NO842294L - Fremgangsmaate til fremstilling av titandioksyd-konsentrater - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte til fremstilling

av titandioksyd-konsentrater ved fjerning av jern fra jernoksyd-holdige titanoksydholdige materiale ved hjelp av minst 70 volum-% klorholdige gasser.

Fra US-PS 2.184.885 er det kjent en fremgangsmåte til fjerning av jern fra en jern-titan-malm, hvor en god blanding av malmen med 1-12 vekt-% karbon kloreres ved temperatuerer over 500°C idet hoveddelen av jernet og merkbare mengder titan fordampes som klorider. Det gjenblivende residu består i det vesentlige av titandioksyd med bare litt jern-innhold.

Ved fremgangsmåten til fremstilling av titandioksyd-konsentrater ved fjerning av jern fra jernoksyd-holdige titanoksydholdige materiale etter den europeiske søknad nr. 83 100 378.5 omsetter man det i bevegelse holdte titanoksyd-holdige materiale med en av klor og eventuelt en inertgass bestående gass-blanding i en 800-1300°C oppvarmet reaksjons-sone. Derved danner det seg jern-III-klorid som forflyktiges og det blir tilbake et i det vesentlige av titandioksyd bestående residu.

Uheldig er ved førstnevnte fremgangsmåte at det med hensyn til dens selektivitet er vanskelig å kontrollere, mens ved den sistnevnte fremgangsmåte som forløper endotermt, tilfør-selen av nødvendig varme krever spesielle forholdsregler.

Det er derfor oppfinnelsens oppgave å tilveiebringe en fremgangsmåte til fjerning av jern fra jernoksydholdig titan-oksydholdig materiale med klorholdige gasser, hvor det for tilførsel av klorholdige gasser hvor det for tilførsel av den nødvendige reaksjonsvarme kan ses bort fra en overopp-varmning av reaksjonsdeltagerne ut over den reaksjonstemperatur som skal innstilles. Det oppnås ifølge oppfinnelsen ved at minst 0,1% av 'det i det titanoksydholdige materiale inneholdte jern ved hjelp av et reduksjonsmiddel ved tempera turer fra 500-1300°C fortrinnsvis 600-1100°C overføres i 0-verdi tilstanden, og at det delvis reduserte titanoksyd-holdige materiale omsettes ved temperaturer fra 300-1300°C, fortrinnsvis 500-1100°C med klorholdige gasser.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan etter valg dessuten også være utformet ved at

a) klorerte titanoksyd-holdig materiale utvaskes med vann; b) minst 1% av det i det titanoksyd-holdige materiale inneholdte jern overføres i O-verdi-tilstand; c) anvendes gassformet reduksjonsmiddel; d) som gassformet reduksjonsmiddel anvendes hydrogen; e) som gassformet reduksjonsmiddel anvendes jordgass; f) som gassformet reduksjonsmiddel anvendes karbonmonoksyd; g) gassformet reduksjonsmiddel bringes med en strømnings-hastighet fra 1-100 cm/sek, fortrinnsvis 2-50 cm/sek i berøring med det titanoksyd-holdige materiale; h) som reduksjonsmiddel anvendes karbon, fortrinnsvis i form av koks, i maksimalt støkiometrisk mengde;

i) i klorholdige gasser bringes med en strømningshastighet fra 2-100 cm/sek, fortrinnsvis 5-50 cm/sek, i berøring med det delvis reduserte titanoksyd-holdige materiale.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan det som titan-oksydholdig materiale spesielt anvendes ilmenitt (hovedbestanddel: FeTiO^, Fe^ O^}, leukoksen (forvitrningsproduktclv ilme:nitt= eller titanomagnetit (hovedbestanddel Fe^O^, Fe203, Ti02).

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen forflyktiges ved anvendelse av et titanoksydholdige nateriale som også inneholder oksydisk bundet vanadium og mangan, vanadium som klorid eller oksyklorid samtidig med jern-III-klorid. Mangank]oridet, derimot, forflyktiger seg for en stor del bare ved kloreringstemperc.tur over 900°C, mens det. ved lavere temperaturer i det vesentlige blir tilbake i det titanoksyd-holdige materiale, hvorav kan- utvaskes med vann under dannelse av en ren manganklorid-oppløsning.

