часов.b. about 3 hours.
[00021] Также предпочтительно, смесь остатка от выщелачивания и концентрированной серной кислоты на этапе варки имеет соотношение приблизительно 1:1,27 (г/г).[00021] Also preferably, the mixture of leach residue and concentrated sulfuric acid in the cooking step has a ratio of approximately 1:1.27 (g/g).
[00022] Предпочтительно, на этапе варки (i) обеспечивают по меньшей мере 1,9 г концентрированной H2SO4 на каждый грамм TiO2 в титансодержащем остатке от выщелачивания.[00022] Preferably, cooking step (i) provides at least 1.9 grams of concentrated H 2 SO 4 for every gram of TiO 2 in the titanium-containing leach residue.
[00023] Предпочтительно, разбавленная серная кислота на этапе выщелачивания (ii) представляет собой приблизительно 6%-ную серную кислоту.[00023] Preferably, the dilute sulfuric acid in the leaching step (ii) is about 6% sulfuric acid.
[00024] Также предпочтительно, этап выщелачивания (ii) проводят при температуре около 60°C.[00024] Also preferably, the leaching step (ii) is carried out at a temperature of about 60°C.
[00025] Предпочтительно, этап выщелачивания (ii) проводят в течение приблизительно 15 часов.[00025] Preferably, the leaching step (ii) is carried out for about 15 hours.
[00026] Еще более предпочтительно, этап выщелачивания (ii) проводят при приблизительно 20% твердых веществ.[00026] Even more preferably, the leaching step (ii) is carried out at about 20% solids.
[00027] Предпочтительно, черный щелок извлекают из суспензии, полученной на этапе выщелачивания (ii), путем фильтрации, и твердые вещества промывают для извлечения титана.[00027] Preferably, the black liquor is recovered from the slurry obtained in the leaching step (ii) by filtration and the solids are washed to recover the titanium.
[00028] В одной из форм осуществления настоящего изобретения этап варки протекает автотермически.[00028] In one embodiment of the present invention, the cooking step proceeds autothermally.
[00029] В другой форме настоящего изобретения этап варки дополнительно включает в себя начальное разбавление кислоты. Предпочтительно, кислоту разбавляют водой приблизительно до 88-92%.[00029] In another form of the present invention, the cooking step further includes an initial dilution of the acid. Preferably, the acid is diluted with water to about 88-92%.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
[00030] Настоящее изобретение будет описано далее только в качестве примера со ссылкой на его вариант осуществления и прилагаемые чертежи, на которых:[00030] The present invention will be described hereinafter, by way of example only, with reference to an embodiment thereof and the accompanying drawings, in which:
фиг.1 - график температуры запуска испытания, проведенного в большой печи, показывающий скорость нагрева образца относительно скорости нагрева контрольной термопары печи;Fig. 1 is a graph of the start temperature of a test carried out in a large oven showing the heating rate of the sample versus the heating rate of the furnace reference thermocouple;
фиг.2 - график температуры запуска испытания, проведенного в печи меньшего размера с принудительной вентиляцией и быстрым температурным откликом, также показывающий скорость нагрева образца относительно скорости нагрева контрольной термопары печи;Figure 2 is a graph of the start temperature of a test run in a smaller forced-ventilation oven with a fast temperature response, also showing the rate of sample heating versus the rate of heating of the furnace reference thermocouple;
фиг.3 - график дифференциальной сканирующей калориметрии ильменита и остатка от выщелачивания под давлением, показывающий экзотермические реакции, протекающие в нем при смешивании с кислотой.3 is a differential scanning calorimetry plot of ilmenite and pressure leach residue showing exothermic reactions occurring therein when mixed with acid.
Предпочтительный вариант осуществления изобретенияPreferred embodiment of the invention
[00031] В международной патентной заявке PCT/AU 2018/050310 (WO 2018/184067), полное содержание которой включено в данный документ посредством ссылки, описан способ получения исходного сырья для выщелачивания, в котором:[00031] International patent application PCT/AU 2018/050310 (WO 2018/184067), the entire content of which is incorporated herein by reference, describes a process for producing a leaching feedstock, in which:
подают руду или концентрат, содержащие ванадий и железо, на этап восстановления для получения восстановленной руды или концентрата; иsubmitting an ore or concentrate containing vanadium and iron to a reduction step to obtain a reduced ore or concentrate; and
подают восстановленную руду или концентрат на этап выщелачивания трехвалентного железа для получения щелочного раствора трехвалентного железа, содержащего железо, и остатка от выщелачивания трехвалентного железа, содержащего ванадий,the reduced ore or concentrate is fed to the ferric iron leaching stage to obtain an alkaline solution of ferric iron containing iron and a residue from ferric leaching containing vanadium,
при этом остаток от выщелачивания трехвалентного железа пригоден для применения в качестве исходного сырья для выщелачивания в целях экстракции и извлечения ванадия. В одной из форм осуществления этого изобретения руда или концентрат кроме ванадия и железа содержат также титан.wherein the ferric leaching residue is suitable for use as a leaching feedstock for the extraction and recovery of vanadium. In one form of implementation of this invention, the ore or concentrate, in addition to vanadium and iron, also contains titanium.
[00032] Этап восстановления предпочтительно проводят с использованием углеродного восстановителя. Предпочтительно, в качестве углеродного восстановителя используется кокс. Более предпочтительно, концентрация кокса, выраженная как отношение к стехиометрическому коэффициенту углерода, необходимому для восстановления железа, составляет приблизительно от 0,8 до 6,5. Также предпочтительно, концентрация кокса составляет от 2,5 до 5.[00032] The reduction step is preferably carried out using a carbon reducing agent. Preferably, coke is used as the carbon reducing agent. More preferably, the concentration of coke, expressed as a ratio to the stoichiometric ratio of carbon required to reduce iron, is from about 0.8 to 6.5. Also preferably, the concentration of coke is from 2.5 to 5.
[00033] Без привязки к конкретной теории, отношение углерод/образец, называемое стехиометрическим коэффициентом углерода, рассчитывается с использованием среднего состава титаномагнетита, которым может быть, например, 4FeO.3Fe2O3.2TiO2, вместе со следующими реакциями:[00033] Without wishing to be bound by a particular theory, the carbon/sample ratio, referred to as the stoichiometric carbon coefficient, is calculated using the average composition of titanomagnetite, which can be, for example, 4FeO.3Fe 2 O 3 .2TiO 2 , along with the following reactions:
4FeO (s) + 4C(s) → 4Fe(s) + 4CO(g), и4FeO (s) + 4C (s) → 4Fe (s) + 4CO (g) , and
3Fe2O3(s) + 9C(s) → 6Fe(s) + 9CO(g).3Fe 2 O 3(s) + 9C (s) → 6Fe (s) + 9CO (g) .
[00034] Исходя из этих реакций и состава титаномагнетита, стехиометрический коэффициент углерода составляет 0,153 (масса углерода/масса концентрата).[00034] Based on these reactions and the composition of the titanomagnetite, the stoichiometric coefficient of carbon is 0.153 (wt carbon/wt concentrate).
[00035] Согласно описанию этап восстановления проводится в интервале температур приблизительно от 900°C до 1200°C. Более предпочтительно, этап восстановления проводится в интервале температур приблизительно от 1000°C до 1100°C. Время пребывания на этапе восстановления предпочтительно составляет от 1 до 3 часов. Более предпочтительно, время пребывания на этапе восстановления составляет около 2 часов.[00035] According to the description, the recovery step is carried out in the temperature range from approximately 900°C to 1200°C. More preferably, the recovery step is carried out in the temperature range from about 1000°C to 1100°C. The residence time in the recovery step is preferably 1 to 3 hours. More preferably, the residence time in the recovery step is about 2 hours.
[00036] В одном варианте осуществления этап восстановления проводят с использованием реформированного природного газа.[00036] In one embodiment, the recovery step is carried out using reformed natural gas.
[00037] Предпочтительно, процентное содержание металлизированного железа в восстановленной руде или концентрате составляет приблизительно от 50 до 100%.[00037] Preferably, the percentage of metallized iron in the reduced ore or concentrate is from about 50 to 100%.
[00038] Этап выщелачивания трехвалентного железа предпочтительно проводят с хлоридом трехвалентного железа. Предпочтительно, концентрация хлорида трехвалентного железа находится в интервале приблизительно от 10 до 40 мас. %. Более предпочтительно, концентрация хлорида трехвалентного железа находится в интервале приблизительно от 25 до 35 мас. %. Также предпочтительно, концентрация хлорида трехвалентного железа составляет около 28 мас. %.[00038] The ferric leaching step is preferably carried out with ferric chloride. Preferably, the concentration of ferric chloride is in the range from about 10 to 40 wt. %. More preferably, the concentration of ferric chloride is in the range from about 25 to 35 wt. %. Also preferably, the concentration of ferric chloride is about 28 wt. %.
