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Procédé de préparation de composés de titane.
La présente invention concerne les composés de titane et les procédés pour la préparation économique de divers composés de titane destinés à une utilisation technique. L'invention so rapporte plus particulièrement à un procédé perfectionné et économique de transformation des composés de titane oxygénés, tels que l'acide métati- tanique et les sulfates de titane basiques, en composés de titane qui comportent la qualité particulière de se dissoudre rapidement dans les acides organiques et dans
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les acides minéraux dilués.
L'invention a une importance particulière pour la production de sels doubles de titane et de métaux alcalins, par exemple de tartrate de titane et de sodium, de lactate de titane et de sodium, d'oxylate de titane et de potassium, de sulfate ,de titane et de sodium, etc.. L'invention a éga- lement une grande importance pour la production de sels mix- tes, par exemple d'acide titanique, d'acide oxalique et d'a- cide tartrique, ainsi que d'acide titanique, d'acide oxali- que et d'acide lactique. Ces sels sont particulièrement uti- lisée dans l'indue trie du cuir et dans l'industrie textile.
On admet en général qu'il existe un orthohydra te titanique Ti (OH)4] et un mêtahydrate titanique TiO OH2 que l'on appelle parfois l'acide orthotitani que et l'acide métatitanique. Mais on a des raisons de croire que dans ces composés la molécule doit être très com- pliquée et que la composition est seulement approximative- ment exprimée par les formules ci-dessus.
La principale différence au point de vue chimique entre ces deux composés réside en ce que la variante ortho est soluble dans des acides organiques forts et dans des acides minéraux dilués, tandis que la variante méta est insoluble dans ces acides.
L'acide orthotitanique peut être obtenu sous forme de précipité blanc volumineux, en ajoutant de l'hydra- te ou du carbonate de sodium, de potassium ou d'ammonium à une solution froide de chlorure de titane. Lorsque le précipité est séché et calciné, on obtient une substance très dure, cornée et dense. L'acide métatitanique peut être obtenu par divers procédés, par exemple par ébullition d'u no solution aqueuse do chlorure do titane.
La précipitation de sulfates de titane basiques
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d'une solution de sulfate de titane par ébullition est également connue. Ces composés de titane contiennent des radicaux SO3 qui peuvent être enlevés par traitement avec des alcalins en quantité suffisante pour se combiner avce le SO3 présenta et on lave ensuite à l'eau. Des sulfates basiques ainsi produits ne sont pas solubles dans les acides minéraux dilués, ni dans les acides orga- niques concentrés.
Un des objets de la présente invention consiste à ne pas enlever les radicaux SO3et à tirer du sulfate basique un produit ou composé qui est facilement soluble dans les acides organiques et les acides minéraux dilués.
L'Inventeur a trouvé que les composés hydratés et oxygénés du titane, tels que l'acide métatitanique et les sulfatés de titane basique (ces derniers étant don- .nés comme une forme d'acide métatitanique contenant de faibles quantités de SO3 combiné) peuvent dans certaines conditions être transformés en un nouveau produit, qui est soluble dans les acides organiques ou dans les acides minéraux dilués, par traitement avec des quantités rela- tivement faibles d'alcalin caustique ou de carbonates al- calins, à des températures inférieures au point de fusion.
Pour la production du produit mentionné ci-dessus, la moitié environ (soit 50 %) et même moins, de' la quantité d'alcalin théoriquement nécessaire pour la production de métatitanite alcalin M2TIO3 est suffisante. Les tempé- ratures requises sont toutes inférieures à 1500 0.
On sait que l'acide métatitanique et les sulfa- tes de titane basiques, ainsi que certains minéraux de titane, tels que le rutile et l'iménite, peuvent être rendus solubles aux acides par fusion avec de faibles quantités d'alcalin, mais ce procédé est difficile à met- tre en oeuvre, surtout en raison de ce que le bain
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alcalin attaque la garniture du four.