Ved fremgangmsåten ifølge oppfinnelsen, forløper den ved klorering delvis reduserte titanoksyd-holdige materiale foregående dannelse av gassformig jern-III-klorid allerede eksotermisk når det delvis reduserte titanoksyd-holdige materiale har mindre innhold av metallisk jern, mens det øvrige jern 'foreligger i toverdig tilstand (fastslått på grunn av røntgenografisk undersøkelse).

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan den delvise re-duksjon av det titanoksyd-holdige materiale ved innstilling av temperaturen ved behandling med reduksjonsmidlet føres således, at den etterfølgende klorering bare forløper svakt eksotermt. Eventuelt kan eksotermigraden av kloreringsreak-sjonen også innstilles ved tilblanding av ikke delvis redusert titanoksyd-holdig materiale.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen anvendes karbon eksempelvis koks som reduksjonsmiddel, således skulle dens kornstørrelse omtrent tilsvare kornstørrelsen av det anvendte titanoksyd-holdige materiale. Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan det som gassformet reduksjonsmiddel også tjene blandinger av hydrogen jordgass eller karbonmonoksyd.

Med fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen oppnås tross en midler-tidig overføring av en del av det i det titanoksydholdige materiale inneholdte jernoksyd til metallisk jern, en prak-tisk talt fullstendig selektivitet med hensyn til adskillelse

av titandioksyd fra oksydisk bundet jern.

I de følgende eksempler betyr prosentangivelsen når intet annet er bemerket, vekt-%, mens de angitte strømningshas-tigheter er referert til reaksjonstemperatur 1 bar og tom-rør.

Bestemmelsen av det metallisk-e -jern i delvis redusert titanoksyd-holdig materiale foregår etter forskriftene av T. Mahmoudian, H. Borsh og H. Specker, som er publisert i "Fresenium<1>Zeitschrift flir Analytische Chemie", bind 288

(1977), side 19-27.

Eksempel 1.

Ved loddrettstående kvartsrør (50 mm diameter) med innsmel-tet Dl-fritt, ble det oppvarmet 200 g ilmenit med kornstør-relse mellom 80 og 500 |im samt sammensetning 54,3% Ti02, 19,4% FeO, 21,8% Fe203, 3,3% MnO og 0,11% V2C>5 under opphvirvling med nitrogen ved 800°C. Deretter ble det i 60 minutter ført gjennom hydrogen med en strømningshastighet på 10 cm/sek gjennom ilmeniten. Etter avkjøling av ilmeniten under gjennomføring av nitrogen, ble det fastslått et vekts-tap på 5,1%. Den delvis reduserte ilmenit inneholder 6,3% metallisk jern, mens det øvrige jern etter en røntgenografisk undersøkelse forelå som FeTiO^. 80 g av den delvis reduserte ilmenit ble oppvarmet under opphvirvling med nitrogen med 998°C og deretter bragt i reaksjons med klorgass (strømningshastighet 18 cm/sek). Etter 5 minutters gjennomføring av klorgass var ved sterk jern-III-klorid dannelse temperaturen øket til 1016°C. Deretter ble under senkning av temperaturen dessuten bare iakttatt en liten jern-III-klorid dannelse. Etter tilsammen 20 minutter ble kloreringen avsluttet.

Som residu ble det tilbake i kvartsrøret 51,2 g av et løst

pulver med Ti02-innhold på 93,0%, et jerninnhold på 3,9%,

et MnO-innhold på 0,2% og et v"205'-innhold på 0,01%.

Eksempel 2.

26 g av den ifølge eksempel 1 delvis reduserte ilmenit og

54 g av det ifølge eksempel 1 dannede sluttprodukt, ble fylt i den i eksempel 1 omta±te anordning, og oppvarmet under opphvirvling med nitrogen til 1000°C. Deretter ble blandingen tilsammen 20 minutter bragt til reaksjons med klorgass (strømningshastighet 10 cm/sek), idet i de første 5 minutter foregikk en temperaturøkning til 1007°C.

Som residu ble det tilbake i kvartsrøret 65,6 g av et løst pulver med et TiC^innn°ld på 97,0% og et jern-innhold på 0,5%, et MnO-innhold på 0,2%, og et V205-innhold på 0,01%.

Eksempel 3.