[00039] Еще предпочтительнее, этап выщелачивания трехвалентного железа проводят при температуре в интервале приблизительно от 60°С до 110°С при атмосферном давлении. Более предпочтительно, этап выщелачивания трехвалентного железа проводят при температуре в интервале приблизительно от 60°С до 80°С при атмосферном давлении. Время пребывания на этапе выщелачивания трехвалентного железа предпочтительно составляет от 1 до 5 часов. Более предпочтительно, это время составляет от 1 до 3 часов.[00039] Even more preferably, the step of leaching the ferric iron is carried out at a temperature in the range from about 60°C to 110°C at atmospheric pressure. More preferably, the step of leaching ferric iron is carried out at a temperature in the range from about 60°C to 80°C at atmospheric pressure. The residence time in the ferric leaching step is preferably 1 to 5 hours. More preferably, this time is from 1 to 3 hours.
[00040] Содержание твердых веществ на этапе выщелачивания трехвалентного железа предпочтительно находится в интервале приблизительно от 3 до 20 мас. %. Более предпочтительно, содержание твердых веществ находится в интервале приблизительно от 3 до 14 мас.% или также предпочтительно от 4 до 5 мас. %.[00040] The solids content in the ferric iron leaching step is preferably in the range of about 3 to 20 wt. %. More preferably, the solids content is in the range from about 3 to 14 wt.% or also preferably from 4 to 5 wt. %.
[00041] Специалистам в данной области техники будет понятно, что содержание твердых веществ во время этапа выщелачивания трехвалентного железа будет зависеть от количества восстановленного железа в восстановленной руде или концентрате и растворимости любого хлорида двухвалентного железа, который образуется во время процесса выщелачивания трехвалентного железа. [00041] Those skilled in the art will appreciate that the solids content during the ferric leaching step will depend on the amount of reduced iron in the reduced ore or concentrate and the solubility of any ferrous chloride that is formed during the ferric leaching process.
[00042] В одном варианте осуществления изобретения, описанного в международной патентной заявке PCT/AU 2018/050310 (WO 2018/184067), способ дополнительно включает в себя этап, на котором:[00042] In one embodiment of the invention described in international patent application PCT/AU 2018/050310 (WO 2018/184067), the method further includes:
подают остаток от выщелачивания трехвалентного железа на этап кислотного выщелачивания для получения продукта кислотного выщелачивания, содержащего ванадий и остаток от кислотного выщелачивания.feeding the ferric iron leaching residue to the acid leaching stage to obtain an acid leaching product containing vanadium and an acid leaching residue.
[00043] Предпочтительно, остаток от кислотного выщелачивания содержит титан.[00043] Preferably, the acid leach residue contains titanium.
[00044] Этап кислотного выщелачивания предпочтительно проводят с использованием соляной кислоты (HCl). Более предпочтительно, концентрация кислоты HCl находится в интервале приблизительно от 15% до 32 мас. %. Также предпочтительно, концентрация кислоты HCl находится в интервале приблизительно от 15% до 20 мас. %.[00044] The acid leaching step is preferably carried out using hydrochloric acid (HCl). More preferably, the concentration of acid HCl is in the range from about 15% to 32 wt. %. Also preferably, the concentration of acid HCl is in the range from about 15% to 20 wt. %.
[00045] Этап кислотного выщелачивания может проводиться при атмосферном давлении или под давлением. Этап кислотного выщелачивания при атмосферном давлении предпочтительно проводят при температуре в интервале приблизительно от 25°C до 100°C. Еще предпочтительнее, этап кислотного выщелачивания при атмосферном давлении предпочтительно проводят при температуре в интервале приблизительно от 60°C до 80°C.[00045] The acid leaching step can be carried out at atmospheric pressure or under pressure. The atmospheric acid leaching step is preferably carried out at a temperature in the range of about 25°C to 100°C. Even more preferably, the atmospheric pressure acid leach step is preferably carried out at a temperature in the range of about 60°C to 80°C.
[00046] В одной из форм осуществления изобретения процентное содержание металлизированного железа в восстановленной руде или концентрате предпочтительно составляет приблизительно от 50 до 70% для этапа кислотного выщелачивания, проводимого при атмосферном давлении, или приблизительно от 70 до 100% для кислотного выщелачивания, проводимого под давлением.[00046] In one embodiment, the percentage of metallised iron in the reduced ore or concentrate is preferably about 50 to 70% for an atmospheric pressure acid leach step, or about 70 to 100% for a pressure acid leach. .
[00047] Этап кислотного выщелачивания, проводимый под давлением, предпочтительно проводят при температуре в интервале приблизительно от 120 до 180°C, более предпочтительно, в интервале приблизительно от 140 до 160°C, и еще предпочтительнее при температуре около 150°C.[00047] The pressure acid leaching step is preferably carried out at a temperature in the range of about 120 to 180°C, more preferably in the range of about 140 to 160°C, and even more preferably at a temperature of about 150°C.
[00048] Время пребывания на этапе кислотного выщелачивания, проводимом при атмосферном давлении, предпочтительно составляет приблизительно от 0,5 до 10 часов. Более предпочтительно, время пребывания на этапе кислотного выщелачивания при атмосферном давлении находится в интервале приблизительно от 6 до 8 часов.[00048] The residence time in the atmospheric acid leaching step is preferably about 0.5 to 10 hours. More preferably, the residence time in the atmospheric pressure acid leach step is in the range of about 6 to 8 hours.
[00049] Предпочтительно, этап кислотного выщелачивания, проводимый под давлением, имеет время пребывания в интервале приблизительно от 0,5 до 4 часов. Более предпочтительно, этап кислотного выщелачивания, проводимый под давлением, имеет время пребывания в интервале приблизительно от 3 до 3,5 часов.[00049] Preferably, the pressure acid leach step has a residence time in the range of about 0.5 to 4 hours. More preferably, the pressure acid leaching step has a residence time in the range of about 3 to 3.5 hours.
[00050] Содержание твердых веществ на этапе кислотного выщелачивания предпочтительно находится в интервале приблизительно от 10 до 30 мас. %. Более предпочтительно, содержание твердых веществ на этапе кислотного выщелачивания находится в интервале приблизительно от 10 до 15 мас. %. Еще предпочтительнее, содержание твердых веществ на этапе кислотного выщелачивания составляет около 11 мас. %.[00050] The solids content in the acid leaching step is preferably in the range of about 10 to 30 wt. %. More preferably, the solids content in the acid leaching step is in the range of about 10 to 15 wt. %. Even more preferably, the solids content in the acid leach step is about 11 wt. %.
[00051] Специалистам в данной области будет понятно, что условия этапа кислотного выщелачивания, например, концентрация кислоты HCl, время пребывания и содержание твердых веществ, регулируются таким образом, чтобы свести к минимуму свободную кислоту в конце этапа кислотного выщелачивания. Предпочтительно, концентрация свободной кислоты в конце этапа кислотного выщелачивания находится в интервале приблизительно от 10 до 40 г/л.[00051] Those skilled in the art will appreciate that the conditions of the acid leach step, eg, HCl acid concentration, residence time, and solids content, are controlled to minimize free acid at the end of the acid leach step. Preferably, the free acid concentration at the end of the acid leaching step is in the range of about 10 to 40 g/l.
[00052] В соответствии с настоящим изобретением предлагается способ получения диоксида титана. Способ включает в себя варку титансодержащего материала, например, остатка от выщелачивания, с концентрированной серной кислотой. Остаток от выщелачивания может быть, например, продуктом выщелачивания титаномагнетитовой руды в соляной кислоте, как было описано выше. Предложенный способ дополнительно включает в себя выщелачивание продукта варки с серной кислотой слабым раствором серной кислоты. При этом получают "черный щелок", содержащий, например, около 80 г/л Ti, 8 г/л Fe, 0,5 г/л V и около 440 г/л свободной кислоты. Извлечение титана в черный щелок превышает 98%, при этом около 79% железа и 90% ванадия также извлекаются в черный щелок из остатка от выщелачивания.[00052] In accordance with the present invention, a method for producing titanium dioxide is provided. The method includes pulping a titanium-containing material, such as a leach residue, with concentrated sulfuric acid. The leach residue can be, for example, the leachate of titanomagnetite ore in hydrochloric acid as described above. The proposed method further includes leaching the sulfuric acid pulp with a weak solution of sulfuric acid. This produces a "black liquor" containing, for example, about 80 g/l Ti, 8 g/l Fe, 0.5 g/l V and about 440 g/l free acid. The recovery of titanium to black liquor exceeds 98%, with about 79% of iron and 90% of vanadium also being recovered to black liquor from the leach residue.
[00053] Предпочтительные условия для извлечения титана предложенным способом были достигнуты при первой варке при 190°C в течение трех часов с использованием смеси остатка от выщелачивания и концентрированной серной кислоты в соотношении 1: 1,27 (г/г). Согласно расчетам, для данного остатка от выщелачивания, содержащего 67,3% TiO2, потребность в кислоте для варки составляет 1,9 г концентрированной H2SO4 на каждый грамм TiO2, содержащегося в образце.[00053] The preferred conditions for the extraction of titanium by the proposed method were achieved in the first boil at 190°C for three hours using a mixture of leach residue and concentrated sulfuric acid in a ratio of 1: 1.27 (g/g). For a given leach residue containing 67.3% TiO 2 , the cooking acid requirement is calculated to be 1.9 grams of concentrated H 2 SO 4 for every gram of TiO 2 contained in the sample.
