Método para la preparación cíclica de esponja de titanio y la coproducción de criolita sódica usando fluotitanato sódico como material intermedio.

Un método de preparación cíclica de esponja de titanio y de coproducción de criolita sódica usando fluotitanato sódico como material intermedio,

que incluye las siguientes etapas: A) adición de ácido fluorhídrico a concentrado de hierro titanífero para permitir una reacción a una temperatura de entre 100 y 200 °C para formar ácido fluotitánico; B) adición de una solución salina mixta de carbonato sódico e hidróxido sódico al ácido fluotitánico, el control del pH ≥ 3-4, la separación del agua ferrosa y el óxido del agua férrica y el óxido, añadiendo adicionalmente la solución salina mixta para alcanzar un pH ≥ 7-8, la obtención de una solución de fluotitanato sódico, la concentración, cristalización y aclarado de la solución de fluotitanato sódico para obtener el material intermedio fluotitanato sódico; C) la puesta de fluotitanato sódico seco en un reactor, la inyección de un gas inerte al reactor después de someter al vacío, el calentamiento del reactor a una temperatura de entre 780 y 1000 °C, la adición de aluminio al reactor y la agitación rápida para permitir la reacción durante 4 a 6 horas a fin de formar la esponja de titanio y criolita sódica; o, la puesta de aluminio en el reactor, la inyección de un gas inerte al reactor después de someter al vacío, el calentamiento del reactor a una temperatura de entre 780 y 1000 °C, la adición de fluotitanato sódico seco al reactor y la agitación rápida para permitir la reacción durante 4 a 6 horas a fin de formar la esponja de titanio y criolita sódica; D) la extracción de la criolita sódica líquida fundida; después de que la criolita sódica líquida fundida se haya enfriado, se tritura y se envía cuantitativamente a una caldera de reacción rotatoria junto con ácido sulfúrico concentrado para permitir una reacción a una temperatura de entre 400 y 500 °C con el fin de formar fluoruro de hidrógeno gaseoso y la mezcla sólida de sulfato sódico y sulfato de sodio y aluminio; la recolección del fluoruro de hidrógeno gaseoso y su disolución en agua para obtener una solución acuosa de ácido fluorhídrico; la reacción de la mezcla sólida de sulfato sódico y sulfato de sodio y aluminio con una solución acuosa de hidróxido sódico después de triturar la mezcla sólida de sulfato sódico y sulfato de sodio y aluminio, y la obtención de una solución acuosa de sulfato sódico después de separar el hidróxido de aluminio sólido; y E) la recirculación de la solución acuosa de ácido fluorhídrico obtenida hacia la parte delantera para lixiviar el concentrado de hierro titanífero, y así conseguir la preparación cíclica del material intermedio fluotitanato sódico.

Método para la preparación cíclica de esponja de titanio y la coproducción de criolita sódica usando fluotitanato sódico como material intermedio 5

Campo técnico de la invención

La divulgación se refiere a un método de preparación de esponja de titanio, y en particular a un método de preparación cíclica de esponja de titanio y de coproducción de criolita sódica usando fluotitanato sódico como material intermedio.

Antecedentes de la invención

El concentrado de hierro titanífero es la principal materia prima mineral para la extracción de titanio. El método de preparación de esponja de titanio existente usa el concentrado de hierro titanífero como material inicial, obtiene un material rico en titanio mediante un proceso de fundición reductora, un proceso de fusión clorada, un proceso de lixiviación con reducción previa en ácido clorhídrico o un proceso de lixiviación con reducción previa en ácido sulfúrico, toma el tetracloruro de titanio que se forma mediante la reacción del material rico en titanio con coque y cloro gaseoso a una temperatura elevada de 1000 º C aproximadamente como material intermedio, y a continuación prepara la esponja de titanio mediante un proceso térmico de reducción con magnesio (proceso de Kroll) o un proceso térmico de reducción con sodio (proceso de Hunter) , en el que el proceso de fundición reductora requiere una alta temperatura de entre 1700 y 1800 º C y obtiene el material rico en titanio después del uso de coque para llevar a cabo la reducción; el proceso de fusión clorado requiere una temperatura elevada de 1000 º C aproximadamente y obtiene el material rico en titanio después del uso de coque y cloro gaseoso para llevar a cabo la reacción; el proceso de lixiviación con reducción previa en ácido clorhídrico requiere que se realice a una alta temperatura de 1200 º C aproximadamente, y usa ácido clorhídrico para llevar a cabo la lixiviación después del uso de coque para efectuar la reducción previa, y a continuación se calienta y se deshidrata el ácido titánico formado para obtener el material rico en titanio; el proceso de lixiviación con reducción previa en ácido sulfúrico requiere que se realice a una temperatura elevada de 1200 º C aproximadamente, y usa ácido sulfúrico para llevar a cabo la lixiviación después del uso de coque para efectuar la reducción previa, y a continuación se calienta y se deshidrata el ácido titánico formado para obtener el material rico en titanio. El tetracloruro de titanio generará el coproducto clorato correspondiente durante la preparación de la esponja de titanio mediante el proceso térmico de reducción con magnesio (proceso de Kroll) o el proceso térmico de reducción con sodio (proceso de Hunter) , y es necesario adoptar un método de fusión electrolítico para separar y reciclar el metal y el cloro gaseoso.

