Спосіб одержання титановмісного сорбенту

Спосіб одержання титановмісного сорбенту, що включає обробку розчину або суспензії гексафтортитанату лужного металу лужним реагентом при заданій температурі, відокремлення цільового продукту і сушіння, який відрізняється тим, що обробку здійснюють шляхом нагрівання суміші розчину або суспензії гексафтортитанату лужного металу з лужним реагентом до 80°С з швидкістю 2-6°С на хвилину Винахід відноситься до галузі хімічної технологи титану і призначений для переробки гексафтортитанату калію, або іншого лужного металу в сорбент Гексафтортитанат калію (K2T1F6) може бути одним з продуктів комплексної переробки ВІДХОДІВ, які утворюються в процесі ХІМІЧНОГО фрезерування або полірування титану та його сплавів Лужний гідроліз K2T1F6 відбувається по рівнянню K2TiF6 + 4КОН -н. 6KF + Ті(ОН)4 (1) [див Лучинский Г П Химия титана М "Химия", 1971, с 252] Відомо спосіб переробки K2T1F6 в гидроксид титану шляхом його обробки 15 - 20%-м розчином луги при 80 - 100°С [див авторське свідоцтво СРСР № 251559] ВІДПОВІДНО ДО вказаного способу одержують гидроксид титану з розбавлених розчинів, які містять не > 4г/л двооксиду титану (12г/л K2T1F6) гідролізом розчину аміаку при рН = 9,0 - 9,5 і температурі 4 - 15°С Але дане рішення не ставить за мету одержання сорбенту Цей спосіб призначений для одержання чистого двооксиду титану Найближчим до заявляемого є спосіб одержання титанвміщуючого сорбенту, викладений в статті Ермакова А А и др - Исследование взаимодействия гексафтортитаната калия с гидроксидами и карбонатами натрия, калия и аммония Журнал неорганической химии 1996 т 41 № 9, С 1432 - 1438 Розчин K2T1F6 уміщували у термостатовану ячейку з мішалкою, установлювали задану температуру і додавали необхідну КІЛЬКІСТЬ лужного реагенту Як лужний реагент використо вували NaOH, або КОН, або NH4OH, або Na2CO3, або ІЧаНСОз, або К 2 СО 3 Суміш перемішували 1 годину при тій же заданій температурі, відстоювали 0,5 години, вимірювали об'єм осаду і рН суспензії Осад відокремлювали фільтруванням і промивали водою (п'ятикратний надлишок) Фільтрат і промивні води об'єднували і визначали концентрацію F, Ті і гексафторотитанат-юну Цільовий продукт сушили у термошафі Даний спосіб обрано прототипом Прототип збігається з винаходом, що заявляється, у наявності спільних, ознак - обробка суспензії або розчину гексафтортитанату лужного металу лужними реагентом, - обробка здійснюється при заданій температурі (у прототипа при 20°С, 40°С, 60°С і 80°С), - відокремлення цільового продукту, - сушіння цільового продукту Але відомий спосіб має суттєві недоліки - мала швидкість фільтрації осаду (високий коефіцієнт фільтрації Кф) - 3,7 - 4,39 * 10 7см/сек, - низькі показники іонообмінних властивостей COGnoFe 3 + 10,9-14,Змг/л В основу винаходу поставлено задачу розробити спосіб одержання титанвміщуючого сорбенту, в якому шляхом нагрівання суміші реагентів з певною швидкістю забезпечити підвищення швидкості фільтрації і покращення іонообмінних властивостей Поставлена задача вирішена в способі одержання титанвміщуючого сорбенту, що включає обробку розчину або суспензії гексафтортитанату лужного металу лужним реагентом при заданій (21)2002042779 (22) 08 04 2002 ( 2 4 ) 1 6 12 2 0 0 2 ю C O СЧ Ю 52315 спільну швидкість гідролізу, тобто аніонів температурі, відокремлення цільового продукту і 2 TiOF5 сушіння тим, що обробку здійснюють шляхом на2 2 TiF 6 + НОН -н. TiF5OH HF грівання суміші розчину або суспензії гексафтор(6) 2 титанату лужного металу з лужним реагентом до T1OF5 + 2ОН + Н2О -н. Ті(0Н)4 + 5F (7) 80°С з швидкістю 