[00054] Затем остаток после варки дополнительно выщелачивают разбавленной, например, 6%-ной кислотой H2SO4, при приблизительно 60°C в течение приблизительно 15 часов (20% твердых веществ в инкубаторе с встряхиванием) для получения черного щелока. Разделение твердой и жидкой фаз может быть достигнуто путем простой фильтрации.[00054] The boil residue is then further leached with dilute, eg, 6% H 2 SO 4 acid, at about 60° C. for about 15 hours (20% solids in a shaking incubator) to produce black liquor. Separation of solid and liquid phases can be achieved by simple filtration.
[00055] Некоторое разбавление кислоты в начале варки осуществляется для выработки тепла, достаточного для инициирования потенциально автотермического процесса. Сравнительные термограммы кислых суспензий ильменита (который, как известно, протекает автотермически по сульфатному пути) и остатка от выщелачивания, полученного, как описано выше, показывают аналогичное тепловыделение на начальной стадии смешивания и предполагают, что реакция автотермической варки также возможна для титансодержащего остатка от выщелачивания, полученного, как описано выше.[00055] Some dilution of the acid at the beginning of the boil is carried out to generate enough heat to initiate a potentially autothermal process. Comparative thermograms of acidic slurries of ilmenite (which is known to flow autothermally via the sulfate pathway) and the leach residue prepared as described above show similar heat generation in the initial mixing step and suggest that an autothermal pulping reaction is also possible for the titanium-containing leach residue. obtained as described above.
[00056] Были также проведены более тщательные испытания, чтобы установить, можно ли извлечь титан из черного щелока, и получить ориентировочные значения для его содержания и извлечения. Титан извлекали из черного щелока путем гидролиза, при этом был получен мелкий (p80 ~ 10-12 мкм) белый порошок с содержанием TiO2 74,2%, извлечение титана составило 80%. Прокаливание (1000°C) гидролизованного осадка дало потерю массы 22%, что указывает на конечное содержание TiO2 95%.[00056] More extensive tests were also carried out to establish whether titanium could be recovered from black liquor and to provide guidance values for its grade and recovery. Titanium was extracted from black liquor by hydrolysis, and a fine (p80 ~ 10-12 μm) white powder was obtained with a TiO 2 content of 74.2%, the extraction of titanium was 80%. Calcination (1000°C) of the hydrolyzed precipitate gave a weight loss of 22%, indicating a final TiO2 content of 95%.
[00057] Полученный таким образом неочищенный диоксид титана можно подвергнуть поверхностной обработке, чтобы получить продукт с требуемыми характеристиками для титанового пигмента.[00057] The thus obtained crude titanium dioxide can be subjected to surface treatment to obtain a product with the desired characteristics for titanium pigment.
[00058] Далее будет описан способ получения пигмента диоксида титана согласно настоящему изобретению со ссылкой на следующий неограничивающий пример.[00058] Next, a method for producing a titanium dioxide pigment according to the present invention will be described with reference to the following non-limiting example.
ПримерExample
[00059] Способ осуществляли с использованием концентрата из рудного тела Маунт Пик (Mt Peake) заявителя, который имеет относительно крупный гранулометрический состав (~p80 150 мкм) и химический состав, близкий к предполагаемому для предлагаемой коммерческой установки.[00059] The method was carried out using a concentrate from the Mount Peak ore body (Mt Peake) of the applicant, which has a relatively coarse particle size distribution (~
[00060] Как было описано выше в отношении решения по Международной патентной заявке PCT/AU 2018/050310 (WO 2018/184067), концентрат подвергали восстановительному обжигу и выщелачиванию хлоридом железа, чтобы сначала удалить основную массу железа из образца. Остаток от выщелачивания хлоридом железа подвергали выщелачиванию под давлением с использованием соляной кислоты (20% HCl, 20% твердых веществ) при 150°C в течение трех часов. Твердый остаток от выщелачивания отделяли от щелока от выщелачивания, промывали и сушили с получением остатка от выщелачивания под давлением.[00060] As described above in relation to the decision of International Patent Application PCT/AU 2018/050310 (WO 2018/184067), the concentrate was subjected to reduction roasting and ferric chloride leaching to first remove the bulk of the iron from the sample. The ferric chloride leach residue was pressure leached using hydrochloric acid (20% HCl, 20% solids) at 150° C. for three hours. The solid leach residue was separated from the leach liquor, washed and dried to give a pressure leach residue.
[00061] Остатки выщелачивания, полученные из этого концентрата, служили основным сырьем, используемым для изучения потенциала способа по настоящему изобретению в извлечении титана из концентрата заявителя.[00061] The leach residues obtained from this concentrate served as the main feedstock used to study the potential of the method of the present invention in recovering titanium from the Applicant's concentrate.
[00062] Извлечение титана способом по настоящему изобретению осуществляли с использованием варки с концентрированной сернокислотной с последующим выщелачиванием разбавленной серной кислотой (6%) при низкой температуре (60°C) для получения обогащенного или "черного" щелока.[00062] The recovery of titanium by the method of the present invention was carried out using concentrated sulfuric acid pulping followed by leaching with dilute sulfuric acid (6%) at low temperature (60°C) to obtain a rich or "black" liquor.
[00063] Черный щелок с высоким содержанием растворенного титана затем подвергали гидролизу для осаждения гидратированного оксида титана, который затем прокаливали для извлечения продукта TiO2.[00063] The high dissolved titanium black liquor was then hydrolyzed to precipitate hydrated titanium oxide, which was then calcined to recover the TiO 2 product.
[00064] Далее описываются конкретные технологические этапы осуществления способа по настоящему изобретению:[00064] The following describes the specific technological steps for implementing the method of the present invention:
1. Был приготовлен образец из концентрата с использованием обжига, выщелачивания хлоридом железа и выщелачивания под давлением в HCl, как было описано выше;1. A sample was prepared from the concentrate using roasting, ferric chloride leaching and pressure leaching in HCl as described above;
2. Около 50 г остатка от выщелачивания точно отвесили в тарированный испарительный резервуар объемом 400 мл;2. Approximately 50 g of the leach residue was accurately weighed into a tared 400 ml flash tank;
3. Образец поместили в вытяжной шкаф и к нему медленно добавляли концентрированную серную кислоту (88-98%) при постоянном перемешивании с помощью стеклянной/пластмассовой палочки;3. The sample was placed in a fume hood and concentrated sulfuric acid (88-98%) was slowly added to it with constant stirring with a glass/plastic rod;
4. Затем эту гомогенную суспензию/резервуар перенсли в печь Birlec™, предварительно нагретую до желаемой температуры. Печь вентилировалась, чтобы можно было удалить дым отходящих газов;4. This homogeneous slurry/vessel was then transferred to a Birlec™ oven preheated to the desired temperature. The furnace was ventilated so that flue smoke could be removed;
5. Смесь подвергали варке при различных температурах в течение различного времени, прежде чем охладить до 60°C;5. The mixture was boiled at various temperatures for various times before being cooled to 60°C;
6. К остатку после варки медленно добавляли разбавленную серную кислоту (6%) при легком перемешивании (стеклянной или пластиковой палочкой) до получения разбавленной суспензии;6. Dilute sulfuric acid (6%) was slowly added to the boil residue with gentle agitation (glass or plastic rod) until a dilute slurry was obtained;
7. Затем резервуар поместили в лабораторную печь (инкубатор с встряхиванием) при 60°C и перемешивали в течение первых 2 часов. После этого образец оставили на ночь при температуре;7. The tank was then placed in a laboratory oven (shaking incubator) at 60°C and stirred for the first 2 hours. After that, the sample was left overnight at a temperature;
8. Щелок от выщелачивания извлекали центрифугированием (в ранних испытаниях) или фильтрацией (в последних испытаниях) и регистрировали массу и плотность щелока (Anton Paar DMA™35).8. The liquor from the leach was recovered by centrifugation (in early trials) or filtration (in recent trials) and the weight and density of the liquor was recorded (Anton Paar DMA™35).
9. Твердый остаток промывали деионизированной водой (репульпировали) и повторно фильтровали;9. The solid residue was washed with deionized water (repulped) and filtered again;
10. Промывки повторяли и для каждой записывали массу и удельную плотность щелока; и10. The washes were repeated and for each the mass and specific gravity of the liquor were recorded; and
11. Окончательно промытые твердые вещества переносили в стеклянный стакан и сушили в течение ночи при 105°C. Регистрировали окончательную сухую массу.11. The finally washed solids were transferred to a glass beaker and dried overnight at 105°C. The final dry weight was recorded.
[00065] Свободную кислоту выщелачивающего и промывочного растворов определяли путем титрования щелочью (с использованием ЭДТА), и растворы анализировали на содержание металлов с помощью индуктивно связанной плазмы (ICP). Анализы твердого остатка осуществляли с помощью рентгеновской флуоресценции (XRF), а также плавки щелочи/ICP. Извлечение металлов и массовые балансы определяли из анализов щелока и остатков.[00065] The free acid of the leaching and washing solutions was determined by titration with alkali (using EDTA) and the solutions were analyzed for metals using inductively coupled plasma (ICP). Solid residue analyzes were performed using X-ray fluorescence (XRF) as well as alkali melt/ICP. Metal recovery and mass balances were determined from liquor and residue analyzes.
