Proceso para la producción de titanio a partir de la ilmenita con recuperación de los reactivos empleados en el proceso.

En reactor (1) reacciona ilmenita -FeTiO{sub,3}-, de molino (3) con ácido clorhídrico -HCl, de depósito (5). Reacción genera dióxido de titanio -TiO{sub,2}- que es tratado en reactor (2) con gas de síntesis de depósito (6) y en reacción de reducción, se produce titanio -Ti- metal.El hidrógeno -H{sub,2}- y dióxido de carbono -CO{sub,2}-, son almacenados en depósito (8).La disolución cloruro férrico -FeCl{sub,3}- trasvasada depósito (9), se mezcla con amoniaco -NH{sub,3}- depósito (10); reacción genera hidróxido férrico -Fe(OH){sub,3}, que decanta y almacena depósito (11).Disolución resulta cloruro amónico -NH{sub,4}Cl- que trasvasamos a depósito (12) para cristalizar en cristalizador por nebulización (13); cristalizado pasa a instalación descomposición térmica (14); por calor, descompone cloruro amónico -NH{sub,4}Cl- en ácido clorhídrico -HCl- y amoniaco -NH{sub,3}-, trasladándose ambos productos a depósitos (5) y (10)

Proceso para la producción de titanio a partir de la ilmenita con recuperación de los reactivos empleados en el proceso.

Antecedentes de la invención

El uso de nuevos materiales más resistentes, que sean reciclables y que abunden en la naturaleza es uno de los objetivos que desde siempre ha sido la meta de la ciencia y de la tecnología.

Desde su descubrimiento, el titanio -Ti-, posee la ligereza del aluminio y la dureza del mejor acero, se ha convertido en uno de los metales más apreciados para la industria, especialmente para la industria aeronáutica.

Tradicionalmente, el titanio -Ti- se obtenía a partir del mineral denominado rutilo cuya composición de dióxido de titanio -TiO₂- ha permitido extraer el metal titanio -Ti- con unos costes de trasformación aceptables para la industria. La disminución, cuando no el agotamiento de las reservas de rutilo, ha dirigido las investigaciones a obtener el titanio -Ti- a partir de la ilmenita -FeTiO₃-, cuya abundancia en la naturaleza es muy superior. No obstante los costes de obtención del titanio -Ti- a partir de la ilmenita -FeTiO₃-, dada su composición de hierro -Fe- y dióxido de titanio -TiO₂-, son muy superiores a los costes de obtención partiendo del rutilo.

Objeto de la invención

Por todo ello, el motivo de la presente invención trata de obtener el titanio -Ti- metal a partir del mineral denominado ilmenita -FeTiO₃-, abundante en la naturaleza, que se encuentra en numerosas ocasiones en las playas, como la playa de Castilla en Huelva ó en determinadas playas de la India, además de las minas de Rusia y Madagascar, que son los principales yacimientos del mundo, mediante un proceso novedoso que hace que sea económicamente rentable la obtención del titanio -Ti- a partir de la ilmenita -FeTiO₃-.

La presente invención, tal y como expresa el enunciado de esta memoria descriptiva, consiste en un nuevo Proceso para la producción de titanio a partir de la ilmenita con recuperación de los reactivos empleados en el proceso, cuyo funcionamiento viene determinado por la trituración ó molienda del mineral ilmenita -FeTiO₃- en una granulometría de cincuenta mieras aproximadamente, para introducirla en un "depósito de reacción". A la ilmenita -FeTiO₃- micronizada le añadimos ácido clorhídrico -HCl- con una concentración en la disolución del cuarenta y cinco por cien. La temperatura óptima de la reacción es a cien grados centígrados y a presión atmosférica.

Previamente a la introducción del ácido clorhídrico -HCl-, crearemos dentro del deposito de reacción una atmósfera inerte, a base de introducir argón -Ar- ó nitrógeno -N₂-, evitando así la presencia del oxígeno -O₂- en el deposito.

La reacción de la ilmenita -FeTiO₃- con el ácido clorhídrico -HCl- es la siguiente: el ácido clorhídrico -HCl- reacciona con el hierro -Fe-, para formar cloruro férrico -FeCl₃- e hidrógeno -H₂-. El cloruro férrico -FeCl₃- queda en la disolución. El hidrógeno -H₂-, producido en la reacción es recogido en la parte superior del deposito de reacción, y almacenado en un tanque para su uso posterior. El dióxido de titanio -TiO₂- precipita y se queda en el fondo del depósito reactor, para su retirada y posterior tratamiento en un segundo depósito de reacción.

El cloruro férrico -FeCl₃-, en disolución acuosa, lo retiraremos del reactor principal previa filtración y lo introduciremos en otro depósito para su posterior tratamiento para la recuperación de los reactivos empleados en el proceso. En este depósito introduciremos amoniaco -NH₃-, para que en su reacción con el cloruro férrico -FeCl₃-, se produzca cloruro amónico -NH₄Cl-, que queda en la disolución, y el hidróxido férrico -Fe(OH)₃-, que decantará al fondo del depósito.

