Un procedimiento para la purificación industrial de una corriente de suministro de titanio,

de pureza P1, mediante la formación de un precipitado de sal doble de titanio, de pureza P2, y una solución de titanio con pureza P3, en el que P2>P1>P3, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de: i. formar, a partir de dicho suministro, un medio que comprende agua, ión titanio, un catión seleccionado entre el grupo que consiste en amonio, cationes de metales alcalinos, protones y una combinación de los mismos, y un anión seleccionado entre el grupo que consiste en OH, SO4 y H2SO4, haluros y una combinación de los mismos, medio formado que está caracterizado adicionalmente por la presencia de (a) un precipitado de sal doble que comprende ión titanio, al menos uno de dichos cationes y al menos uno de dichos aniones; y (b) una solución de titanio; y en el que la concentración de dicho anión en dicha solución de titanio es mayor del 15% y la proporción entre las concentraciones de dicho catión y dicho anión en dicha solución de titanio es mayor de 0,2 y menor de 1,6; ii. separar al menos una parte de dicho precipitado de dicha solución y, opcionalmente iii. procesar dicho precipitado para producir óxido de titanio, un producto de titanio distinto de óxido de titanio o titanio metálico

La presente invención se refiere a un procedimiento para la producción de productos de titanio. Más particularmente, la presente invención se refiere a un procedimiento para la producción de productos de titanio a partir de una solución de titanio de una corriente de baja calidad.

La producción industrial de titanio normalmente incluye una fase de cloración o sulfonación, en la que se usan minerales de titanio de alta calidad. En el procedimiento de cloración se usa HCl/Cl2 para extraer el titanio de los minerales y el cloruro de titanio se destila; de esta manera, se produce un titanio altamente purificado. Sin embargo, la desventaja principal de este procedimiento es el alto coste de la destilación y purificación del cloruro de titanio.

El dióxido de titanio se usa ampliamente como un pigmento blanco con un mercado de aproximadamente 7 millones de dólares al año.

El óxido de titanio, que es un pigmento blanco, normalmente se produce a partir de minerales de titanio de alta calidad. El producto tiene que satisfacer niveles estrictos de contenido de impurezas, tamaño de partícula y distribución del tamaño de partícula. El tamaño de partícula de las partículas de óxido de titanio varía de varios nanómetros a varios cientos de nanómetros. El coste de la materia prima para la producción de estos productos es alto.

El procedimiento descrito en la presente divulgación posibilita la producción de óxido de titanio a partir de una corriente de titanio de baja calidad, usando una fase de purificación en la que se produce una sal doble de titanio.

El titanio metálico se produce a partir de minerales de titanio de alta calidad. El producto tiene que satisfacer niveles estrictos de contenido de impurezas. El coste de la materia prima para la producción de este producto es alto. Los minerales de titanio de baja calidad, o las corrientes de solución de baja calidad obtenidas a partir de procedimientos industriales, no se usan para la producción de estos productos.

Los procedimientos descritos en la presente divulgación sugieren la producción de productos de titanio a partir de una corriente de titanio de baja calidad, usando una fase de purificación en la que se produce una sal doble de titanio.

Una sal doble se define como un cristal que consiste en dos cationes y/o aniones diferentes. Normalmente, se caracteriza por una solubilidad significativamente menor, en comparación con las sales simples de sus componentes.

Goroshchenko, Ya. G (Double titanium and ammonium sulfates) Doklady Akademii Nauk SSSR (1956), 109 532-4 han estudiado la precipitación de una sal doble de Ti(iv) a partir de soluciones puras, y encontraron que se observa un efecto de salificación a altas concentraciones de sulfato de amonio o H2SO4, y la solubilidad de la doble sal se reduce.

La patente BR 20012509, autorizada por SILVA HELIO JOSE en 2003, separa el óxido de titanio de los otros cationes polivalentes presentes en la limenita, u otros minerales que contienen titanio. En este procedimiento propuesto, el Fe y Al se separan de la sal de titanio antes de la precipitación del Fe(III) en forma de una sal doble de amonio. La adición de sulfato de amonio a una solución obtenida lixiviando limenita con ácido sulfúrico, inducía la precipitación de sales binarias (NH4)Fe (SO4)212H2O, (NH4)2TiO(SO4)2H2O, y (NH4)2Fe(SO4)26H2O juntas.