[00066] Титан извлекали из щелоков от сернокислотного выщелачивания (черного щелока) путем гидролиза, как описано в работе by Grzmil B.U. and Bogumil K. “Hydrolysis of titanium Sulfate compounds.” Chemical papers - Slovak Academy of Sciences February 2008.[00066] Titanium was recovered from sulfuric acid leach liquors (black liquor) by hydrolysis as described by Grzmil B.U. and Bogumil K. “Hydrolysis of titanium sulfate compounds.” Chemical papers - Slovak Academy of Sciences February 2008.
[00067] Отбирали порцию черного щелока (100-150 г), точно отвешивали в небольшой химический стакан и помещали на горячую плиту (~80°C).[00067] A portion of black liquor (100-150 g) was taken, accurately weighed into a small beaker and placed on a hot plate (~80°C).
[00068] На основании данных титрования свободной кислоты был рассчитан объем воды, необходимый для разбавления образца черного щелока, чтобы достичь конечной концентрации свободной кислоты 150 г/л или меньше (~300-400 мл). Этот объем деионизированной (DI) воды добавляли в тарированный стакан емкостью 800 мл и нагревали на горячей плите с мешалкой до >80°C.[00068] Based on the free acid titration data, the volume of water needed to dilute the black liquor sample to achieve a final free acid concentration of 150 g/L or less (~300-400 ml) was calculated. This volume of deionized (DI) water was added to an 800 ml tared beaker and heated on a hot plate with stirrer to >80°C.
[00069] При температуре (80-90°C) черный щелок добавляли каплями в перемешиваемую горячую воду. Разбавление черного щелока является экзотермическим, и реакция гидролиза происходит почти при кипении. Черный щелок добавляли в течение 30-40 минут и перемешиваемую смесь поддерживали при 90°C в течение 3 часов. После охлаждения раствору давали отстояться и регистрировали конечную массу.[00069] At a temperature (80-90°C), black liquor was added dropwise to the stirred hot water. The dilution of black liquor is exothermic and the hydrolysis reaction occurs almost at the boil. Black liquor was added over 30-40 minutes and the stirred mixture was maintained at 90° C. for 3 hours. After cooling, the solution was allowed to settle and the final weight was recorded.
[00070] Разделение твердой и жидкой фаз осуществляли с помощью центрифуги, осадок дважды промывали деионизированной водой, и регистрировали массу и удельную плотность щелока от выщелачивания и всех промывок. Промытые твердые частицы сушили в течение ночи при 105°C.[00070] Separation of the solid and liquid phases was carried out using a centrifuge, the precipitate was washed twice with deionized water, and the mass and specific gravity of the liquor from the leach and all washes were recorded. The washed solids were dried overnight at 105°C.
[00071] Описанный выше концентрат, полученный из рудного тела Маунт Пик заявителя, обрабатывали посредством восстановительного обжига, хлорида железа и выщелачивания под давлением, также описанных выше, чтобы получить остатки от выщелачивания, на которых проводились остальные испытания по извлечению титана. В следующей таблице 1 приведены основные элементы химического состава концентрата из рудного тела Маунт Пик заявителя.[00071] The above-described concentrate, obtained from Applicant's Mount Peak orebody, was treated by reduction roasting, ferric chloride, and pressure leaching, also described above, to produce a leach residue on which the rest of the titanium recovery tests were conducted. The following table 1 lists the main elements of the chemical composition of the concentrate from the applicant's Mount Peak orebody.
[00072] Таблица 1[00072] Table 1
[00073] Обжиг концентрата осуществляли в трех кампаниях, в общей сложности 17 партий по 300 г каждая, во вращающейся горшковой печи при температуре около 1050-1100°C в течение 2 часов. Первую кампанию осуществляли со стехиометрией углерода 0,8, которая дала степень удаления железа всего 51%. Это было ниже желаемого, и две последующие кампании осуществляли со стехиометрией углерода 1,0. Это дало более удовлетворительную степень извлечения железа около 80%.[00073] Calcination of the concentrate was carried out in three campaigns, a total of 17 batches of 300 g each, in a rotary pot kiln at a temperature of about 1050-1100°C for 2 hours. The first campaign was run with a carbon stoichiometry of 0.8 which gave an iron removal rate of only 51%. This was less than desired and two subsequent campaigns were run with a carbon stoichiometry of 1.0. This gave a more satisfactory iron recovery of about 80%.
[00074] Остатки от выщелачивания хлоридом железа стали исходным сырьем для выщелачивания под давлением. Две партии выщелачивали 20% HCl при 16% твердых веществ, 150°C и 400 кПа в течение 3 часов. Суспензию отфильтровали, щелок от выщелачивания и промытые твердые вещества подвергли анализу для получения данных по извлечению металлов и массового баланса. В следующей таблице 2 приведены краткие данные по химическому составу материала на каждом этапе (где FCLR означает остаток от выщелачивания хлоридом железа, а pTLR - остаток от выщелачивания под давлением).[00074] The ferric chloride leach residues became the feedstock for pressure leaching. Two batches were leached with 20% HCl at 16% solids, 150° C. and 400 kPa for 3 hours. The slurry was filtered, the leachate and washed solids were analyzed for metal recovery and mass balance data. The following table 2 summarizes the chemical composition of the material at each step (where FCLR is the ferric chloride leach residue and pTLR is the pressure leach residue).
[00075] Таблица 2[00075] Table 2
[00076] Первоначальные варки с серной кислотой для извлечения титана проводились на хлористом железе и остатках от выщелачивания (TLR), а основная часть работ по испытаниям выщелачивания выполнялась на остатках от выщелачивания под давлением (PTLR), полученных из концентрата, произведенного из рудного тела Маунт Пик заявителя. Для получения сравнительных данных было также осуществлено несколько варок с серной кислотой на остатках от выщелачивания хлоридом железа (FCLR, сырье для выщелачивания под давлением) для получения сравнительных данных.[00076] Initial sulfuric acid digestions for titanium recovery were carried out on ferric chloride and leach residues (TLR), and the bulk of the leach testing work was performed on pressure leach residues (PTLR) obtained from concentrate produced from the Mount ore body Peak of the applicant. In order to obtain comparative data, several sulfuric acid digests were also carried out on ferric chloride leach residues (FCLR, feedstock for pressure leaching) to obtain comparative data.
[00077] Анализ основных элементов в различном исходном сырье обобщен в таблице 3 ниже. Остаток TLR был мелким (P80<45 мкм), а PTLR, полученный из более крупного концентрата из рудного тела Маунт Пик заявителя, показал P80 около 125 мкм.[00077] Analysis of major elements in various feedstocks is summarized in Table 3 below. The TLR residue was fine (P 80 <45 µm) and PTLR obtained from the larger concentrate from Applicant's Mount Peak orebody showed a P 80 of about 125 µm.
[00078] Таблица 3[00078] Table 3
[00079] Первоначальные варочные испытания проводились для оценки методологии с использованием исходных материалов, содержащих остаток от выщелачивания хлористым железом (FCLRpp) и остаток от выщелачивания под давлением (TLRpp) из опытной установки заявителя, с указанным выше мелким размером частиц P80<40 мкм.[00079] An initial digestion test was conducted to evaluate the methodology using ferric chloride leach residue (FCLRpp) and pressure leach residue (TLRpp) feedstocks from Applicant's pilot plant, with the above fine particle size P 80 <40 µm.
[00080] Дублирующие образцы FCLRpp (50 г) смешивали с концентрированной серной кислотой (117 г) и нагревали до 300°C в течение 4 часов. Полученную спекшуюся массу охлаждали и выщелачивали водой (800 мл деионизированной) при 80°C в течение 2 часов. Результаты этих испытаний (S19-S1, S2) приведены в следующей таблице 4.[00080] Duplicate samples of FCLRpp (50 g) were mixed with concentrated sulfuric acid (117 g) and heated to 300°C for 4 hours. The resulting sintered mass was cooled and leached with water (800 ml deionized) at 80° C. for 2 hours. The results of these tests (S19-S1, S2) are shown in the following table 4.
[00081] Таблица 4 - Результаты первоначальных испытаний[00081] Table 4 - Initial test results
[00082] Выщелачивание титана в этих экспериментальных условиях дало плохие результаты с извлечением 32-38%. Аналогичная попытка варки/выщелачивания была предпринята на остатке от выщелачивания на опытной установке TLRpp с использованием 100 г образца и 200 г кислоты, варившихся при 280°C в течение 4 часов. Это выщелачивание было модифицировано для использования меньшего количества кислоты (200 мл 50% серной кислоты в течение 2 часов), а отфильтрованные остатки затем дважды промывались 50% кислотой. Целью этой попытки было сохранение выщелоченного титана в растворе (TiOSO4, легко образующего осадок TiO2 при разбавлении) и извлечение любого растворимого титана, захваченного твердыми веществами. Этот способ позволил повысить извлечение титана на 51% (S19 S3, таблица 4). Дополнительная 3-часовая варка при 250°C и выщелачивание 6% кислотой в течение 2 часов без промывки остатка (S19 S4, таблица 4) возвратили к извлечению титана 36%.[00082] Titanium leaching under these experimental conditions gave poor results with a recovery of 32-38%. A similar boil/leach attempt was made on the leach residue in the TLRpp pilot plant using 100 g of sample and 200 g of acid boiled at 280°C for 4 hours. This leach was modified to use less acid (200
[00083] Было решено принять умеренные температуры варки с более длительным временем выщелачивания (используя 6% кислоту) и многократные промывки остатков. Этот модифицированный процесс варки/выщелачивания использовали для извлечения титана из остатка от выщелачивания под давлением, полученного из концентрата Маунт Пик заявителя (PTLR-1).[00083] It was decided to adopt moderate cooking temperatures with longer leaching times (using 6% acid) and multiple washes of residues. This modified pulping/leaching process was used to recover titanium from a pressure leach residue obtained from Applicant's Mount Peak concentrate (PTLR-1).
