DE1168877B - Verfahren zur Aufarbeitung der bei der Herstellung von Titandioxyd durch Hydrolyse anfallenden schwefelsauren Mutterlauge - Google Patents
Verfahren zur Aufarbeitung der bei der Herstellung von Titandioxyd durch Hydrolyse anfallenden schwefelsauren MutterlaugeInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Internat. Kl.: C Ol g
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Deutsche Kl.: 12 η - 23/06
T 20150IV a /12 η
12. Mai 1961
30. April 1964
12. Mai 1961
30. April 1964
Bei der Herstellung von Titandioxyd durch Hydrolyse der durch Aufschluß von titanhaltigem Material
mit konzentrierter Schwefelsäure erhaltenen Lösungen fällt eine Mutterlauge an, die neben freier Schwefelsäure
Eisensulfat, Titansulfat, Magnesiumsulfat, Vanadiumsulfat und andere Sulfate enthält.
Es sind schon verschiedene Vorschläge zur Aufarbeitung dieser Mutterlauge gemacht worden mit
dem Ziel, die Schwefelsäure, die Titan-, Eisen- und eventuell noch die weiteren Metallsalze voneinander
zu trennen und in verwertbarer Form wiederzugewinnen. Man geht dabei so vor, daß die Mutterlauge
auf eine höhere Schwefelsäurekonzentration (mindestens 60 bis 65 % H2SO4) eingedampft wird. Dabei
fallen die in der Mutterlauge enthaltenen Salze zum größten Teil aus und können durch Filtration
od. dgl. abgetrennt werden. Das Fütrat wird anschließend hochkonzentriert und zum Aufschluß des
titanhaltigen Materials wieder eingesetzt.
In der Weiterverarbeitung des abgetrennten Salzgemisches unterscheiden sich dann die Verfahren.
Nach der deutschen Patentschrift 886 142 wird das Salzgemisch mit wenig Wasser aufgeschlämmt, wobei
es unter Erwärmung hydratisiert und sich löst, worauf dann bei Abkühlung Eisensulfat-heptahydrat auskristallisiert.
Das Filtrat wird wieder in den Produktionsgang der TiOjj-Fabrikation (z. B. zum Lösen der
Aufschlußmasse) rückgeführt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß die im Filtrat der Eisensulfatabtrennung
enthaltenen Metallsalze in die Aufschlußlösung zurückgehen, wodurch die Gefahr der Anreicherung
von Verunreinigungen im Titandioxyd bei der Hydrolyse besteht.
Nach der deutschen Auslegeschrift 1069 125 wird das Salzgemisch in einer bestimmten Menge Wasser
in der Wärme gelöst, dann daraus das Titan durch Hydrolyse abgeschieden und das Filtrat eingedampft
zur Abscheidung von titanfreiem Eisensulfat-monohydrat. Auch dieses Verfahren arbeitet unbefriedigend,
da zur Lösung des Salzgemisches Wasser eingesetzt wird, das später durch Eindampfen wieder
entfernt werden muß. Es entsteht eine für die Abtrennung von Titan durch Hydrolyse ungünstige Ausgangslösung,
da die Titankonzentration gering ist und die Hydrolyse deshalb nur unvollkommen verläuft.
Es fällt Eisensulfat-monohydrat an, das zwar titanfrei ist, aber sonst alle anderen Verunreinigungen
enthält, die beim Abrösten in den Abbrand gehen.