Las sales dobles pueden producirse a partir de un gran número de cationes polivalentes. Tanto titanio, como Fe(III) y Fe(II) producen sales dobles; y estas sales dobles normalmente precipitan juntas.

Dicha patente y artículos enseñan que las sales dobles de cationes polivalentes precipitan fácilmente, pero tienden a co-precipitar para formar un producto de baja pureza. La precipitación de la sal a bajas temperaturas puede disminuir la solubilidad de las sales dobles, aumentando de esta manera el rendimiento de precipitación de la sal doble de titanio, aunque se espera que disminuya la pureza del producto. El resultado es que no hay un procedimiento industrial para la purificación de sales de titanio usando la tecnología de sal doble.

De acuerdo con la presente invención, se descubrió sorprendentemente que una sal doble de titanio puede precipitarse en una solución que contiene una alta proporción de catión polivalente y, especialmente, Fe(II) y Fe(III), a un alto rendimiento y alta selectividad, para producir un producto con alta proporción de titanio a cationes polivalentes.

Se descubrió, sorprendentemente, que con el agua madre en la que la concentración de aniones es mayor del 20%, y en las que la proporción de catión monovalente a anión es entre 0,2 y 1,4, el rendimiento de cristalización es muy alto, mientras que la pureza de la sal doble es muy alta. Se descubrió también, sorprendentemente, que la sal doble producida podía lavarse con muy pocas pérdidas de titanio, para proporcionar un producto de una calidad suficiente para la producción de titanio metálico, materia prima para el titanio metálico u otros productos metálicos de alta pureza y de óxidos de titanio y sales de titanio. Esta alta pureza se obtiene a pesar del hecho de que tanto Fe(III) como Fe(II) están presentes en grandes cantidades en la solución, y son capaces de formar sales dobles similares. A una mayor proporción de catión monovalente a anión la sal doble de hierro co-precipita con la sal doble de titanio, reduciendo de esta manera la pureza del producto.

La presente invención proporciona un procedimiento de purificación altamente eficaz, de bajo coste, en el que se consumen corrientes de titanio de baja calidad para la producción de titanio de alta calidad, materias primas para la producción de dióxido de titanio de alta calidad, titanio metálico de alta calidad y otros productos de titanio, tales como cloruro de titanilo, sulfato de titanilo y otras sales de titanio.

Divulgación de la invención

Con este estado de la técnica en mente, se proporciona ahora, de acuerdo con la presente invención, un procedimiento para la purificación industrial de una corriente de suministro de titanio de baja calidad, de pureza P1, mediante la formación de un precipitado de sal doble de titanio, de pureza P2, y una solución de titanio con pureza P3, en el que P2>P1>P3, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de:

i. formar, a partir de dicho suministro, un medio que comprende agua, ión titanio, un catión seleccionado entre el grupo que cosiste en amonio, cationes de metales alcalinos, protones y una combinación de los mismos, y un anión seleccionado entre el grupo que consiste en OH, SO4, HSO4, haluros y una combinación de los mismos, medio formado que se caracteriza adicionalmente por la presencia de (a) un precipitado de doble sal que comprende ión titanio, al menos uno de dichos cationes y al menos uno de dichos aniones; y (b) una solución de titanio; y en el que la concentración de dicho anión en dicha solución de titanio es mayor del 15% y la proporción entre las concentraciones de dicho catión a dicho anión, en dicha solución de titanio, es mayor de 0,2 y menor de 1,6; y

ii. separar al menos una parte de dicho precipitado de dicha solución.

La expresión sal doble de titanio, como se usa en la presente memoria descriptiva, se refiere a un cristal que consiste en un anión y dos cationes diferentes, en el que uno de dichos cationes es titanio.

El término catión, como se usa en la presente memoria descriptiva, se refiere al catión monovalente presente en la sal doble.

El término anión, como se usa en la presente memoria descriptiva, se refiere al anión presente en la sal doble.

El término pureza, o P, se definirá como la proporción en peso entre el titanio y los metales polivalentes totales, en el que la pureza se presenta en varios casos en términos de porcentaje, por ejemplo P1, como se usa en la presente memoria descriptiva, se refiere a la pureza de la solución de suministro de titanio, y P2 se refiere a la pureza de la sal doble de titanio, y P3 se refiere a la pureza de la solución de titanio (que es el agua madre formada en la producción de la sal doble de titanio).

La expresión titanio metálico, usada en la presente memoria descriptiva, se denominará en la presente divulgación como titanio elemental, tal como en esponja de titanio, o cualquier otro producto metálico de titanio.

