Floculante para la producción de dióxido de titanio.

Método para preparar dióxido de titanio por el proceso de sulfato que comprende:

• digestión de una materia prima de titanio con ácido sulfúrico para obtener una solución del producto digerido que contiene sólidos, y

• floculación y separación de los sólidos que contiene la solución del producto digerido para obtener una solución de producto digerido prácticamente libre de ellos, caracterizado porque la floculación de los sólidos se realiza por adición de al menos un agente floculante y al menos un agente coagulante, siendo el agente floculante un polímero catiónico basado en aminoalquil(met)acrilamida y/o en aminoalquil(met)acrilato y el agente coagulante un polímero catiónico basado en poli(cloruro de dialildimetilamonio) (poli-DADMAC).

Floculante para la producción de dióxido de titanio

La presente invención se refiere a un método para obtener dióxido de titanio mediante el proceso de sulfato, en el cual una materia prima que contiene titanio se digiere con ácido sulfúrico obteniéndose una disolución que lleva sólidos (solución negra), a partir de la cual se prepara el dióxido de titanio en otras etapas sucesivas del proceso, de manera que antes de conducirlos a estas etapas adicionales los sólidos se sedimentan y separan de dicha solución para obtener una solución del producto digerido (solución negra) esencialmente libre de sólidos, efectuando la sedimentación de los sólidos con un agente floculante y un agente coagulante, de manera que el agente floculante contiene un polímero catiónico basado en aminoalquil(met)acrilamida y/o en aminoalquil(met)acrilato y el agente coagulante contiene un polímero catiónico basado en poli(cloruro de dialildimetilamonio) (poli-DADMAC).

Los procesos de sulfato para la preparación u obtención de dióxido de titanio son conocidos en el estado técnico (véase p.ej. Industrial inorganic Pigments (editor G. Buxbaum, Wiley-VCH, Weinheim, 3. Edición 25, página 59 hasta 61) o la Enciclopedia Ullmann de química industrial, 4a edición, volumen 15 (1979)). En dichos procesos primero se muele el mineral de titanio, por ejemplo ilmenita o escoria de titanio, y luego se hace una mezcla reactiva con ácido sulfúrico. En esta mezcla la reacción de digestión se puede activar de diferente manera. El mineral de titanio (ilmenita o escoria de titanio) se mezcla con un ácido sulfúrico de una concentración aprox. del 65 al 8% en peso y luego en una primera etapa se inicia la reacción de digestión mediante la adición de ácido sulfúrico fumante (oleum) a la mezcla y el calor de reacción resultante, o bien el mineral de titanio (ilmenita o escoria de titanio) se mezcla con un ácido sulfúrico de una concentración aprox. del 86 hasta 96% en peso y luego en una primera etapa se inicia la reacción de digestión mediante la adición de agua o de ácido sulfúrico diluido y el calor de reacción resultante. Como alternativa la reacción de digestión también se puede iniciar calentando la mezcla reactiva. Una vez iniciada la reacción exotérmica, la temperatura de la correspondiente mezcla reactiva aumenta rápidamente a unos 18 hasta 22°C y suele formarse una torta de digestión sólida como masa reactiva. Durante la subsiguiente maduración de esta masa sólida reactiva, como segunda etapa de digestión, la temperatura cae lentamente hasta unos 15°C. Después en una tercera etapa de digestión la masa sólida reactiva se disuelve en ácido sulfúrico diluido y/o en agua formando una solución o suspensión que aún contiene sólidos, la llamada solución negra con contenido de sólidos.

La solución negra tiene una composición distinta según el material de partida utilizado (ilmenita o escoria de titanio). Si se usa ilmenita como materia prima de titanio, la solución negra resultante contiene hierro trivalente (Fe(lll)) y nada de titanio trivalente (Ti(lll)), sino casi exclusivamente titanio tetravalente (Ti(IV)). El contenido de estas materias depende fundamentalmente de la composición de la ilmenita y en menor magnitud de las condiciones de proceso. Para el posterior procesamiento de la solución del material digerido o solución negra es deseable que el contenido de hierro trivalente (Fe(lll)) sea lo más bajo posible, a fin de evitar la inclusión de hierro en la matriz de dióxido de titanio durante la hidrólisis o en una etapa posterior de filtración y lavado. Las impurezas de hierro en la matriz de dióxido de titanio dan lugar a características ópticas no deseadas, por ejemplo en la fabricación de pigmentos, y por tanto son perjudiciales. Por este motivo el hierro trivalente se puede reducir a hierro divalente (Fe(ll)) en la solución negra. Esto se logra, por ejemplo, reduciendo el hierro trivalente con hierro metálico, preferiblemente con chatarra de hierro, a hierro divalente, el cual se puede separar más tarde en otras etapas del proceso como sal verde (sulfato ferroso heptahidrato) y/o sal de filtración (sulfato ferroso monohidrato más ácido sulfúrico libre).