Aus der deutschen Auslegeschrift 1 067 011 ist bekannt, das Salzgemisch in ursprünglicher Mutterlauge
aus der Titanhydrolyse zu lösen. Dann wird gekühlt zur Abscheidung von Eisensulfat-hepta-Verfahren
zur Auf arbeitung der bei der
Herstellung von Titandioxyd durch Hydrolyse
anfallenden schwefelsauren Mutterlauge
Herstellung von Titandioxyd durch Hydrolyse
anfallenden schwefelsauren Mutterlauge
Anmelder:
Titangesellschaft m. b. H., Leverkusen
Als Erfinder benannt:
Dr. Walter Nespital, Leverkusen
hydrat, dieses abfiltriert und das Filtrat eingedampft,
*5 wobei Salzgemisch ausfällt. Dieses stark säurehaltige
Salzgemisch wird erneut wie eben beschrieben in ursprünglicher Mutterlauge aus der Titanhydrolyse
gelöst, aus der Lösung Eisensulfat-heptahydrat abgetrennt usw.; das Verfahren wird im Kreislauf wiederholt,
wobei das Filtrat der Eisensulfatabtrennung laufend an Titansulfat und anderen Nichteisensulfaten
angereichert wird. Nachdem eine bestimmte Titansulfatkonzentration erreicht ist, wird ein Teil
des Filtrats der Eisensulfatabtrennung aus dem Kreislauf abgezweigt und zur TiO2-Gewinnung hydrolysiert.
Bei der Durchführung des Verfahrens wird darauf Wert gelegt, daß der Schwefelsäuregehalt im
Filtrat der Eisensulfatabtrennung hoch ist, um die an die Eisensulfat-heptahydratabscheidung anschließende
Aufkonzentrierung der Schwefelsäure in wirksamer Weise durchzuführen. Auch dieses Verfahren
hat große Nachteile. Die für die Lösung des Salzgemisches verwendete aus der Titanhydrolyse stammende
Mutterlauge enthält 18 bis 22% Schwefelsäure; dieser an sich schon für eine hydrolytische
Gewinnung von Titandioxyd ungünstig hohe Schwefelsäuregehalt wird durch die beim Lösen mit dem
Salzgemisch eingeschleppte stark säurehaltige Haftflüssigkeit erheblich erhöht und durch die Abtrennung
des Eisensulfat-heptahydrates noch weiter gesteigert. Es wird für die TiOa-Gewirmung eine stark
saure Lösung gewonnen, die vor der Hydrolyse mit Wasser verdünnt werden muß. Die dabei erhaltene
Lösung weist neben einem nur geringen Titangehalt
noch immer einen erheblichen Säuregehalt auf und ist deshalb für die Hydrolyse ungünstig.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, die Aufarbeitung der bei der Herstellung von Titandioxyd
durch Hydrolyse anfallenden schwefelsauren Mutter-
lauge unter getrennter Gewinnung von hochkonzentrierter Schwefelsäure, Eisensulfat-heptahydrat, Titandioxyd
und eventuell weiterer Metallverbindungen
409 587/307
durch Eindampfen der Lösung auf etwa 60 bis 65 °/o Schwefelsäure vorzunehmen und dabei die Weiterverarbeitung
des auskristallisierten, abgetrennten Salzgemisches so durchzuführen, daß eine für die Rückgewinnung
des Titans günstige Hydrolysenlösung entsteht, die bei verhältnismäßig hoher Titansulfatkonzentration
eine vergleichsweise niedrige Schwefelsäurekonzentration
aufweist. Es hat sich nun gezeigt, daß dieses Ziel erreicht wird, wenn das' möglichst
eingedampft und abgekühlt. Die in der Mutterlauge enthaltenen und ausgefallenen Salze wie Eisensulfat,
Titansulfat, Magnesiumsulfat usw. werden durch Filtration, Abschleudern oder ähnliche Verfahren
abgetrennt. Für die Durchführung des beanspruchten Verfahrens ist es besonders günstig, wenn das Salzgemisch
in einer möglichst säurefreien Form anfällt. Es muß. daher schon beim Eindampfen und Kühlen
der Mutterlauge auf dieses Ziel hingearbeitet werden,
säurearm gewonnene Salzgemisch bei erhöhter Tem- ίο z.B. durch Zusatz von Kristallkeimen, durch Wahl