2 - 6°С на хвилину Таким чином, КІЛЬКІСТЬ центрів кристалізації Автори вперше встановили, що властивості (швидкість утворення) і швидкість росту кристалеосаду (об'єм осаду, швидкість фільтрації) пдратових зародків залежить від швидкості підйому темваного гідроксиду титану залежать від швидкості ператури і практично не залежить від концентрації підйому температури у процесі лужного гідролізу фторотитанату і лужного реагенту (для концентророзчинів або суспензій K2T1F6 у воді Найбільша ваних розчинів) Наприклад, при 20°С, 120% вишвидкість фільтрації має місце коли швидкість трачання лужного реагенту від стехіометрії (рівпідйому температури 2 - 6°С на хвилину в інтерваняння 1) і великому Т Р для NH4OH = 1 1,5, а лі 20 - 80°С При проведенні гідролізу при 80°С для К2СО3 = 1 5, гідроліз взагалі не відбувається швидкість фільтрації осадів приблизно в 100 разів [див Ермаков А А и др Журнал неорганической менша, а іонообмінні властивості в 1,5 - 2,0 рази химии, 1996, т 41, №9, С 1432-1438] нижчі ніж у зразків, які одержані при заданій (регуВиходячи з наведеної схеми гідролізу аніону 2 льованій) швидкості підйому температури TiFe , (рівняння 6, 7) можна було очікувати, що гідроліз фторотитанатів інших лужних, металів і Таким чином, на прикладі гідролізу фторотиамонію відбуватиметься аналогічно гідролізу фтотанатів лужних металів автори встановили, що для ротитанату калію [див Приклади №№ 14-16) одержання осаду Ті(ОН)4 з добрими фізичними властивостями (кристалічні, малообводнені, які Автори встановили, що при швидкості підйому легко фільтруються) можна збільшити концентратемпературі 2 - 6°С на хвилину осади Ті(ОН)4 мації реагуючих компонентів, але при цьому необхідють добрі фізичні та іонообмінні властивості Змено регулювати швидкість підйому температури в ншувати швидкість підйому температури недоціреакційному об'ємі При цьому рішучу роль викольно, тому, що збільшення часу проведення нує швидкість підйому температури На перший процесу приводить до збільшення витрачення погляд це суперечить правішу Веймарна-Габера енергії, оскільки процес проводять при постійному (а) і ефекту Тананаєва-Кпичко (б) перемішування а) осадження слід вести з розбавлених розчиСпосіб здійснюють таким чином В термостанів, повільно прилипаючи осаджувач, добре перетований реактор, який забезпечено мішалкою мішуючи, вміщують розчин або суспензію гексафтортитанатд, калію, або іншого лужного металу, додають б) гідрофільні осади осаджують швидко з конзадану КІЛЬКІСТЬ концентрованого розчину лужного центрованих розчинів реагенту Після ЦЬОГО нагрівають суміш піднімаючи [див Вассерман И М Химическое осаждение температуру з швидкістю 2 - 6°С/хв до 80°С Наз розчинів Л "Химия", 1980 -С 114-117] гріту масу перемішують на протязі 1 години при З наведеного рівняння (1) видно, що для оде80°С, відстоюють 0,5 години без нагрівання і виміржання кристалічного осаду Ті(ОН)4 необхідно рюють об'єм осаду Осад відокремлюють фільтрупроводити осадження з розбавленого розчину, ванням При повторному пропусканні фільтрата розбавленим лужним реагентом при кімнатній течерез осад під вакуумом (розрядження 1атм) замімпературі На цьому принципі створено винахід по ряють тривалість фільтрації і розраховують коефіа с СРСР№ 251559 цієнт фільтрації (Кф) за формулою Дарсі Автори винаходу, що заявляється, установили, що реакція (1) залежить від температури ТриПісля ЦЬОГО осад промішають водою (500% від валість гідролізу 0,019 М розчину K2TiF6(Na2TiF6) маси вихідної КІЛЬКОСТІ K2T1F6) Осад сушуть при 0,01 М розчином КОН (NaOH) при 20, 40 і 60°С кімнатній температурі і визначають