[00084] Дублирующие образцы (50 г) смешивали с концентрированной серной кислотой (~100 г) и варили при 250°C в течение 3 часов. Полученный осадок охладили и подвергли выщелачиванию разбавленной серной кислотой (200 г 6%) в течение 15 часов при 60°C (инкубатор с перемешиванием). Щелок от выщелачивания отделили от твердых частиц и проанализировали для определения количества титана, извлеченного в раствор. Твердый остаток промыли (4 раза с 6%-ной H2SO4), высушили и проанализировали для определения массового баланса. Результаты этого испытания представлены далее в таблице 5. Расчетные данные по извлечению указаны для анализов XRF и ICP и включают в себя извлечение металлов после этапов промывки.[00084] Duplicate samples (50 g) were mixed with concentrated sulfuric acid (~100 g) and boiled at 250°C for 3 hours. The resulting precipitate was cooled and leached with dilute sulfuric acid (200 g 6%) for 15 hours at 60° C. (stirred incubator). The liquor from the leach was separated from the solids and analyzed to determine the amount of titanium recovered into the solution. The solid residue was washed (4 times with 6% H 2 SO 4 ), dried and analyzed to determine the mass balance. The results of this test are presented in Table 5 below. Estimated recovery data are for XRF and ICP assays and include recovery of metals after wash steps.
[00085] Таблица 5[00085] Table 5
(А) Анализ XPF(A) XPF analysis
(В) Анализ плавка/ICP(B) Heat/ICP analysis
[00086] В этой процедуре использовалось более длительное время выщелачивания с разбавленной кислотой для извлечения и стабилизации титана в растворе. Наряду с промывкой остатков это позволило извлечь более 98% титана из PTLR-1. Такое высокое извлечение титана было повторно подтверждено анализом как щелока, так и твердого вещества, при очень хорошем согласовании массовых балансов.[00086] This procedure used a longer leaching time with dilute acid to recover and stabilize the titanium in solution. Along with washing the residues, this allowed over 98% of the titanium to be recovered from PTLR-1. This high recovery of titanium was re-confirmed by analysis of both liquor and solids, with very good agreement on the mass balances.
[00087] Хотя большая часть железа и ванадия была выщелочена из образца на предшествующих этапах обработки, описанных выше, эта процедура также позволила достичь высоких показателей извлечения этих остаточных металлов (~80 и 90% для Fe и V, соответственно) из PTLR- 1.[00087] Although most of the iron and vanadium were leached from the sample in the previous processing steps described above, this procedure also achieved high recovery rates for these residual metals (~80 and 90% for Fe and V, respectively) from PTLR-1.
[00088] Щелоки от сульфатного выщелачивания, называемые в данном документе "черным щелоком", из PTLR-1 были по существу темно-зелеными (промышленные щелоки имеют черный цвет). Предполагается, что это связано с более низким содержанием железа (4,5%) в используемом исходном сырье. В следующей таблице 6 приведена информация о составе щелока от выщелачивания по результатам обоих опытов по выщелачиванию (чистый щелок от выщелачивания).[00088] The liquors from the sulfate leach, referred to herein as "black liquor", from PTLR-1 were essentially dark green (industrial liquors are black). This is thought to be due to the lower iron content (4.5%) of the feedstock used. The following table 6 provides information on the composition of the leach liquor from the results of both leach tests (pure leach liquor).
[00089] Таблица 6[00089] Table 6
[00090] Из образца S19 S5 было извлечено всего 76 г (46 мл) концентрированного щелока от выщелачивания (из 200 мл добавленной разбавленной кислоты) из-за высокой скорости испарения во время выщелачивания, и поэтому содержание металла в щелоке от выщелачивания было высоким. Титан, извлеченный из щелока от выщелачивания, составлял около 46% титана в PTLR-1, в то время как две промывки (всего 170 мл) остатка от сульфатного выщелачивания обеспечили извлечение большей части оставшихся 54% титана из захваченного раствора.[00090] Only 76 g (46 ml) of concentrated leach liquor (out of 200 ml of dilute acid added) was recovered from sample S19 S5 due to the high evaporation rate during leaching, and therefore the metal content of the leach liquor was high. The titanium recovered from the leach liquor was about 46% titanium in PTLR-1, while two washes (170 ml total) of the sulfate leach residue recovered most of the remaining 54% titanium from the captured solution.
[00091] При втором выщелачивании (S19 S6) потери на испарение были минимизированы и было извлечено всего 232 г (163 мл) зеленого щелока от выщелачивания с содержанием титана около 80 г/л. Извлеченный щелок от выщелачивания содержал 70% титана в PTLR-1, который возрос до >97% после двух промывок (2 х 120 мл) деионизированной водой.[00091] In the second leach (S19 S6), evaporation losses were minimized and only 232 g (163 ml) of green liquor was recovered from the leach with a titanium content of about 80 g/l. The recovered leach liquor contained 70% titanium in PTLR-1, which increased to >97% after two washes (2 x 120 ml) with deionized water.
[00092] Извлечение титана в этих первоначальных испытаниях было высоким, и для подтверждения были проведены две дополнительные сульфатные варки. Испытания по извлечению титана (S19-9, 10) показали извлечение титана выше 99%, как видно в следующей таблице 7, и подтвердили данные высокого извлечения, полученные в более ранних испытаниях.[00092] The recovery of titanium in these initial tests was high, and two additional sulphate pulps were carried out to confirm. Titanium recovery tests (S19-9, 10) showed a titanium recovery above 99% as seen in the following Table 7 and confirmed the high recovery data obtained in earlier tests.
[00093] Затем была выполнена серия испытаний в попытке оптимизировать некоторые экспериментальные условия и уменьшить расход реагента, что также показано в таблице 7.[00093] A series of tests were then performed in an attempt to optimize some experimental conditions and reduce reagent consumption, which is also shown in Table 7.
[00094] Температуры варки (11-13) снижали ступенчато по 25°C с 200°C до 150°C, чтобы определить минимальную требуемую температуру варки. Варки при температуре выше 175°C сохранили степень извлечения титана выше 97%, но уменьшили ее до 89%, когда температура варки упала до 150°C. Предполагается, что предпочтительной является целевая температура варки около 190°C. Поэтому большинство последующих испытаний по оптимизации других переменных проводилось при 190°C или выше.[00094] Cooking temperatures (11-13) were reduced in steps of 25°C from 200°C to 150°C to determine the minimum required cooking temperature. Cooking at temperatures above 175°C kept the titanium recovery above 97%, but reduced it to 89% when the cooking temperature dropped to 150°C. It is assumed that the target cooking temperature is about 190°C. Therefore, most of the subsequent tests to optimize other variables were carried out at 190°C or higher.
[00095] Таблица 7[00095] Table 7
[00096] Влияние общего добавления кислоты и концентрации кислоты на данные по извлечению титана было исследовано в испытаниях 14-22 таблицы 7. Добавки кислоты для этих варочных испытаний основывались на содержании титана в исходном сырье. Однако анализы XRF для этой партии исходного сырья (PTLR-2) были недоступны, и кислотные значения были рассчитаны на основе одного анализа ICP из данных выщелачивания под давлением (61% TiO2).[00096] The effect of total acid addition and acid concentration on titanium recovery data was investigated in Tests 14-22 of Table 7. Acid additions for these cooking tests were based on the titanium content of the feedstock. However, XRF analyzes for this batch of feedstock (PTLR-2) were not available and acid values were calculated from a single ICP analysis from pressure leach data (61% TiO 2 ).
[00097] Результаты испытаний ясно показали заметное снижение извлечения титана для всех этих испытаний и убедительно продемонстрировали, что скорости добавления кислоты были недостаточными для содержания титана в этом сырье. Данные XRF вернулись к показателю 67,3% TiO2, подтверждающему недостаточные уровни кислоты для этих испытаний, и поэтому их повторили (23-27) с пересчитанными более высокими уровнями кислоты. Это привело к значениям извлечения титана выше 90% для всех кислотных испытаний, за исключением испытания 27 (81,9%). В этом испытании использовалось больше кислоты, чем в других, но варка проводилась при более низкой температуре 175°C.[00097] The test results clearly showed a marked reduction in titanium recovery for all of these tests and convincingly demonstrated that the acid addition rates were insufficient for the titanium content of this feedstock. The XRF data reverted to 67.3% TiO 2 , confirming insufficient acid levels for these tests, and were therefore repeated (23-27) with higher acid levels recalculated. This resulted in titanium recovery values above 90% for all acid tests except for test 27 (81.9%). This test used more acid than the others but boiled at a lower temperature of 175°C.