D'après la présente invention, les composés de titane sont mélangés à de faibles quantités d'alcalin et à de faibles quantités d'eau, et sont chauffés à des tem- pératures de beaucoup inférieures au point de fusion. On évite de cette manière les inconvénients de l'ancien pro- cédé.
Des expériences ont montré que les différents composés alcalins réagissent conformément à l'ordre de succession suivant, en ce qui concerne l'effectivité des substances pendant la réaction : hydrate de potassium, hydrate de sodium, carbonate de potassium, carbonate de sodium. La réaction se fait le plus facilement avec de l'hydrate de potassium et le plus difficilement avec du carbonate de s odium.
L'Inventeur a préparé des sulfates basiques qui à l'analyse ont donné : 75 à 78 % de TIO2 7 à 10 % SO3 et 12 à 17 % deau combinée. Cette analyse correspond de très près à la. formule empirique 10 TIO2 SO3 10 H20, ou autrement exprimée : (TiO (OH)2 10 car ces formules correspondent à 75,45 % de TIO2 7,55 % SO3 et 1698 % H2O
Lorsque ce composé de titane est transformé en mé- tatitanate soluble au moyen d'hydrate de potassium (KOH), la réaction est probablement la suivante :
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8 K2TIO2 + 20 H2O
La présence du radical 803 provoque la forma- tion d'une molécule K2SO4 et d'une molécule du titanate . acide K2TI2O Si on se sert d'un excès de KOH suffisant pour se combiner avec le radical SO3 la réaction se fait probablement de la manière suivante :
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Ti0 (Oli)23io B03 + 22 KOH = K2S04 + 10 K2Ti03 + 21 H20
Sion se sert d'une quantité d'alcalin inférieu- re à la quantité théorique, une partie de la totalité de titane est combinée sous forme de titanate acide.
Lorsque de l'acide métatitanique, qui ne con- tient aucun radical acide tel que SO3 est transformé en un produit soluble, la réaction se fait probablement de la manière suivante :
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TiO (OH)2 + 2 KOH = K2 T103 + 2 H2 J.
Il est probable que ces réactions no se font pas
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exactement d'après les équations, et ne sont qu'apprax3ma^ tivement exprimées par ces équations.
Lorsqu'on se sert de carbonate de potassium, la réaction entre le sulfate de titane basique et le carbona- te de potassium est donnée approximativement par les équa- tions suivantes :
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IT 10 (OH)2 ] I0. S0 = 11 K2C03 - 10 K2Ti03 + K2S04 + 10 H2 0 + 11 C 02 Ti0 et (OH)2Z0 S03 + 6 K2C03 = 5 K2Ti205 + 10 . H20 + 6 002 + K2SO4
Les réactions entre l'acide métatitanique et le carbonate de potassium sont exprimées approximativement par les équations suivantes :
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TiO ( OH2 +, K2'C 0 - K2Ti03 + H20 + 002 et - 2 TiO (OH)2 + IL'2C0 - K2Ti0 + 2 H20 + C02.
Les exemples suivants montrent comment l'inven-
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tion peut être mise en oeuvre, maie 11 faut tte-ts*1 ('al- le n'est pas limitée par ces exemples. ler Exemple. De l'acide métatitanique ou du sul- fate de titane basique, produit de manière quelconque, est
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mélangé avec de l'eau pour former une pâte, la teneur en
TIO2 étant d'environ 30 %. Si on se sert de sulfate basi- que, on ajoute lentement, tout en agitant soigneusement,
800 kg d'hydrate de potassium à 90 %, 1650 kg de la pâte contenant environ 500 kg de TIO2
La quantité de KOH ci-dessus indiquée est théoriquement suffisante pour transformer tout le titane en métatitanite et SO2 en K2SO4 Comme récipient de réac- tion on se sert de préférence d'un récipient bas en fer, avec un appareil agitateur.
L'agitation se faisant pen- dant l'addition de l'alcalin. On a trouvé convenable d'employer une température entre 100 et 200 C, mais en général ne dépassant pas 140 , la durée du ohauffage étant de 2 à 3 heures.