La expresión productos de titanio, usada en la presente memoria descriptiva, se refiere... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para la purificación industrial de una corriente de suministro de titanio, de pureza P1, mediante la formación de un precipitado de sal doble de titanio, de pureza P2, y una solución de titanio con pureza P3, en el que P2>P1>P3, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de:

i. formar, a partir de dicho suministro, un medio que comprende agua, ión titanio, un catión seleccionado entre el grupo que consiste en amonio, cationes de metales alcalinos, protones y una combinación de los mismos, y un anión seleccionado entre el grupo que consiste en OH, SO4 y H2SO4, haluros y una combinación de los mismos, medio formado que está caracterizado adicionalmente por la presencia de (a) un precipitado de sal doble que comprende ión titanio, al menos uno de dichos cationes y al menos uno de dichos aniones; y (b) una solución de titanio; y en el que la concentración de dicho anión en dicha solución de titanio es mayor del 15% y la proporción entre las concentraciones de dicho catión y dicho anión en dicha solución de titanio es mayor de 0,2 y menor de 1,6;

ii. separar al menos una parte de dicho precipitado de dicha solución y, opcionalmente

iii. procesar dicho precipitado para producir óxido de titanio, un producto de titanio distinto de óxido de titanio o titanio metálico.

2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha corriente de suministro de titanio se selecciona entre un grupo que consiste en el producto del lixiviado de minerales de titanio con una solución ácida; una solución residual acuosa; una solución que comprende una corriente de subproducto de un procedimiento industrial; y una solución que comprende protones y, al menos, un anión seleccionado entre el grupo que consiste en haluros, sulfato, bisulfato, nitrato y una combinación de los mismos.

3. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que P1 es menor del 50%.

4. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que P1 es menor del 70%, P2 es mayor del 95% o ambos.

5. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la corriente de suministro de titanio comprende hierro con una proporción molar Fe/Ti de al menos 0,25 y en el que dicha proporción en dicho precipitado de sal doble de titanio es menor de 0,02.

6. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha corriente de suministro de titanio comprende hierro, y en el que la proporción molar Fe/Ti en dicha corriente de suministro está en un intervalo entre aproximadamente 0,2:1 y aproximadamente 3:1, o comprende al menos un 2% en peso de cationes hierro.

7. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, en el que dicha corriente de suministro de titanio comprende hierro, y en el que la proporción molar Fe/Ti en dicha corriente de suministro está en un intervalo entre aproximadamente 0,2:1 y aproximadamente 3:1 y en el que la proporción molar Fe/Ti en dicho precipitado de sal doble es menor que la proporción en dicha corriente de suministro en un factor de al menos 5.

8. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho precipitado contiene, al menos, el 80% del titanio presente originalmente en dicha corriente de suministro.

9. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la proporción P2/P3 es mayor de 10.

10. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la temperatura de dicho medio formado está en el intervalo de entre 20-40ºC.

11. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende adicionalmente al menos uno de:

a. la etapa de lavar dicho precipitado por separado, para formar el precipitado lavado con una pureza de P4, y una solución de lavado con una pureza de P5, en el que P4 > P2 > P5; y

b. la etapa de recristalizar dicho precipitado, opcionalmente pre-lavado, para formar un precipitado con una pureza de P6 y un agua madre con una pureza de P7, en el que P6 > P2 > P7.

12. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende adicionalmente las etapas de:

a. disolver una sal doble de titanio en solución acuosa; y

b. inducir la precipitación de óxido de titanio a partir de dicha solución, mediante una acción seleccionada entre el grupo que consiste en dilución, elevación de temperatura, aumento de pH y una combinación de los mismos.

13. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho óxido de titanio comprende nanopartículas, en un intervalo de tamaño medio de 5-100 nanómetros, o nanopartículas en un intervalo de tamaño medio de 100300 nanómetros.

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14. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho óxido de titanio contiene, al menos, el 70% del titanio que estaba presente en dicha solución de corriente de suministro de titanio.

15. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende adicionalmente una etapa de procesar dicha solución de titanio para formar un producto seleccionado entre el grupo que consiste en hierro metálico, óxidos de hierro, sal doble de hierro, hidróxido de hierro distinto del producto de hierro, productos de otros cationes polivalentes presentes en dicha solución de suministro de titanio y sus combinaciones, comprendiendo dicho procedimiento cristalización.