Para poder seguir procesando la solución negra - dado el caso una vez terminada la reducción del hierro trivalente disuelto - hace falta separar los sólidos que contiene y dejarla como una solución o disolución de material digerido exenta de sólidos, la llamada solución negra libre de sólidos. Para ello se eliminan las partículas sólidas que hay en la solución negra, por ejemplo de restos del material de partida que contiene titanio, como mineral no disgregado, y/o de productos secundarios no deseados como hierro o cromo o sales difícilmente solubles. Esto es necesario para obtener el dióxido de titanio con pureza suficiente en las demás etapas y fases del proceso subsiguientes.

Los sólidos se pueden eliminar, por ejemplo, mediante centrifugación, sedimentación o filtración. En general esta separación de los sólidos tiene lugar tras una floculación por adición de agentes floculantes, mediante filtros de vacío o filtros prensa, p.ej. un filtro giratorio de vacío o un filtro prensa de cámaras o membranas.

Muchas de las partículas que sedimentan en la solución negra poseen una carga o un momento dipolar. Cuando la repulsión entre partículas individuales es mayor que la fuerza de gravedad, estas partículas no pueden sedimentar en el fondo del recipiente y permanecen en suspensión. Solo la adición de un floculante puede minimizar las fuerzas de repulsión mediante una contracarga correspondiente, haciendo que las partículas individuales se unan entre sí - y también por medio de aglomerados - y sedimenten debido a la fuerza de gravedad. En el estado técnico se conocen floculantes adecuados, que contienen esencialmente polímeros catiónicos basados en acrilamida, sobre todo un copolímero de acrilamida con un acrilato de alquil-amino catiónico, como por ejemplo acrilato de dimetilaminoetilo- cloruro de metilo (DMAEA) cuaternario, por ejemplo poli-DMAEA. Los pesos moleculares de estos polímeros suelen estar comprendidos en el intervalo de 2 millones de g/mol hasta más de 1 millones de g/mol.

No obstante se ha visto que el residuo sedimentado de la solución negra tiene un espectro de partículas bimodal, es decir, que consta de partículas finas y finísimas. Con los floculantes macromoleculares catiónicos conocidos se flocula preferentemente el residuo con mayor proporción de partículas finas, pero en cambio el resto de partículas más finas queda casi todo suelto. Por tanto los métodos conocidos tienen el inconveniente de que en la práctica, tras la separación de los sólidos, la solución negra lleva un contenido residual de partículas sólidas finas de 1-5 pm de diámetro, que en esta etapa del proceso no puede rebajarse más con los procedimientos habituales. Esta cantidad de partículas finas suele eliminarse en el subsiguiente proceso mediante la separación de la sal verde (sulfato Fe(ll) heptahidrato) al cristalizar la solución negra y/o realizando luego una filtración fina. Como consecuencia hay grandes pérdidas cualitativas durante la separación de la sal verde y además menores rendimientos en la filtración fina.

Por consiguiente la presente invención tiene por objeto desarrollar un método mejorado para separar los sólidos de una solución negra, que además sirva para reducir aún más el contenido residual de materia sólida de la solución negra tras el proceso de separación de sólidos (sedimentación).

La presente invención resuelve este planteamiento mediante un método de obtención de dióxido de titanio por el proceso de sulfato, en el cual la floculaclón de los sólidos contenidos en una solución del producto digerido tiene lugar por adición de al menos un agente floculante y al menos un agente coagulante, siendo el agente floculante un polímero catlónico basado en aminoalqu¡l(met)acr¡lam¡da y/o en aminoalquil(met)acrilato y el agente coagulante un polímero catlónico basado en poli(cloruro de dlallldlmetllamonio) (poli-DADMAC).