2ème Exemple De l'acide métatitanique humide, ou du sulfate de titane basique, contenant environ 500 kg de TIO2 est mélangé avec 1000 kg de carbonate de potas- sium. Après mélange parfait, la charge est chauffée à une température d'environ 200 C, pendant 3 à 4 heures.
La réaction est ensuite terminée et le produit final est surtout du K2Ti03, soluble dans les acides organiques, dans les'acides minéraux dilués et dans les mélanges d'a- cides.
La partie principale du produit est une poudre blanche cristalline, qui peut n'être que faible hygrosco- pique. Le poids spécifique du produit sec est entre 2,3 et 2,9, suivant la quantité et le type d'alcalin employé.
La composition est exprimée par les formules K2Ti03 et Na2TIO2 si on a employé des quantités d'alcalin suffi- santes pour former ces deux produits. Si on a employé moins d'alcalin, le produit est un mélange de K2TIO3 ou de ..Na TIO3 et de K2TI2O5 ou de Na2Ti205. Si on se sert de quantités suffisamment faibles d'alcalin, (voir
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l'équation) le produit sera exclusivement du K2TIO5 ou Na2TIO5 Les formules ci-dessus représentent approximati- vement la composition exacte, mais il est possible que les molécules soient plus compliquées que ce qui est ex- primé dans ces formules.
Si on se sert comme matière première de sulfates basiques, le produit contient tou jours de faibles quantités de K2S04. et de Na2S04. Le produit contient souvent de faibles,quantités d'eau, car il n'est pas nécessaire d'enlever toute l'eau..
Les produits ainsi obtenus sont solubles dans les acides et les mélanges d'acides. Ils peuvent être directement dissous dans l'acide dont on désire produire le sel, ou ils peuvent être hydrolisés avec de l'eau. De cette manière, une certaine quantité d'alcalin est libé- rée et peut être enlevée par lavage, et le résidu peut être dissous dans l'acide: L'exemple suivant montrera comment ces produits peuvent être dissous dans l'acide Oxalique pour la production d'oxalate double de titane et de potassium.
3ème Exemple. On dissout environ 1500 kg d'aci- de oxalique dans 1000 litres d'eau et le tout est chauffé à environ 80 C. Du métatitanate de potassium à l'état sec ou humide est ensuite lentement ajouté, en agitant continûment, tandis que la température est maintenue à environ 80 C
Il se forme alors immédiatement par double dé- composition de l'oxalate double de titane et de potassium k2OTI (0204)2, et après enlèvement par filtration de faibles quantités de substances insolubles; cet oxalate pèut être séparé par cristallisation de diverses manières.
Le sulfate de potassium présent n'est pas nuisible ot est enlevé par la cristallisation de l'oxalate. La réaction a lieu d'après l'équation suivante :
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f2 T3.0 + 2 If 02 04. = K2 OTi fC204,2 + 2 FI- 0
La description donnée ci-dessus ne sert qu'à expliquer l'invention, sans la limiter aucunement, et en. peut procéder à de nombreuses modifications sans s'écar- ter des principes de l'invention.
- : REVENDICATIONS : -
1) Procédé de production de composés de tita- ne, caractérisé en ce que des composés oxygénés et hy- dratés de titane sont mélangés à des alcalins en quanti- té représentant 150 % et même plus de la quantité théori- quement nécessaire pour la production de métatitanate al- calin, après quoi ces mélanges sont chauffés à des tempé- ratures inférieures au point de fusion.
2) Procédé d'après 1 , caractérisé en ce que des composés acides oxygénés de titane sont utilisés comme matière première.
3) Procédé d'après 1 et 2 , caractérisé en ce que des composés oxygénés de titane contenant de l'a- nhydride sulfurique SO3 sont utilisés comme matière première.
4} Procédé d'après 1 à 3 avec dissolution des produits obtenus, caractérisé en ce que les produits obtenus sont dissous dans des acides organiques.
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5 ) Procédé d'après l à 4 , caractérisé en ce que de l'oxalate de titane et de potassium est produit par dissolution des composés de titane et de potassium formés dans l'acide oxalique.
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