[00098] Кислотные испытания показывают, что на каждый грамм содержания TiO2 в образце сырья требуется минимум 1,9 г H2SO4 (100%). Следовательно, для образца 50 г с 67,3% TiO2 требуется минимальная добавка кислоты (100%) в количестве 64 г (или 65 г 98% H2SO4), чтобы достичь высокого (>90%) извлечения титана. Минимальная добавка кислоты для испытаний 23-27 составила 65 г промышленной 98%-ной серной кислоты (испытания 24 и 26). Максимальное добавление кислоты для испытаний 14-22 составило всего 55 г H2SO4 (или 1,6 г H2SO4 (100%) на грамм TiO2.[00098] Acid tests show that for every gram of TiO 2 content in a raw material sample, a minimum of 1.9 g H 2 SO 4 (100%) is required. Therefore, a 50 g sample with 67.3% TiO 2 requires a minimum acid addition (100%) of 64 g (or 65 g of 98% H 2 SO 4 ) to achieve high (>90%) titanium recovery. The minimum acid addition for tests 23-27 was 65 g commercial grade 98% sulfuric acid (tests 24 and 26). The maximum acid addition for tests 14-22 was only 55 g H 2 SO 4 (or 1.6 g H 2 SO 4 (100%) per gram TiO 2 ).
[00099] Как отмечалось выше, сульфатная варка и выщелачивание титана из ильменита протекают автотермически, и для осуществления варки не требуется дополнительного ввода тепла. Однако остаток от выщелачивания под давлением, являющийся исходным сырьем для способа по настоящему изобретению, содержит больше TiO2, чем ильменит, но значительно меньше железа. Поэтому не было известно, сможет ли исходный остаток от выщелачивания, используемый в качестве сырья для предложенного способа, выделять достаточное количество тепла при начальной экзотермической реакции, чтобы осуществить варку без дополнительного нагревания.[00099] As noted above, the sulphate pulping and leaching of titanium from ilmenite proceed autothermally, and no additional heat input is required to carry out the pulping. However, the pressure leach residue feedstock to the process of the present invention contains more TiO 2 than ilmenite, but significantly less iron. Therefore, it was not known whether the original leach residue used as feedstock for the proposed process could produce enough heat in the initial exothermic reaction to allow the brew to proceed without additional heating.
[000100] Образцы PTLR-3 (50 г) смешивали с серной кислотой (65 г) и водой (10 г) в небольшой керамической посуде, соединенной с термопарой в стеклянной оболочке. Было зарегистрировано начальное повышение температуры после перемешивания, а затем образец медленно нагревали, пытаясь отследить любое начало экзотермической реакции.[000100] Samples of PTLR-3 (50 g) were mixed with sulfuric acid (65 g) and water (10 g) in a small ceramic dish connected to a glass-encased thermocouple. An initial rise in temperature after stirring was recorded and the sample was then slowly heated in an attempt to trace any onset of an exothermic reaction.
[000101] Первое испытание проводилось в большой печи, используемой для варки и выщелачивания. Эта печь имеет большую тепловую массу, и контролируемая скорость нагрева образца значительно отставала от скорости нагрева контрольной термопары печи, как видеть на фиг 1. В результате был получен график температуры образца с небольшими деталями и кривая, которая в целом повторяла профиль печи.[000101] The first test was conducted in a large furnace used for pulping and leaching. This furnace has a large thermal mass, and the controlled heating rate of the sample lagged significantly behind the heating rate of the control furnace thermocouple, as seen in Figure 1. The result was a sample temperature plot with little detail and a curve that broadly followed the profile of the furnace.
[000102] Второе испытание, показанное на фиг. 2, было повторением первого с использованием гораздо меньшей печи с принудительной вентиляцией и быстрым температурным откликом. Этот образец продемонстрировал аналогичное начальное повышение температуры после смешивания с кислотой и водой (20-76°C), а затем его поместили в печь. Температура образца повысилась до температуры печи 100°C через 40 минут, но в образце не наблюдалось никаких значительных отклонений температуры, кроме увеличения заданного значения температуры печи.[000102] The second test shown in FIG. 2 was a repeat of the first, using a much smaller forced-ventilation oven with fast temperature response. This sample showed a similar initial temperature rise after mixing with acid and water (20-76°C) and then placed in the oven. The temperature of the sample rose to an oven temperature of 100° C. after 40 minutes, but no significant temperature deviation was observed in the sample other than an increase in the oven temperature set point.
[000103] Чтобы повысить чувствительность испытания, а также в надежде обнаружить любые экзотермические реакции, небольшой образец PTLR-3 был подвергнут термическому анализу, как показано на фиг. 3. Смесь кислоты с водой готовили отдельно и охлаждали льдом для удаления начального тепла от разбавления. Затем кислоту смешивали с остатком от выщелачивания под давлением и помещали в небольшой керамический держатель образца в термогравиметрическом дифференциальном сканирующем калориметре (TGA/DSC) и нагревали со скоростью 2,5°C/мин до 220°C. Для получения контрольных данных для сравнения был также выполнен аналогичный анализ образца ильменита.[000103] To increase the sensitivity of the test, and also in the hope of detecting any exothermic reactions, a small sample of PTLR-3 was thermally analyzed as shown in FIG. 3. A mixture of acid and water was prepared separately and cooled with ice to remove the initial heat from the dilution. The acid was then mixed with the pressure leach residue and placed in a small ceramic sample holder in a thermogravimetric differential scanning calorimeter (TGA/DSC) and heated at a rate of 2.5°C/min to 220°C. To obtain control data for comparison, a similar analysis of the ilmenite sample was also performed.
[000104] Даже без начальной теплоты разбавления PTLR-1 и ильменит проявляют небольшие экзотермические реакции при перемешивании с кислотой (31-81°C). Экзотермические пики начинают возвращаться к исходному уровню, но останавливаются при температуре около 80°C в обоих образцах. Это говорит о том, что вблизи данной температуры происходит дополнительная экзотермическая реакция. Оба образца возвращаются к исходному уровню около 135°C (небольшое поглощение тепла), а затем выдают большие экзотермические реакции (варку) между 160-210°C.[000104] Even without the initial heat of dilution, PTLR-1 and ilmenite exhibit slight exothermic reactions when mixed with acid (31-81°C). The exothermic peaks begin to return to baseline but stop at about 80°C in both samples. This indicates that an additional exothermic reaction occurs near this temperature. Both samples return to baseline around 135°C (little heat absorption) and then exhibit large exothermic reactions (cooking) between 160-210°C.
[000105] Кривые DSC для ильменита и PTLR-3 очень похожи, и имеют наибольшее расхождение количества тепла, выделяемого в пике экзотермического разложения между 160-210°C. Энергия, выделяемая ильменитом (исходя из площадей пиков незавершенных реакций), приблизительно вдвое больше, чем у образца PTLR-3.[000105] The DSC curves for ilmenite and PTLR-3 are very similar, and have the largest discrepancy in the amount of heat released at the peak of exothermic decomposition between 160-210°C. The energy released by ilmenite (based on the peak areas of incomplete reactions) is approximately twice that of the PTLR-3 sample.
[000106] Поскольку реакция варки начинается при температуре около 160°C, для первоначальных экзотермических реакций потребуется нагреть смеси до этой температуры, чтобы инициировать процесс автотермической варки. Низкотемпературные участки графиков имеют очень похожие профили, и, поскольку известно, что реакция ильменита протекает автотермически, предполагается, что реакция PTLR будет такой же.[000106] Since the cooking reaction starts at about 160° C., the initial exothermic reactions will require the mixtures to be heated to this temperature to initiate the autothermal cooking process. The low temperature portions of the plots have very similar profiles, and since the ilmenite reaction is known to be autothermal, the PTLR reaction is expected to be the same.
[000107] Извлечение титана из щелоков от выщелачивания определяли путем гидролиза небольшой порции щелоков от выщелачивания для получения гидратированного оксида титана (TiO(OH)2). Первоначальное испытание щелока от выщелачивания (S19H1 с использованием щелока от выщелачивания S19 S5) проводили путем простого кипячения щелока для инициирования гидролиза. В результате этого образовались небольшие количества осадка, но в конечном итоге это привело к образованию гелей, которые не способствовали гидролизу или не позволяли разделить твердое вещество и жидкость. Для решения этих проблем была принята процедура разбавления щелоков от выщелачивания горячей водой до целевого конечного количества свободных кислот (Grzmil et al., 2008).[000107] The recovery of titanium from leach liquors was determined by hydrolyzing a small portion of the leach liquors to produce hydrated titanium oxide (TiO(OH) 2 ). An initial leach liquor test (S19H1 using S19 S5 leach liquor) was performed by simply boiling the liquor to initiate hydrolysis. This resulted in small amounts of sediment, but eventually resulted in gels that did not promote hydrolysis or prevent solid-liquid separation. To address these issues, a procedure was adopted to dilute the liquors from hot water leaching to the desired final free acid content (Grzmil et al., 2008).