En un primer aspecto la presente invención se refiere por tanto a un método de obtención de dióxido de titanio por el proceso de sulfato que comprende:

- digestión de una materia prima de titanio con ácido sulfúrico para obtener una solución del producto digerido que contiene sólidos, y

- floculación y separación de los sólidos que contiene la solución del producto digerido para obtener una solución de producto digerido prácticamente libre de ellos, de modo que la floculación de los sólidos se realiza por adición de al menos un agente floculante y al menos un agente coagulante, siendo el agente floculante... [Seguir leyendo]

1. Método para preparar dióxido de titanio por el proceso de sulfato que comprende:

- digestión de una materia prima de titanio con ácido sulfúrico para obtener una solución del producto digerido que contiene sólidos, y

- floculación y separación de los sólidos que contiene la solución del producto digerido para obtener una solución de producto digerido prácticamente libre de ellos, caracterizado porque la floculación de los sólidos se realiza por adición de al menos un agente floculante y al menos un agente coagulante, siendo el agente floculante un polímero catiónico basado en aminoalqu¡l(met)acrilamida y/o en aminoalquil(met)acrilato y el agente coagulante un polímero catiónico basado en poli(cloruro de dialildimetilamonio) (poli-DADMAC).

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el agente floculante contiene un polímero catiónico basado en un copolímero de acrilamida y una am¡noalquil(met)acrilamida o aminoalquil(met)acrilato.

3. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el agente floculante contiene un polímero catiónico basado en un homopolímero de aminoalqu¡l(met)acrilamida o aminoalquil(met)acrilato.

4. Método según una de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque la aminoalquil(met)acrilamida se elige del grupo formado por dimetilaminopropilacNlamida (DIMAPA), dimetilaminopropilmetacrilamida, dimetilaminoetil- acrilamida y dimetilaminoetilmetacrilamida y mezclas de las mismas.

5. Método según una de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque el aminoalquil(met)acrilato se elige del grupo formado por acrilato de dimetilaminoetilo (DMAEA), metacrilato de dimetilaminoetilo, acrilato de dimetilamino- propilo y metacrilato de dimetilaminopropilo y mezclas de los mismos.

6. Método según la reivindicación 4, caracterizado porque la dimetilaminopropilacrilamida (DIMAPA) es una dimetilaminopropilacrilamida protonizada con ácido sulfúrico o cuaternizada con cloruro de metilo o sulfato de metilo.

7. Método según la reivindicación 5, caracterizado porque el acrilato de dimetilaminoetilo (DMAEA) es acrilato de dimetilaminoetilo cloruro de metilo cuaternario (cloruro de 2-acr¡lox¡et¡ltrimetilamonio).

8. Método según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el agente floculante y el agente coagulante se usan en una relación de 2:1 hasta 2:1.

9. Método según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el agente floculante se añade a la solución del producto digerido en una proporción del ,1 - ,1% en peso respecto al peso de la misma.

1. Método según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el agente coagulante se añade a la solución del producto digerido en una proporción del ,1 - ,1% en peso respecto al peso de la misma.

11. Método según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la temperatura de la solución del producto digerido durante la etapa de floculación es de 4 - 9°C.

12. Método según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la floculación de los sólidos de la solución del producto digerido que los contiene se lleva a cabo durante 15-6 minutos.

13. Agente de floculación combinado para flocular los sólidos que contiene una solución resultante de digerir una materia prima de titanio con ácido sulfúrico para la obtención de dióxido de titanio mediante el proceso de sulfato, caracterizado porque el agente floculante contiene un polímero catiónico basado en aminoalquil(met)acrilamida y/o aminoalquil(met)acrilato y un polímero catiónico basado en poli(cloruro de dialildimetilamonio) (poli-DADMAC).

14. Agente de floculación combinado, según la reivindicación 13, caracterizado porque el polímero catiónico basado en aminoalquil(met)acrilam¡da y/o aminoalquil(met)acrilato contiene un copolímero de acrilamida y un (met)acrilato de aminoalquilo.

15. Agente de floculación combinado según, la reivindicación 13, caracterizado porque el polímero catiónico basado en aminoalquil(met)acr¡lamida y/o aminoalquil(met)acrilato contiene un homopolímero de una aminoalquil- (met)achlamlda.

16. Agente de floculación combinado según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la relación másica del polímero catiónico basado en acrilamida respecto al polímero catiónico basado en poli-(cloruro de dialildimetilamonio) (poli-DADMAC) es de 2:1 hasta 2:1 en el agente de floculación combinado.