peratur in einer schwach schwefelsauren eisenarmen der Verweilzeit, des Säurezulaufes usw. Eventuell ist
Titansulfatlösung gelöst und anschließend gekühlt bei der Abtrennung des Salzgemisches eine Auswird,
die ausgefallenenEisensulfat-heptahydratkristalle Waschung mit wenig Wasser, mit verdünnter, evenabgetrennt
werden und das Filtrat .zum Teil zur Lö- ruell eisenhaltiger Schwefelsäure in der Kälte oder
sung von neuem Salzgemisch verwendet, zum Teil 15 Wärme oder auch mit organischen Lösungsmitteln
hydrolysiert und auf Titandioxyd aufgearbeitet wird. angebracht. Das Verhältnis H2SO4 : TiO2 soll im ab-Nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren werden getrennten Salzgemisch so niedrig wie möglich sein,
die als Sulfate vorliegenden Metalle voneinander ge- Der Wert 4:1 soll dabei möglichst nicht überschrittrennt
und dabei das Eisen, Titan und gegebenen- ten werden. Das Salzgemisch wird in einer verdünnten
falls Vanadium in verwertbarer Form gewonnen. Das 20 Titansulfatlösung bei einer Temperatur von etwa 50
Eisensulfat wird in praktisch säurefreier Form als bis 80° C gelöst. Günstig, vor allem für den Start des
Prozesses, ist eine Titansulfatlösung mit einem Ver-
FeSO4 · 7 H2O abgetrennt. Das erhaltene Heptahydrat
ist sehr sauber und fällt in hoher Ausbeute im Verhältnis zum eingesetzten Volumen an. Das Titan
wird als Oxydhydrat durch Hydrolyse gewonnen.
Im Gegensatz insbesondere zum in der deutschen Auslegeschrift 1067 011 beschriebenen Verfahren
wird durch den Wiedereinsatz des säurearmen Filtrats der Eisensulfatabtrennung zur Auflösung von neuem
hältnis H2SO4: TiO2 von 1,6:1 bis 2:1, wie sie
etwa bei der Titandioxydherstellung vor der Hydrolyse
vorliegt. Die Lösung des Salzgemisches wird, nachdem sie eventuell noch filtriert wurde, auf vorzugsweise
20° C oder tiefer abgekühlt. Dabei fällt Eisensulfat-heptahydrat aus, das durch Filtration
oder ähnliche Maßnahmen abgetrennt und mit wenig
möglichst säurearm aus Hydrolysen-Mutterlauge ge- 30 Wasser gewaschen wird. An Stelle von Wasser kann
wonnenem Salzgemisch eine Lösung gewonnen, die die Auswaschung auch mit einer titanhaltigen und
neben einer hohen Konzentration an Titansulfat und säurearmen Waschflüssigkeit vorgenommen werden,
anderen Nichteisensulfaten eine vergleichsweise ge- Das nach der Abtrennung des Eisensulfats zurückringe
Säurekonzentration besitzt, so daß ein Verdün- bleibende Filtrat wird, gegebenenfalls zusammen mit
nen der Lösung vor dem Abscheiden des Titandi- 35 der Waschflüssigkeit, wieder auf 50 bis 80° C eroxydhydrats
nicht erforderlich ist. Dadurch ist eine wärmt und zum Lösen weiteren Salzgemisches verAusbeute
an TiO2 erzielbar bei gleichzeitiger guter wendet. Dabei reichert sich die Lösung an Titan-Pigmentqualität,
wie sie von keinem anderen der ge- sulfat an. Aus der angereicherten Lösung wird durch
nannten Verfahren erreicht wird. Es tritt zwar im erneute Abkühlung weiteres Eisensulfat-heptahydrat
Kreislaufprozeß des erfindungsgemäßen Verfahrens 4° auskristallisiert und abgetrennt; das Filtrat wird im
auch eine Anreicherung der Lösung an Schwefelsäure Kreislauf erneut zum Lösen von Salzgemisch verauf,
weil durch das Salzgemisch trotz des Waschens wendet und damit an Titansulfat weiter angereichert
anhaftende Schwefelsäure hineingebracht wird. Da usw. Die Grenze der möglichen Anreicherung wird