Por tanto, la técnica convencional para la preparación de esponja de titanio que usa tetracloruro de titanio como material intermedio tiene desventajas tales como procesos complejos, condiciones de reacción exigentes, elevadas inversiones en los equipos, ciclo de producción relativamente prolongado, elevado coste de producción y uso poco ecológico de cloro gaseoso.

Resumen de la invención

Para resolver el problema que existe en la técnica convencional, el inventor ha realizado un gran esfuerzo investigador en la selección del material intermedio y el proceso circular del coproducto y, de forma inesperada, ha 45 comprobado que el método para la producción de esponja de titanio usando fluotitanato sódico como material intermedio presenta un proceso simple, recicla el coproducto, rebaja el coste de producción y reduce la polución del medio ambiente.

La divulgación proporciona un método de preparación cíclica de esponja de titanio y de coproducción de 50 criolita sódica usando fluotitanato sódico como material intermedio, que incluye las siguientes etapas:

A) adición de ácido fluorhídrico a concentrado de hierro titanífero para permitir una reacción a una temperatura de entre 100 y 200 º C para formar ácido fluotitánico en el que la fórmula de reacción principal involucrada es: 6HF + TiO2 = H2TiF6 + 2H2O.

B) adición de una solución salina mixta de carbonato sódico e hidróxido sódico al ácido fluotitánico, el control del pH = 3-4, la separación del agua ferrosa y el óxido del agua férrica y el óxido, añadiendo adicionalmente la solución salina mixta para alcanzar un pH = 7-8, la obtención de una solución de fluotitanato sódico, la concentración, cristalización y aclarado de la solución de fluotitanato sódico para obtener el material intermedio

fluotitanato sódico, en la que la fórmula de reacción principal involucrada es:

** (Ver fórmula) **

C) la puesta de fluotitanato sódico seco en un reactor, la inyección de un gas inerte al reactor después de someter al vacío, el calentamiento del reactor a una temperatura de entre 780 y 1000 º C, la adición de aluminio al reactor y la agitación rápida para permitir la reacción durante 4 a 6 horas a fin de formar la esponja de titanio y criolita sódica; o, la puesta de aluminio en el reactor, la inyección de un gas inerte al reactor después de someter al vacío, el calentamiento del reactor a una temperatura de entre 780 y 1000 º C, la adición de fluotitanato sódico seco al reactor y la agitación rápida para permitir la reacción durante 4 a 6 horas a fin de formar la esponja de titanio y criolita sódica; después de mantener en reposo, el líquido sobrenadante es criolita sódica y la capa inferior de esponja de titanio se puede retirar del residuo superficial mediante lixiviación ácida o destilación, en la que la fórmula de la reacción principal involucrada es:

** (Ver fórmula) **

D) la extracción de la criolita sódica líquida fundida; después de que la criolita sódica líquida fundida se haya enfriado, se tritura y se envía cuantitativamente a una caldera de reacción rotatoria junto con ácido sulfúrico concentrado para permitir una reacción a una temperatura de entre 400 y 500 º C con el fin de formar fluoruro de 20 hidrógeno gaseoso y la mezcla sólida de sulfato sódico y sulfato de sodio y aluminio; la recolección del fluoruro de hidrógeno gaseoso y su disolución en agua para obtener una solución acuosa de ácido fluorhídrico; la reacción de la mezcla sólida de sulfato sódico y sulfato de sodio y aluminio con una solución acuosa de hidróxido sódico después de triturar la mezcla sólida de sulfato sódico y sulfato de sodio y aluminio, y la obtención de una solución acuosa de sulfato sódico después de separar el hidróxido de aluminio sólido, en la que la fórmula de reacción principal involucrada es:

** (Ver fórmula) **

E) la recirculación de la solución acuosa de ácido fluorhídrico obtenida hacia la parte delantera para lixiviar 30 el concentrado de hierro titanífero, y así conseguir la preparación cíclica del material intermedio fluotitanato sódico.