I den i eksempel 1 omtalte anordning ble det oppvarmet 200

g av den i eksempel 1 anvendte ilmenit under opphvirvling med nitrogen til 1030°C. Deretter ble det i 30 minutter gjennom ilmeniten ført jordgass med en strømningshastighet på 12,1 cm/sek. Den delvis reduserte ilmenit inneholder nå 7,0% metallisk jern.

80 g av den delvis reduserte ilmenit ble opphvirvlet 7 minutter ved temperaturer fra 614-623°C med klorgass (strømnings-hastighet 13 cm/sek.) og bragt til reaksjon. Deretter ble det under opphvirvling med nitrogen oppvarmet til 1003°C

og 5 minutter ført igjennom klorgass (strømningshastighet 13 cm/sek) for å flyktiggjøre mangankloridet.

Som residu ble det tilbake i kvartsrøret 50,6 g av et løst pulver med et Ti02~innhold på 95,5%, og med 1,5% jern.

s

Eksempel 4.

I den i eksempel 1 omtalte anordning ble det oppvarmet 200

g av den i eksempel 1 anvendte ilmenit under opphvirvling med nitrogen ved 1030°C. Deretter ble det i 120 minutter ført igjennom ilmeniten hydrogen med en strømningshastighet på 11,2 cm/sek. Den delvis reduserte ilmenit inneholder nu 20,8% metallisk jern. 60 g av den delvis reduserte ilmenit ble i 20 minutter ved temperaturer fra 623-646°C holdt i bevegelse med klorgass (strømningshastighet 5,1 cm/sek) og bragt til reaksjons.

Det i kvartsrøret gjenblivende residu ble for fjerning av manganklorid utvasket med vann og tørket ved 150°C.

Det tørkede residu veide 40,2 g og inneholder 96,9 g Ti02som 0,1% jern.

Eksempel 5.

I den i eksempel 1 omtalte anordning ble 200 g titanmagne-tit med kornstørrelse mellom 160 og 500 \ im , en volumvekt på 2,5 g/cm<3>samt sammensetning 29,5% Ti02, 51,0% Fe, 0,9% MnO og 0,4% v^^S°PPvarmet under opphvirvling med nitrogen ved 1030°C. Deretter ble det i 120 minutter gjennom titan-magnetiten ført hydrogen med en strømningshastighet på 11,2 cm/sekund. Den delvis reduserte titanomegnatit inneholdt nå 35,9% metallisk jern. 60 g av den delvis reduserte titanomagnetit ble i 20 minutter ved temperaturer fra 705-746°C opphvirvlet med klorgass (strømningshastighet 15,1 cm/sekund)<q>g bragt i reaksjon. Det i kvartsrøret gjenblevne residu ble for fjerning av manganklorid vasket med vann og tørket ved 150°C.

Det tørkede residu veide 23,3 g og inneholdt 92,3% Ti02,

4,0% jern, 0,05% MnO og 0,07% V O

Eksempel 6.

60 g av den delvis reduserte ilmenit ifølge eksempel 4 ble i 20 minutter ved temperaturer fra 583-620°C opphvirvlet med klorgass (strømningshastighet 12 cm/sek) og bragt i reaksjon. Det i kvartsrøret gjenblevne residu ble for fjerning av manganklorid utvasket med vann og tørket ved 150°C.

Det tørkede residu veide 40,6 g og inneholdt 94,0% Ti02

samt 2,5% jern.

Eksempel 7.

50 g av den delvis reduserte ilmenit ifølge eksempel 4 ble i 20 minutter ved temperaturer fra 507-534°C, holdt i bevegelse og bragt i reaksjon, med en av 70 volum-% klor og 30 volum-% nitrogen bestående gassblanding (strømningshastighet 4,5 cm/sek). Det i kvartsrøret gjenblevne residu ble for fjerning av manganklorid utvasket med vann og tørket ved 150°C.

Det tørkede residu veide 33,8 g og inneholdt 93,2% Ti02

samt 2,6% jern.

Eksempel 8.