die Grenze der möglichen Anreicherung der Metall- dann erreicht, wenn die dabei gleichzeitig ansteigende
sulfatlösung dann erreicht wird, wenn die gleichzeitig 45 Schwefelsäurekonzentration eine praktisch obere
ansteigende Schwefelsäurekonzentration eine gewisse Grenze von etwa 500 g/l erreicht. Sobald in dem
Höhe erreicht hat, soll, um eine möglichst hohe An- nach der Abtrennung von Eisensulfat-heptahydrat
reicherung zu erzielen, im erfindungsgemäßen Ver- verbleibenden Filtrat ein Verhältnis Fe: TiO2 von
fahren im Gegensatz zum bekannten Verfahren darauf 0,25 :1 bis maximal 1 :1 und eine Titansulfatkonhingearbeitet
werden, daß das Salzgemisch möglichst 5° zentration von 50 bis 200 g/l, vorzugsweise von 100
säurefrei anfällt, daß zum Start des Kreislaufes dieses bis 160 g/l TiO2 erreicht ist, wird ein Teil des Filtrates
abgezogen und zur Gewinnung von Titandioxyd hydrolysiert, während der Rest des Filtrats in den
Kreislauf zurückgeführt und zur erneuten Lösung von Salzgemisch verwendet wird. Die Abzweigung
der Titansulfatlösung aus dem Kreisprozeß kann sowohl kontinuierlich als auch chargenweise erfolgen.
Die Einstellung der optimalen Anreicherung an Titan im Kreislauf kann durch Zugabe von dünnen Titan-
Die nach Abtrennung des Salzgemisches zurück- 6o sulfatlösungen, säurefreien Waschlösungen od. dgl.
bleibende 60 bis 65°/oige Schwefelsäure kann in üb- erreicht werden. Es ist durch den beanspruchten
Kreisprozeß möglich, eine Titansulfatlösung von z.B.
g/l TiO2 und 360 g/l H2SO4 (Verhältnis H2SO4:
TiO2 = 2:1) oder 100 g/1 TiO., und 400 g/l H2SO4
(Verhältnis H2SO4: TiO2 = 4:1) herzustellen. Eine
solche Titansulfatlösung kann nach den bei der Titandioxydherstellung üblichen Verfahren hydrolysiert
werden.
g/l TiO2 und 360 g/l H2SO4 (Verhältnis H2SO4:
TiO2 = 2:1) oder 100 g/1 TiO., und 400 g/l H2SO4
(Verhältnis H2SO4: TiO2 = 4:1) herzustellen. Eine
solche Titansulfatlösung kann nach den bei der Titandioxydherstellung üblichen Verfahren hydrolysiert
werden.
Salzgemisch in einer möglichst säurearmen Lösung, wie sie z. B. bei der Titandioxydherstellung vor der
Hydrolyse vorliegt, gelöst und somit die Schwefelsäurezufuhr möglichst gering gehalten wird.
Durch Aufarbeitung der bei der Hydrolyse dieser Lösung anfallenden Mutterlauge können auch die
übrigen Bestandteile des Salzgemisches, wie Vanadium, Mangan usw., gewonnen werden.
licher Weise weiter aufkonzentriert und zum Aufschluß wieder eingesetzt werden.
Im einzelnen wird nach dem beanspruchten Verfahren folgendermaßen gearbeitet:
Die bei der Titandioxydherstellung durch Hydrolyse der schwefelsauren Lösung anfallende Mutterlauge
wird bis auf etwa 65fl/o Schwefelsäuregehalt
4,81 einer Hydrolysen-Mutterlauge mit einem
Schwefelsäuregehalt von 18,3% H2SO4 werden durch
Eindampfen auf 65 % H2SO4 konzentriert. Das dabei
ausgefallene Salzgemisch wird nach Abkühlung auf 50° C durch Schleudern abgetrennt und mit 10 Gewichtsprozent
einer lOVoigen Schwefelsäure gewaschen. Es wird so 11 Salzgemisch der Zusammensetzung
A (s. Tabelle 1) erhalten. Das Salzgemisch wird bei 60° C unter Rühren in einer Mischung von
0,67 t Wasser und 4,5 t Filtrat der Zusammensetzung B, das aus dem Kreislauf stammt, gelöst. Die
so erhaltene Lösung (Zusammensetzung C) wird auf 20° C abgekühlt. Die dabei ausgefallenen Eisensulf atheptahydratkristalle
werden mit einer Schleuder abgetrennt und mit wenig Wasser nachgewaschen. Man erhält 1,211 Salz (Zusammensetzung D) und 4,961
Filtrat (Zusammensetzung E).