[000108] В первом (неудачном) испытании гидролиза использовали смесь щелока от выщелачивания (40 г) и первого промывочного раствора (180 г) для получения раствора приблизительного состава, подходящего для гидролиза, который представлен в таблице 8. Первоначальное кипячение этого раствора привело к образованию геля, из которого не был получен осадок. Дополнительная проба жидкости во время фазы кипения (~45 г) была попыткой отслеживать ход гидролиза (через изменения в анализах щелока), но он прекращался после образования геля.[000108] In the first (failed) hydrolysis test, a mixture of leach liquor (40 g) and first wash solution (180 g) was used to obtain a solution of approximate composition suitable for hydrolysis, which is presented in table 8. Initial boiling of this solution led to the formation gel from which no precipitate was obtained. An additional liquid sample during the boiling phase (~45 g) was an attempt to monitor the progress of hydrolysis (through changes in the liquor assays), but it stopped after gel formation.
[000109] Таблица 8[000109] Table 8
[000110] Этот гелеобразный образец разбавляли обратно путем добавления воды (50 мл). Осталось около 114 г щелока (с 446 г/л свободной кислоты), который затем обработали по методу, описанному Grzmil et al., 2008. Щелок от выщелачивания нагревали, а затем добавляли по каплям к 225 г горячей деионизированной воды, чтобы извлечь титан посредством гидролиза. Объем горячей воды был рассчитан для достижения конечного значения свободной кислоты ниже 150 г/л.[000110] This gel sample was diluted back by adding water (50 ml). Approximately 114 g of liquor remained (with 446 g/l free acid) which was then treated according to the method described by Grzmil et al. hydrolysis. The volume of hot water was calculated to achieve a final free acid value below 150 g/l.
[000111] В таблице 9 представлен анализ двух потоков исходного щелока и 1 и 2-часовых образцов. Массовый баланс был скорректирован для этой группы образцов. При этом общий вклад титана в процесс гидролиза составил (4,45+7,54-1,411-2,027-0,036-0,108) = 8,41 г (таблица 12). [000111] Table 9 shows the analysis of the two streams of the original liquor and 1 and 2 hour samples. The mass balance has been corrected for this group of samples. In this case, the total contribution of titanium to the hydrolysis process was (4.45+7.54-1.411-2.027-0.036-0.108) = 8.41 g (Table 12).
[000112] Таблица 9[000112] Table 9
[000113] Отработанный раствор от гидролиза, включая однократную промывку (таблица 10 ниже), удержал около 1,68 г титана, что по расчетам составило извлечение 80% титана (таблица 12). Аналогичные расчеты для железа и ванадия дают извлечение этих металлов в осажденные твердые вещества 18,8 и 4,5%, соответственно.[000113] The spent solution from hydrolysis, including a single wash (Table 10 below), retained about 1.68 g of titanium, which was calculated to be an 80% recovery of titanium (Table 12). Similar calculations for iron and vanadium give recovery of these metals to precipitated solids of 18.8% and 4.5%, respectively.
[000114] Анализ высушенного твердого осадка (таблица 11) показал содержание титана 44,5%, что дает извлечение 70,3% титана при гидролизе. Расчетное извлечение железа и ванадия составило 20,5 и 4,4%, соответственно.[000114] Analysis of the dried solid precipitate (table 11) showed a titanium content of 44.5%, which gives a recovery of 70.3% of titanium by hydrolysis. The calculated extraction of iron and vanadium was 20.5 and 4.4%, respectively.
[000115] Таблица 10[000115] Table 10
[000116] Таблица 11[000116] Table 11
[000117] Таблица 12[000117] Table 12
* Сырье+LL1+W1 - (образцы щелока+образцы твердых веществ). Сырье скорректировано для групп образцов 1 часа и 2 часов)* Feed+LL1+W1 - (liquor samples + solids samples). Raw material adjusted for 1 hour and 2 hour sample groups)
[000118] Гидролизованный продукт, тонкий белый порошок, прокаливали при 1000°C для удаления гидратных вод. Потеря массы на этапе прокаливания составила 22%. С поправкой на эту потерю массы содержание TiO2 в прокаленном продукте составляет около 95% (таблица 13 ниже). Основным загрязнителем является железо (~1,5%).[000118] The hydrolyzed product, a fine white powder, was calcined at 1000° C. to remove water of hydration. The weight loss during the calcination step was 22%. Adjusted for this weight loss, the TiO 2 content of the calcined product is about 95% (Table 13 below). The main pollutant is iron (~1.5%).
[000119] Таблица 13[000119] Table 13
[000120] Прокаливание продукта дает потерю массы 22%. Ожидаемая потеря 1 моля воды приблизительно равна 18% и предполагает либо присутствие дополнительного количества воды, либо разложение гидроксидов других металлов.[000120] Ignition of the product gives a weight loss of 22%. The expected loss of 1 mole of water is approximately 18% and suggests either the presence of additional water or decomposition of other metal hydroxides.
[000121] Извлечение титана из второго щелока от выщелачивания (S19 S6) было более простым процессом, в котором для извлечения титана с помощью процесса Grzmil et al., 2008, использовались только щелок от первичного выщелачивания и вода. Образец щелока от выщелачивания (150 г, 105,2 мл) нагревали и добавляли по каплям к горячей деионизированной воде (397 мл) в течение 40 минут. Требуемый объем воды определяли по начальному содержанию свободной кислоты в щелоке от выщелачивания (446 г/л), чтобы получить конечное количество свободной кислоты ниже 100 г/л. В таблице 14 приведены объемы раствора после гидролиза и анализы.[000121] The recovery of titanium from the second leach liquor (S19 S6) was a simpler process in which only primary leach liquor and water were used to recover titanium using the Grzmil et al., 2008 process. A sample of leach liquor (150 g, 105.2 ml) was heated and added dropwise to hot deionized water (397 ml) over 40 minutes. The volume of water required was determined from the initial free acid content of the leach liquor (446 g/l) to give a final free acid below 100 g/l. Table 14 shows the volumes of solution after hydrolysis and analyzes.
[000122] Таблица 14[000122] Table 14
[000123] Анализ щелока от выщелачивания показал 80 г/л Ti с концентрацией свободной кислоты 446 г/л. Целевая концентрация свободной кислоты (<100 г/л) была снижена с намерением просто получить продукт с достаточным извлечением и чистотой для анализа.[000123] Analysis of the leach liquor showed 80 g/L Ti with a free acid concentration of 446 g/L. The target concentration of free acid (<100 g/l) was lowered with the intention of simply obtaining a product with sufficient recovery and purity for analysis.
[000124] Отработанный раствор от гидролиза после охлаждения отделяли от осажденных твердых веществ и анализировали. Осажденные твердые вещества дважды промывали деионизированной водой и анализировали как твердые вещества, так и промывные воды. В таблице 15 приведены данные отработанных растворов от гидролиза. Анализы осадка приведены в таблице 16.[000124] The spent solution from hydrolysis after cooling was separated from the precipitated solids and analyzed. The precipitated solids were washed twice with deionized water and both the solids and the washings were analyzed. Table 15 shows the data of waste solutions from hydrolysis. Sludge analyzes are shown in Table 16.
[000125] Таблица 15[000125] Table 15
[000126] Таблица 16[000126] Table 16
[000127] В следующей таблице 17 приведены данные по извлечению титана из проб раствора и твердого вещества. Данные массового баланса улучшились по сравнению с предыдущим испытанием, и общее извлечение титана было немного выше. Загрязнение железом оказалось меньше, но содержание титана в продукте гидролиза (непрокаленном) оказалось очень похожим на предыдущее испытание (~44,5% Ti). Прокаливание этого продукта дало очень похожее значение потери массы (22,6%) и конечную чистоту TiO2, такую же, как исходная (S19 H1) - около 95,9%.[000127] The following table 17 shows data on the recovery of titanium from solution and solid samples. The mass balance data improved from the previous test and the overall titanium recovery was slightly higher. Iron contamination was found to be less, but the titanium content of the hydrolysis product (uncalcined) was found to be very similar to the previous test (~44.5% Ti). The calcination of this product gave a very similar weight loss (22.6%) and the final purity of TiO 2 is the same as the original (S19 H1) - about 95.9%.
[000128] Как видно из приведенного выше описания, сульфатные варки остатка от выщелачивания под давлением в соответствии с настоящим изобретением давали черный щелок, содержащий около 80 г/л Ti, 8 г/л Fe, 0,5 г/л V и около 440 г/л свободной кислоты. При двух этапах промывки извлечение титана в щелоки от выщелачивания превышало 98%, при этом из остатка от выщелачивания под давлением также извлекались около 79% железа и 90% ванадия.[000128] As can be seen from the above description, the sulphate digestions of the pressure leach residue in accordance with the present invention produced a black liquor containing about 80 g/l Ti, 8 g/l Fe, 0.5 g/l V and about 440 g/l free acid. In two washing steps, the recovery of titanium in the leach liquors exceeded 98%, while about 79% iron and 90% vanadium were also recovered from the pressure leach residue.
[000129] Испытания показывают, что оптимальными условиями для сульфатной варки были 190°C в течение трех часов с использованием смеси остатка от выщелачивания под давлением и концентрированной серной кислоты в соотношении 1: 1,27 (г/г). Остаток от выщелачивания под давлением показал 67,3% TiO2, таким образом, расчеты показывают, что на каждый грамм содержания TiO2 в образце требуется 1,9 г концентрированной H2SO4 (100%).[000129] Testing shows that the optimal conditions for kraft pulping were 190° C. for three hours using a 1:1.27 (g/g) mixture of pressure leach residue and concentrated sulfuric acid. The pressure leach residue showed 67.3% TiO 2 , so the calculations show that for every gram of TiO 2 content in the sample, 1.9 g of concentrated H 2 SO 4 (100%) is required.