в ньому вміст складає ВІДПОВІДНО 2 години, 15 і 7 хвилин Нагріфтору Далі визначають статистичну обмінну ємтий до 80 - 100°С розчин фторотитанату гідролізукість (СОЄ) по залізу (Fe3+) і фтору (F) ється одразу після додавання еквівалентної КІЛЬПриклад 1 КОСТІ луги В термостатований реактор при кімнатній температурі вміщують 500мл дистильованої води і 5г Автори також встановили, що процес гідролізу K2T1F6 (Т Р = 1 100) Суміш перемішують до пов(1) ступінчастий ного розчинення K2T1F6 і додають 1,48мл 13.5М K2TiF6 + Н2О -н. K2T1F5OH + HF (2) розчину КОН (відповідає 120%-му витраченню від K2TiF5OH + КОН -н. K 3 Ti0F 5 + Н2О (3) стехіометрії лужного реагента, або 4,8моль КОН K 2 Ti0F 5 + 2КОН + Н2О -н. Ті(ОН)4 + 5KF (4) на 1 моль K2T1F6) після цього піднімають темпераабо в іонному вигляді туру в реакторі до 80°С за ЗО хвилин (швидкість TiF 6 2 + 6OH -н. Ті(0Н)4 + 6F (5) підйому температури 2°С на хвилину) і перемішуРеакція залежить від концентрації вільної ють масу при 80°С протягом 1 години Реакційну води (особливо концентровані розчини реагентів масу залишають на 0,5 години без нагрівання і при високих співвідношеннях Т Р), яка бере визначають об'єм осаду - 22,8%, який фільтрують участь у проміжному процесі гідролізату аніону Фільтрат вдруге пропускають через осад і розраTiFe2 (рівняння 2, 4) і концентрації ІОНІВ гідроксилу, ховують коефіцієнт фільтрації Кф = 5,3 * 105см/с яка збільшується при розведенні і залежить від Осад промітають 25мл води, сушуть при кімнатній температури, в першу чергу для слабких лужних температурі до постійної ваги і подрібнюють Після реагентів Таким чином, регулюючи швидкість підцього визначають СОЄ по залізу (Fe3+) і фтору (F), вищення температури ми одночасно впливаємо на які складають 23,2 і 29,3мг/г ВІДПОВІДНО 52315 6 на властивості Ті(ОН)4 Приклади 3 - 1 1 показують вплив виду лужного реагенту на властивості Ті(ОН)4 Приклади 17 - 19 здійснювали у ВІДПОВІД Приклади 2 - 16 здійснювали аналогічно Прикладу 1, але за різними умовами Приклади 2, 3, 5, 6 показують вплив швидкості підйому температури на фізико-хімічні та іонообмінні властивості осаду Ті(ОН)4 Приклади 1,9,10,11 показують вплив Т Р НОСТІ до прототипа Таблиця Вплив технологічних, режимів на властивості гідратованого гідроксиду титану, який одержано шляхом лужного гідролізу МегТіРб, де Me = К, Li, Na, NH4 №№ прикладів Me 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17* 18** 19*** К К К К К К К К К К К К К Na NH4 Li К К К Швидкість підйому температури, °С/хв 2 3 4 4 4 4 4 4 4 4 4 5 6 4 4 4 Т Р 3 кг/дм Вид лужного реагенту Voc Концентрація СОЄ по 3+ F в осаді, % Fe , мг/г 1 100 1 100 1 100 1 100 1 25 1 100 1 100 1 100 1 25 15 13 15 15 1 17 1 100 1 25 13 1 100 1 100 КОН КОН КОН К 2 СО 3 NaOH Na2CO3 NaHCO3 NH4OH КОН КОН КОН КОН КОН NaOH NH4OH КОН КОН КОН NH4OH 22,8 21,4 19,8 8,2 46,3 9,3 9,3 25,7 31,4 60,0 57,8 55,0 56,0 35,7 40,5 40,1 89,5 48,0 54,2 не виявлено н/в н/в 2,5 н/в 1,31 2,1 2,22 н/в н/в 3,0 н/в н/в 1,3 3,3 2,9 4,9 0,5 0,9 23,2 24,1 24,0 21,5 25,4 18,6 18,8 22,0 30,0 24,6 22,0 23,8 24,4 18,6 22,1 25,4 11,0 10,9 14,3 Примітка * -1 -80°C? тривалість перемішування -1 година ** -1 -80°C, тривалість перемішування -1 година ***-1 -15°С, тривалість перемішування - 3 години ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 СОЄ по F мг/г Кф см/с 29,3 29,7 29,4 22,9 22,1 28,1 30,6 26,2 25,6 28,1 22,6 29,1 28,0 28,1 21,3 23,1 18,7 23,4 21,7 5,3*10' 4,9*10' 7,1 * 1 0 ' 5,2*10' 3,1 * 1 0 ' 9,1 * 1 0 ' 9,2*10' 6,0*10' 7,0*10' 6,3*10' 7,3*10' 4,9*10' 0,5*10' 7,1 * 1 0 ' 4,9*10' 5,1 * 1 0 ' 4,34*10' 4,24*10' 3,7*10'