Con el esquema técnico anterior, se usa fluotitanato sódico para sustituir el tetracloruro de titanio como material intermedio para la preparación de la esponja de titanio, de esta forma, el proceso es simple, las condiciones de reacción son relativamente suaves, el flujo de producción es corto, el coproducto criolita sódica obtenido puede producir la regeneración cíclica del fluotitanato sódico requiriendo únicamente materiales químicos habituales tales como ácido sulfúrico concentrado e hidróxido sódico industriales, no es necesario usar cloro gaseoso y realizar electrólisis en estado fundido, se rebaja el coste de producción y se reduce la polución del medio ambiente.

El esquema técnico adoptado anteriormente supera las desventajas en los procesos convencionales, tales 40 como procesos complejos, elevadas inversiones en los equipos, alto coste de producción, ciclo de producción relativamente prolongado, y facilidad para que se produzca polución medioambiental.

Como mejora adicional de la divulgación, en la etapa C, el aluminio es aluminio fundido que se añade al reactor por goteo, o primero se añade el aluminio al reactor y a continuación se introduce de forma discontinua 45 fluotitanato sódico seco al reactor después de que el aluminio se haya fundido, en el que la completitud de esta

reacción puede ser superior o igual al 95 %.

Como mejora adicional de la divulgación, en la etapa C, el gas inerte es argón.

En comparación con la técnica convencional, la divulgación consigue las ventajas siguientes: el uso de fluotitanato sódico como material intermedio, el método de preparación presenta un proceso simple y un ciclo... [Seguir leyendo]

1. Un método de preparación cíclica de esponja de titanio y de coproducción de criolita sódica usando fluotitanato sódico como material intermedio, que incluye las siguientes etapas: A) adición de ácido fluorhídrico a 5 concentrado de hierro titanífero para permitir una reacción a una temperatura de entre 100 y 200 º C para formar ácido fluotitánico; B) adición de una solución salina mixta de carbonato sódico e hidróxido sódico al ácido fluotitánico, el control del pH = 3-4, la separación del agua ferrosa y el óxido del agua férrica y el óxido, añadiendo adicionalmente la solución salina mixta para alcanzar un pH = 7-8, la obtención de una solución de fluotitanato sódico, la concentración, cristalización y aclarado de la solución de fluotitanato sódico para obtener el material 10 intermedio fluotitanato sódico; C) la puesta de fluotitanato sódico seco en un reactor, la inyección de un gas inerte al reactor después de someter al vacío, el calentamiento del reactor a una temperatura de entre 780 y 1000 º C, la adición de aluminio al reactor y la agitación rápida para permitir la reacción durante 4 a 6 horas a fin de formar la esponja de titanio y criolita sódica; o, la puesta de aluminio en el reactor, la inyección de un gas inerte al reactor después de someter al vacío, el calentamiento del reactor a una temperatura de entre 780 y 1000 º C, la adición de 15 fluotitanato sódico seco al reactor y la agitación rápida para permitir la reacción durante 4 a 6 horas a fin de formar la esponja de titanio y criolita sódica; D) la extracción de la criolita sódica líquida fundida; después de que la criolita sódica líquida fundida se haya enfriado, se tritura y se envía cuantitativamente a una caldera de reacción rotatoria junto con ácido sulfúrico concentrado para permitir una reacción a una temperatura de entre 400 y 500 º C con el fin de formar fluoruro de hidrógeno gaseoso y la mezcla sólida de sulfato sódico y sulfato de sodio y aluminio; la 20 recolección del fluoruro de hidrógeno gaseoso y su disolución en agua para obtener una solución acuosa de ácido fluorhídrico; la reacción de la mezcla sólida de sulfato sódico y sulfato de sodio y aluminio con una solución acuosa de hidróxido sódico después de triturar la mezcla sólida de sulfato sódico y sulfato de sodio y aluminio, y la obtención de una solución acuosa de sulfato sódico después de separar el hidróxido de aluminio sólido; y E) la recirculación de la solución acuosa de ácido fluorhídrico obtenida hacia la parte delantera para lixiviar el concentrado de hierro titanífero, y así conseguir la preparación cíclica del material intermedio fluotitanato sódico.

2. El método de preparación cíclica de esponja de titanio y de coproducción de criolita sódica usando fluotitanato sódico como material intermedio de acuerdo con la reivindicación 1, en el que en la etapa C, el aluminio es aluminio fundido que se añade al reactor por goteo o el fluotitanato sódico seco y fluido se añade al reactor por medio de una corriente medible.

3. El método de preparación cíclica de esponja de titanio y de coproducción de criolita sódica usando fluotitanato sódico como material intermedio de acuerdo con la reivindicación 1, en el que en la etapa C, el gas inerte es argón.