I den i eksempel 1 omtalte anordning ble 200 g av den i esempel 1 anvendte ilmenit oppvarmet til 1030°C under opphvirvling med nitrogen. Deretter ble det gjennom ilmeniten ført karbonmonoksyd med en strømningshastighet på 11,2 cm/sek. Den delvis reduserte ilmenit inneholder nå 3,3% metallisk jern. 60 g av den delvis reduserte ilmenit ble i 20 minutter ved temperaturer fra 626-634°C holdt i bevegelse med klorgass (strømningshastighet 5,1 cm/sek) og bragt i reaksjon. Det

i kvartsrøret gjenblevne residu ble for fjerning av mangan-

klorid utvasket med vann og tørket ved 150°C.

Det tørkede residu veide 48,4 g og inneholdt 74,0% Ti02

som 16,1% jern.

Eksempel 9.

I den i eksempel 1 omtalte anordning ble det oppvarmet 200

g av den i eksempel 1 anvendte ilmenit under opphvirvling med nitrogen ved 900°C. Deretter ble det i 120 minutter gjennom ilmeniten ført hydrogen med en strømningshastighet på 10 cm/sekund. Den delvis reduserte ilmenit inneholdt nå 18,8% metallisk jern. 60 g av den delvis reduserte ilmenit ble i 20 minutter ved temperaturer fra 548-595°C holdt i bevegelse og bragt til reaksjons med klorgass (strømningshastighet 4,8 cm/sek). Det i kvartsrøret gjenblevne residu ble for fjerning av manganklorid utvasket med vann og tørket ved 150°C.

Det tørkede residu veide 42,5 g og inneholdt 90,5% Ti02

som 5,5% jern.

Eksempel 10.

I den i eksempel 1 omtalte anordning ble det ifylt en god blanding av 80 g ilmenit av samme sammensetning som i eksempel 1 samt med kornstørrelse fra 125-315 (ira og 2 g koksstøv med et karboninnhold på 86,5%, samt med kornstørrelse på 32-315 (am. Etter at luften var fortrengt fra kvartsrøret med nitrogen, ble kvartsrøret oppvarmet til 1050°C og holdt 3 timer ved denne temperatur. Etter avkjøling i nitrogen-atmosfære inneholdt den delvis reduserte ilmenit 3,5% metallisk jern.

60 g av den delvis reduserte ilmenit ble i 20 minutter ved temperaturer på 1040-1053°C opphvirvlet og bragt i reaksjon med 91 volum-% klor og 10 volum-% nitrogen bestående gass-

blanding (strømningshastighet 12 cm/sek).

Som residu ble det tilbake i kvartsrøret 36,9 g av et pulver med et TiC^-innhold på 97,1% og med 0,0% jern.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av titandioksyd-konsentrater ved fjerning av jern fra jernoksyd-holdig titanoksyd-holdig materiale ved hjelp av minst 70 volum-% klorholdige gasser, karakterisert ved at minst 0,1% av det i det titanoksyd-holdige materiale inneholdte jern ved hjelp av-et reduksjonsmiddel ved temperaturer på 500-1300°C, fortrinnsvis 600-1100°C, overføres til den 0-verdige tilstand, og at det delvis reduserte titandioksyd-materialet ved temperaturer fra 300-1300°, fortrinnsvis 500-1100°C, omsettes med de klorholdige gasser.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det klorerte titanoksyd-holdige materiale utvaskes med vann.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at minst 1% av det i det titanoksyd-holdige materiale inneholdte jern overføres i den 0-verdige tilstand.

4. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-3, karakterisert ved at det anvendes et gassformet reduksjonsmiddel.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at det som gassformet reduksjonsmiddel anvendes hydrogen.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at det som gassformet reduksjonsmiddel anvendes jordgass.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at det som gassformet reduksjonsmiddel anvendes karbonmonoksyd.

8. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-7, karakterisert ved at det gassformede reduksjonsmiddel bringes i berøring med det titanoksyd-holdige materiale med en strømningshastighet fra 1-100 cm/sekund, fortrinnsvis 2-50 cm/sekund.

9. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-3, karakterisert ved at det som reduksjonsmiddel anvendes karbon, fortrinnsvis i form av koks i maksimalt støkiometrisk mengde.

10. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-9, karakterisert ved at de klorholdige gasser bringes i berøring med det delvis reduserte titanoksyd-material-holdige materiale med en strømningshastighet fra 2-100 cm/sekund, fortrinnsvis 5-50 cm/sekund.