Verfahren zur Herstellung von Titandioxid-Konzentraten

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Titandioxid-Konzentraten durch Entfernen des Eisens aus Eisenoxide aufweisendem titanoxidhaltigem Material mit Hilfe von chlorhaltigen Gasen und gegebenenfalls unter Zusatz von Kohlenstoff bei Temperaturen von 800 bis 1300°C.

[0002] Aus der US-PS 2 184 885 ist ein Verfahren zur Entfernung von Eisen aus einem Eisen-Titan-Erz bekannt, bei welchem eine innige Mischung des Erzes mit 1 bis 12 Gewichts% Kohlenstoff bei Temperaturen über 500°C chloriert wird, wobei der Hauptteil des Eisens und merkliche Mengen Titan als Chloride verdampfen. Der verbleibende Rückstand besteht im wesentlichen aus Titandioxid mit nur geringem Eisengehalt.

[0003] Nach einem älteren Vorschlag (deutsche Patentanmeldung P 32 03 482.2) wird Eisen aus titanoxidhaltigem Material dadurch entfernt, daß man das titanoxidhaltige Material bei Temperaturen von 800 bis 1300⁰C entweder sich in Richtung der Schwerkraft bewegen läßt und dabei mit einem aus mindestens 70 Volumen% Chlor und gegebenenfalls einem Inertgas bestehenden Gasgemisch im Gegenstrom behandelt oder mit dem Gasgemisch aufwirbelt.

[0004] Titanoxidhaltiges Material, ob mit oder ohne Zusatz von Kohlenstoff, neigt dazu, bei höheren Temperaturen zu sintern. Gesintertes titanoxidhaltiges Material reagiert aber mit einem chlorhaltigem Gasgemisch nur sehr langsam, so daß die Reaktion des Chlors im wesentlichen nur an der Oberfläche von kompakten Stücken des titanoxidhaltigen Materials erfolgt. Auch wenn man das titanoxidhaltige Material mit dem chlorhaltigen Gasgemisch aufwirbelt, kommt es zu Sintereffekten, wenn die Gasverteilung ungleichmäßig ist.

[0005] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Titandioxid-Konzentraten durch Behandeln von titanoxidhaltigem Material, gegebenenfalls unter Zusatz von Kohlenstoff, mit chlorhaltigen Gasen bei höheren Temperaturen anzugeben, bei welchem ein Sintern des titanoxidhaltigen Materials verhindert wird. Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß man das titanoxidhaltige Material vorher bei Temperaturen von 870 bis 1300°C glüht.

[0006] Das Verfahren gemäß der Erfindung kann wahlweise auch noch dadurch ausgestaltet sein, daß

a) man das titanoxidhaltige Material vorher bei Temperaturen von 900 bis 1050°C glüht;

b) das titanoxidhaltige Material Korngrößen von 20 bis 1000_/um aufweist;

c) man das titanoxidhaltige Material in Inertgasatmosphäre glüht;

d) man das titanoxidhaltige Material in oxidierender Atmosphäre glüht und anschließend so zerkleinert, daß es Korngrößen von 60 bis 600_/um aufweist.

[0007] Beim erfindungsgemäßen Verfahren können als titanoxidhaltiges Material insbesondere Ilmenit (Hauptbestandteile: FeTi0₃, Fe₂0₃₁ Ti0₂), Leukoxen (Verwitterungsprodukt des Ilmenits) oder Titanomagnetit (Hauptbestandteile: Fe₃0₄, ^Fe₂⁰₃₉ Ti0₂) eingesetzt werden.

[0008] Beim Verfahren gemäß der Erfindung wird bei der Verwendung eines titanoxidhaltigen Materials, welches auch oxidisch gebundenes Vanadium enthält, gleichzeitig das Vanadium als Chlorid oder Oxychlorid verflüchtigt.

[0009] Beim erfindungsgemäßen Verfahren bleibt das titanoxidhaltige Material beim Glühen in Inertgasatmosphäre, beispielsweise unter Stickstoff, weitestgehend rieselfähig. Glüht man jedoch das titanoxidhaltige Material in oxidierender Atmosphäre, beispielsweise in Luft, so bilden sich kompakte Teile, welche vorzugsweise durch Mahlen zerkleinert werden müssen.

[0010] Da das gemäß der Erfindung behandelte titanoxidhaltige Material praktisch keine Neigung zum Sintern mehr zeigt, kann die Behandlung mit chlorhaltigen Gasen auch an ruhenden Schüttungen durchgeführt werden.

[0011] In den folgenden Beispielen bedeuten die Prozentangaben, wenn nichts anderes vermerkt ist, Gewichtsprozente.

Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel)

[0012] 200 g Ilmenit einer Korngröße von 60 bis 200_/um sowie der Zusammensetzung 53,5 % Ti0₂, 32 % Eisen und 0,07 % Vanadium wurden in ein Quarzrohr (50 mm 0) eingefüllt und unter Stickstoff 30 Minuten bei 200°C getrocknet. Anschließend wurde der Stickstoff durch Chlorgas (30 l/h) ersetzt und die Reaktionszone auf 1000°C erhitzt. Nach 45 Minuten ließ die anfänglich kräftige FeCl₃-Entwicklung nach. Die Chlorierung wurde insgesamt 3 Stunden durchgeführt. Nach dem Abkühlen zeigte sich, daß die Schüttung nur an der Oberfläche mit einem nahezu weißen, lockeren Pulver bedeckt war. Der Rest der Schüttung war zu einem kompakten Stück gesintert, welches mit dem Chlorgas offensichtlich nicht reagiert hatte. Die Gewichtsabnahme betrug nur 23,0 g.

Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel)

[0013] 40 g Ilmenit der Korngröße und Zusammensetzung gemäß Beispiel 1 wurden mit 8 g Koks (Korngröße: <200/um) vermengt und in ein senkrecht angeordnetes Quarzrohr (50 mm ∅) mit eingeschmolzener Fritte eingefüllt. Unter Durchleiten von Stickstoff wurde 30 Minuten bei 200°C getrocknet. Dann wurde der Stickstoff durch Chlorgas (40 l/h) ersetzt und die Temperatur schnell auf 850°C erhöht. Sobald neben der anfangs kräftigen FeCl₃-Entwicklung die beginnende TiCl₄-Bildung beobachtet wurde, wurde die Chlorgas-Zufuhr abgebrochen und zur Verbrennung des überschüssigen Kokses Luft (100 l/h) durchgeleitet. Nach dem Öffnen der Apparatur zeigte sich, daß sich ein kompakter, von Kanälen durchzogener Körper gebildet hatte. Da das Chlorgas offensichtlich nur an der Oberfläche der Kanäle reagiert hatte, betrug die Gewichtsabnahme lediglich 13,2 g.

Beispiel 3 (gemäß der Erfindung)

[0014] 80 g Ilmenit der Korngräße und Zusammensetzung gemäß Beispiel 1 wurden nach einstündigem Glühen unter Stickstoff bei 1000°C in ein senkrecht angeordnetes Quarzrohr (50 mm ∅) mit eingeschmolzener Fritte eingefüllt und unter Durchleiten von Chlorgas (30 1/h) auf 1000°C erhitzt. Nach einer Reaktionszeit von 3 Stunden wurde praktisch kein gasförmiges Eisen-III-chlorid mehr entwickelt.

[0015] Als Rückstand verblieben im Quarzrohr 43,0 g eines lockeren, rieselfähigen, hellen Pulvers mit einem Ti0₂-Gehalt von 98,0 % sowie mit 0,2 % Fe₂0₃ und weniger als ₀,001 % ^V₂⁰₅.

Beispiel 4 (gemäß der Erfindung)

[0016] 80 g Ilmenit der Korngröße und Zusammensetzung gemäß Beispiel 1 wurden nach einstündigem Glühen unter Stickstoff bei 1000°C in ein senkrecht angeordnetes Quarzrohr (50 mm ∅) mit eingeschmolzener Fritte eingefüllt und unter Durchleiten von Chlorgas (100 l/h) auf 950°C erhitzt. Nach einer Reaktionszeit von 75 Minuten wurde praktisch kein gasförmiges Eisen-III-chlorid mehr entwickelt.

[0017] Als Rückstand verblieben im Quarzrohr 44,5 g eines hellen, rieselfähigen Pulvers mit einem Ti0₂-Gehalt von 97,2 % sowie mit 0,6 % Fe₂0₃ und 0,00¹ % ^V₂⁰₅.

Beispiel 5 (gemäß der Erfindung)

[0018] Beispiel 4 wurde mit der Abändering wiederholt, daß der Ilmenit vor seiner Chlorierung anstelle von unter Stickstoff an der Luft geglüht und anschließend fein gemörsert wurde (Korngröße: 60 bis 600_/um).

[0019] Als Rückstand verblieben im Quarzrohr 44,8 g eines hellen, rieselfähigen Rückstandes mit einem TiO₂-Gehalt von 97,0 % sowie mit 0,6 % Fe₂0₃ und 0,001 % ^V₂⁰₅.

Beispiel 6 (gemäß der Erfindung)

[0020] 40 g Ilmenit der Korngröße und Zusammensetzung gemäß Beispiel 1 wurden eine Stunde unter Stickstoff bei 950°C geglüht und anschließend mit 4 g Koks (Korngröße: <200/un) vermischt. Das Gemisch wurde in ein senkrecht angeordnetes Quarzrohr (50 mm ∅) mit eingeschmolzener Fritte eingefüllt und unter Durchleiten von Chlorgas (60 l/h) bei 900 bis 950°C solange behandelt, bis TiCl₄-Bildung begann. Nun wurde anstelle von Chlorgas Luft (100 l/h) durchgeleitet und der nicht umgesetzte Koks verbrannt.

[0021] Als Rückstand verblieben im Quarzrohr 46,2 g eines braunen, rieselfähigen Pulvers mit einem Ti0₂-Gehalt von 91,0 % sowie mit 6,5 % Fe₂0₃ und 0,02 % V₂O₅.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Titandioxid-Konzentraten durch Entfernen des Eisens aus Eisenoxide aufweisendem titanoxidhaltigem Material mit Hilfe von chlorhaltigen Gasen und gegebenenfalls unter Zusatz von Kohlenstoff bei Temperaturen von 800 bis 1300^oC, dadurch gekennzeichnet, daß man das titanoxidhaltige Material vorher bei Temperaturen von 870 bis 1300°C glüht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das titanoxidhaltige Material vorher bei Temperaturen von 900 bis 1050°C glüht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das titanoxidhaltige Material Korngrößen von 20 bis 1000_/um aufweist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das titanoxidhaltige Material in Inertgasatmosphäre glüht.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das titanoxidhaltige Material in oxidierender Atmosphäre glüht und anschließend so zerkleinert, daß es Korngrößen von 60 bis 600_/um aufweist.