4,5 t des Filtrats werden zum Lösen von weiteren Mengen Salzgemisch in den Kreislauf zurückgeführt.
Der Rest des Filtrats (0,46 t) wird hydrolysiert; dabei wird mit einer Ausbeute von 96,3 % ein Titanoxydhydrat
erhalten, das eine für die Herstellung von Pigment geeignete Reinheit besitzt.
6,31 einer eisenarmen Hydrolysen-Mutterlauge werden wie im Beispiel 1 behandelt. Es wird dabei
11 Salzgemisch der Zusammensetzung F (s. Tabelle 2) erhalten. Dieses wird bei 60° C unter Rühren in
2 t Filtrat der Zusammensetzung G, das aus dem Kreislauf stammt, gelöst. Die so erhaltene Lösung
(Zusammensetzung H) wird wie im Beispiel 1 weiterbehandelt. Es werden dabei 0,81 Eisensulfat-heptahydrat
(Zusammensetzung I) und 2,2 t Filtrat (Zusammensetzung K) erhalten.
1,651 des Filtrats werden zusammen mit dem
Waschwasser auf die Zusammensetzung G eingestellt und zum Lösen von weiteren Mengen Salzgemisch
in den Kreislauf zurückgeführt. Der Rest des Filtrats (0,551) wird unter Fällung von Titanoxydhydrat
hydrolysiert. Es werden 57 kg Titandioxyd in einer für die Pigmentherstellung geeigneten Form gewonnen.
A | Tabelle | 1 | C | D | E | |
Analysen | 9,2 3,6 22,9 1,6 |
B | 16,6 5,8 6,6 0,8 |
0,3 .0,15 17,7 1,1 |
21,0 7,4 3,3 0,5 |
|
5 H2SO4, "/ο . . TiO2, % ... Fe, °/o |
21,0 7,4 3,3 0,5 |
|||||
Mg, % | ||||||
F | Tabelle | 2 | H | I | K | |
Analysen | 11,9 6,5 14,7 1,7 |
G | 14,9 8,0 7,1 1,2 |
0,5 0,25 17,0 1,8 |
20,1 10,8 3,5 0,95 |
|
1S H2SO4, % .. TiO2, % ... Fe, % |
16,9 8,7 3,3 0,9 |
|||||
Mg, % | ||||||
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Aufarbeitung der bei der Herstellung von Titandioxyd durch Hydrolyse anfallenden schwefelsauren Mutterlauge unter Eindampfen der Lösung auf etwa 60 bis 65 % Schwefelsäure und Abtrennung des auskristallisierten Salzgemisches, dadurch gekennzeichnet, daß das möglichst säurearm gewonnene Salzgemisch bei erhöhter Temperatur in einer schwach schwefelsauren eisenarmen Titansulfatlosung gelöst und anschließend gekühlt wird, die ausgefallenen Eisensulfat-heptahydratkristalle abgetrennt werden und das Filtrat zum Teil zur Lösung von neuem Salzgemisch verwendet, zum Teil hydrolysiert und auf Titandioxyd aufgearbeitet wird.In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 886 142; deutsche Auslegeschriften Nr. 1 069 125, 011;Zeitschrift für anorganische allgemeine Chemie, 196, S. 268, 269 (1931);Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, 8. Auflage, System Nr. 41 (Ti), 1951, S. 350.
Priority Applications (5)
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NL278352D NL278352A (de) | 1961-05-12 | ||
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