[000130] Разбавление кислоты водой приблизительно до 88-92% H2SO4 рекомендуется для инициирования экзотермической реакции при приготовлении суспензии для варки. После выполнения варки черный остаток репульпируют/выщелачивают в 6%-ной кислоте H2SO4 при 60°C в течение 15 часов. Черный щелок извлекают фильтрацией, и твердые вещества промывают (2 х масса исходного сырья с 6% H2SO4) для достижения высокой степени извлечения титана.[000130] Dilution of the acid with water to approximately 88-92% H 2 SO 4 is recommended to initiate an exothermic reaction when preparing the slurry for cooking. After pulping, the black residue is repulped/leached in 6% H 2 SO 4 acid at 60° C. for 15 hours. The black liquor is recovered by filtration and the solids are washed (2 x weight of feedstock with 6% H 2 SO 4 ) to achieve high titanium recovery.
[000131] Испытания показали, что варка при температуре ниже 180°C продемонстрировала быстрое снижение извлечения титана, как и недостаточное добавление кислоты (<1,9 г H2SO4 на грамм TiO2). Для образцов сырья с более высоким содержанием железа (остаток от выщелачивания под давлением=1,9% Fe) может также потребоваться дополнительная кислота, если они значительно отличаются от текущих образцов остатков от выщелачивания под давлением.[000131] Tests have shown that cooking at temperatures below 180°C showed a rapid decrease in titanium recovery, as well as insufficient addition of acid (<1.9 g H 2 SO 4 per gram TiO 2 ). Feed samples with higher iron content (pressure leach residue=1.9% Fe) may also require additional acid if they differ significantly from the current pressure leach residue samples.
[000132] Сравнительные термограммы кислотных суспензий остатка от выщелачивания под давлением и ильменита показывают, что они оба выделяют одинаковое количество тепла на начальной стадии перемешивания. Это предполагает, что автотермическая реакция варки, наблюдаемая для ильменита, может происходить с остатком от выщелачивания под давлением, и, таким образом, предполагается, что это может уменьшить или исключить необходимость во внешнем нагреве на этапе варки.[000132] Comparative thermograms of acidic pressure leach residue slurries and ilmenite show that they both generate the same amount of heat during the initial mixing stage. This suggests that the autothermal pulping reaction observed for ilmenite may occur with the pressure leach residue, and thus it is contemplated that this may reduce or eliminate the need for external heating during the pulping step.
[000133] Некоторое первоначальное извлечение титана из черных щелоков от выщелачивания достигалось посредством гидролиза. Титан в щелоках от сульфатного выщелачивания подвергли гидролизу путем разбавления в горячей воде и получили тонкий белый порошок, содержащий 74,2% TiO2. Извлечение титана гидролизом составило около 80%.[000133] Some initial recovery of titanium from black liquors from leaching was achieved through hydrolysis. The titanium in the liquors from the sulfate leach was hydrolyzed by dilution in hot water to give a fine white powder containing 74.2% TiO 2 . The extraction of titanium by hydrolysis was about 80%.
[000134] Прокаливание (1000°C) продукта показало потерю массы 22%, что было немного выше потери из-за одного моля воды (18%), и обеспечило расчетное содержание 95% TiO2 в прокаленном продукте.[000134] Calcination (1000°C) of the product showed a weight loss of 22%, which was slightly higher than the loss due to one mole of water (18%), and provided a calculated content of 95% TiO 2 in the calcined product.
[000135] Полученный таким образом неочищенный диоксид титана можно подвергнуть поверхностной обработке, чтобы получить продукт с характеристиками, требуемыми для продукта титанового пигмента.[000135] The crude titanium dioxide thus obtained can be subjected to a surface treatment to obtain a product with the characteristics required for a titanium pigment product.
[000136] Модификации и варианты, которые будут очевидны квалифицированному специалисту, следует считать подпадающими под объем настоящего изобретения.[000136] Modifications and variations that will be obvious to a qualified specialist, should be considered falling within the scope of the present invention.
Claims (36)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| AU2018904247 | 2018-11-07 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2021115459A RU2021115459A (en) | 2022-12-07 |
| RU2786064C2 true RU2786064C2 (en) | 2022-12-16 |
Family
ID=
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1426335A2 (en) * | 2002-11-27 | 2004-06-09 | Sachtleben Chemie GmbH | Process for the oxidation of Ti3+ to Ti4+ during titanium dioxide preparation according to the sulphate process |
| WO2005038060A1 (en) * | 2003-10-17 | 2005-04-28 | Bhp Billiton Innovation Pty Ltd | Production of titania |
| RU2518860C2 (en) * | 2009-09-02 | 2014-06-10 | ША Лилинь | Titanium-enriched ilmenite residue, its application and method of obtaining titanium pigment |
| CN105970006A (en) * | 2016-07-07 | 2016-09-28 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | Method for preparing titanium dioxide through high-iron-oxide titanium concentrate |
| CN106011478A (en) * | 2016-06-28 | 2016-10-12 | 重庆远达催化剂制造有限公司 | Method for separating and extracting Ti from waste SCR denitration catalyst in metatitanic acid form |
| CN108315571A (en) * | 2018-01-17 | 2018-07-24 | 中国瑞林工程技术有限公司 | A kind for the treatment of process of Containing Sulfur arsenic material |
| WO2018152628A1 (en) * | 2017-02-24 | 2018-08-30 | Vanadiumcorp Resources Inc. | Metallurgical and chemical processes for recovering vanadium and iron values from vanadiferous titanomagnetite and vanadiferous feedstocks |
| WO2018184067A1 (en) * | 2017-04-05 | 2018-10-11 | Tng Limited | A method for preparing a leach feed material |
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1426335A2 (en) * | 2002-11-27 | 2004-06-09 | Sachtleben Chemie GmbH | Process for the oxidation of Ti3+ to Ti4+ during titanium dioxide preparation according to the sulphate process |
| WO2005038060A1 (en) * | 2003-10-17 | 2005-04-28 | Bhp Billiton Innovation Pty Ltd | Production of titania |
| RU2518860C2 (en) * | 2009-09-02 | 2014-06-10 | ША Лилинь | Titanium-enriched ilmenite residue, its application and method of obtaining titanium pigment |
| CN106011478A (en) * | 2016-06-28 | 2016-10-12 | 重庆远达催化剂制造有限公司 | Method for separating and extracting Ti from waste SCR denitration catalyst in metatitanic acid form |
| CN105970006A (en) * | 2016-07-07 | 2016-09-28 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | Method for preparing titanium dioxide through high-iron-oxide titanium concentrate |
| WO2018152628A1 (en) * | 2017-02-24 | 2018-08-30 | Vanadiumcorp Resources Inc. | Metallurgical and chemical processes for recovering vanadium and iron values from vanadiferous titanomagnetite and vanadiferous feedstocks |
| WO2018184067A1 (en) * | 2017-04-05 | 2018-10-11 | Tng Limited | A method for preparing a leach feed material |
| CN108315571A (en) * | 2018-01-17 | 2018-07-24 | 中国瑞林工程技术有限公司 | A kind for the treatment of process of Containing Sulfur arsenic material |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| BARBARA U. GRZMIL et al., Hydrolysis of titanium sulphate compounds, Chem. Papers, 2008, 62(1), pp. 18-25. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20080124260A1 (en) | Titanium Intermediate Processing | |
| CA1191698A (en) | Treatment of aluminous materials | |
| WO2013100963A1 (en) | Production of titanium dioxide pigments | |
| CN1898401B (en) | Preparation of titanium dioxide | |
| Ismael et al. | New method to prepare high purity anatase TiO2 through alkaline roasting and acid leaching from non-conventional minerals resource | |
| JP7525482B2 (en) | Method for extracting products from titanium-bearing materials | |
| WO2015131266A1 (en) | The production of high-grade synthetic rutile from low-grade titanium-bearing ores | |
| US20080124259A1 (en) | Metal Extraction | |
| WO2008028245A1 (en) | A sulfate process | |
| EP1874970A1 (en) | Improved titanium precipitation process | |
| US2527257A (en) | Process of separating titanium from its ores | |
| RU2786064C2 (en) | Titanium dioxide production | |
| US20210403339A1 (en) | Preparation of titanium dioxide | |
| WO2016112432A1 (en) | Beneficiation of titanium bearing materials | |
| AU2010217184A1 (en) | Zinc oxide purification | |
| WO2006105612A1 (en) | Operating titanium precipitation process | |
| Lu et al. | Cesium extraction from the Taron deposit | |
| Meher et al. | Recovery of Al and Na Values from Red Mud by BaO‐Na2CO3 Sinter Process | |
| US1618795A (en) | Process for the recovery of titanic acid, iron, and magnesia from titaniferous ores | |
| RU2244726C1 (en) | Perovskite concentrate processing method | |
| AU2006230819A1 (en) | Improved titanium precipitation process | |
| AU2006230816A1 (en) | Titanium intermediate processing | |
| AU2006230818A1 (en) | Improved metal extraction | |
| AU2006230817A1 (en) | Operating titanium precipitation process | |
| SE203032C1 (en) |