El cloruro amónico -NH₄Cl- previa cristalización por nebulización, lo descompondremos térmicamente a una temperatura de trescientos treinta y ocho grados centígrados, para obtener ácido clorhídrico -HCl- concentrado y amoniaco -NH₃-. Ambos productos se recuperan para ser reutilizados de nuevo en el proceso inicial. Con este proceso el amoniaco -NH₃- y el ácido clorhídrico -HCl-, tal como se dice en el título de la invención, se recuperan para iniciar de nuevo el proceso.

El dióxido de titanio -TiO₂ que hemos retirado del reactor principal, lo trasladaremos al segundo reactor, éste también en atmósfera inerte mediante la utilización de argón -Ar- ó nitrógeno -N₂-, y donde introduciremos gas de síntesis, compuesto con un 56% de monóxido de carbono-CO₂, un 41% de hidrógeno -H₂- y un 3% de dióxido de carbono CO₂-, para que en la reacción de reducción, reaccione con el dióxido de titanio -TiO₂-, para formar dióxido de carbono -CO₂- y titanio -Ti- metal. Como el hidrógeno -H₂- es mas ligero que el dióxido de carbono -CO₂-, quedará en la parte superior del reactor, y el dióxido de carbono -CO₂- en contacto con el titanio -Ti- metal. Mediante la oportuna válvula, situada en la parte superior del reactor, retiraremos el hidrógeno -H₂-, que acumularemos en el tanque, junto con el hidrógeno -H₂- obtenido en la reacción inicial del proceso, del ácido clorhídrico -HCl- con el hierro -Fe- contenido en la ilmenita -FeTiO₃-.

El calor producido por la reacción del monóxido de carbono con el oxígeno -O- capturado del dióxido de titanio -TiO₂-, lo emplearemos mediante un intercambiador de calor, para conseguir la temperatura de cien grados centígrados necesaria para la reacción del ácido clorhídrico -HCl- con el hierro -Fe-. Contenido en la ilmenita -FeTiO₃-.

La fuente de calor necesaria para la cristalización por nebulización del cloruro amónico -NH₄Cl-, así como la descomposición térmica del cloruro amónico -NH₄Cl-, será obtenida por medio de cualquier fuente energética, como por ejemplo, el gas de síntesis.

Descripción de la invención

Proceso para la producción de titanio a partir de la ilmenita, con recuperación de los reactivos empleados en el proceso, que consiste, tal como hemos indicado anteriormente, en un reactor libre de oxígeno -O₂-, con una atmósfera inerte mediante el aporte de argón -Ar- ó nitrógeno -N₂-, donde se introducen la ilmenita -FeTiO₃- triturada y el ácido clorhídrico -HCl- en una concentración del 45% de la disolución, y a una temperatura de cien grados centígrados. La reacción que se produce será:

FeTiO₃ + HCl ----------------------- = FeCl₃ + TiO₂ + H₂

El cloruro férrico FeCl₃-, queda en la disolución y previa filtración lo conduciremos a otro depósito para su tratamiento posterior.

El hidrógeno -H₂-, lo almacenaremos en un tanque para su posterior comercialización.

El dióxido de titanio -TiO₂-, lo trasladaremos a un segundo reactor, también con una atmósfera inerte, y lo haremos reaccionar con gas de síntesis, compuesto del 56% de monóxido de carbono, un 41% de hidrógeno -H₂- y un 3% de dióxido de carbono -CO₂-, para que en la reacción de reducción, se produzca titanio -Ti- metal, producto principal a obtener en el proceso y dióxido de carbono -CO₂- e hidrógeno -H₂-, que recogeremos como subproductos para su comercialización.

En el depósito de reacción del cloruro férrico -FeCl₃-, introduciremos amoniaco -NH₃-, para que reaccionando con el ion cloro -Cl-, forme cloruro de amonio -NH₄Cl- y precipite el hierro -Fe-, en forma de hidróxido férrico -Fe(OH)₃-. El cloruro amónico -NH₄Cl- lo cristalizaremos por nebulización y posteriormente lo descompondremos térmicamente a una temperatura de 338ºC para obtener ácido clorhídrico -HCl- y amoniaco -NH₃-, recuperando así los reactivos empleados. El calor necesario para la cristalización por nebulización y la descomposición...

1. Proceso para la producción de titanio a partir de la ilmenita con recuperación de los reactivos empleados en el proceso, que se caracteriza en una primera fase en la obtención del dióxido de titanio -TiO₂- a partir de la ilmenita, haciéndola reaccionar con ácido clorhídrico -HCl-. En dicha reacción se forma cloruro férrico -FeCl₃- que queda en disolución y precipita el dióxido de titanio -TiO₂-. En una segunda fase, el dióxido de titanio -TiO₂- se hace reaccionar con gas de síntesis, compuesto por hidrógeno -H₂- y monóxido de carbono -CO- para obtener titanio metal.

2. Proceso para la producción de titanio a partir de la ilmenita con recuperación de los reactivos empleados en el proceso, que se caracteriza en recuperar que es el ácido clorhídrico -HCl-, mediante la reacción del cloruro férrico con amoniaco -NH₃- para formar cloruro amónico -NH₄Cl- e hidróxido férrico -Fe(OH)₃, que precipita. El cloruro amónico -NH₄Cl, que ha quedado en la disolución, se cristaliza mediante evaporación por calor y nebulización. El cloruro amónico -NH₄Cl- cristalizado se descompone térmicamente para obtener -HCl- y amoniaco -NH₃- ambos en forma de gas, que se reutilizan en el proceso.