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Procédé de préparation de pigments de titane composés.
La présente.invention concerne les pigments de titane, constitués par de l'oxyde de titane uni à des particules de sulfate de calcium, et locution a pour objet un pigment perfectionné de ce genre, ainsi que ses procédés de fabrication.
On s'est servi jusqu'ici de certains procédés d'après lesquels des produits de pigment d'oxyde
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titanique composés ont été préparés en ajoutant à une so- lution titanique des composés capables de former un sul- fate insoluble, ou bien un sulfate insoluble a été mis en suspension dans la solution titanique, en chauffant la solution pour précipiter sur ces porteurs des composés de titane sous forme d'acide titanique ou de sulfate titani- que basique, en enlevant le précipité composé et en séchant ou calcinant ce précipité.
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Un des ûlijotti fli.1HC1p/:l.t.t.k. da la prbaattai tion consiste à préparer un produit de pigment composé à l'oxyde titanique et au sulfate de calcium, produit com- portant un pouvoir couvrant grand et même exceptionnel, et d'autres propriétés distinctives, le mode opératoire consistant à produire séparément un sulfate de calcium spécial, puis à l'ajouter à une solution d'un sel de titane dans laquelle des composés de titane doivent être précipités. De cette manière, il est possible de produi- re le sulfate de calcium dans des conditions plus favora- bles que jusqu'ici.
La préparation de cette forme préférée de sul- fate de calcium peut être conduite de diverses manières,- par exemple par réaction entra de la chaux (CaO), ou du carbonate de calcium (GaCO) , et de l'acide sulfurique en présence d'eau, ou par calcination de sulfate de cal- cium naturel (gypse), ou préparé artificiellement, ou du sulfate de calcium sous-produit de nombreuses indus- tries, pour détruire sa forme initiale, en le broyant et en le traitant avec de l'eau pour former un sulfate de calcium hydraté.
En général, le sulfate de calcium se trouve sous forme cristalline dans la nature et plus fréquemment sous la forme hydratée CASO4 2H2O mais les cristaux ont des
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dimensions et une forme telles que même broyés très fine- ment, ils ne se prêtent pas au présent procédé de produc- tion de pigment composé. La même remarque s'applique au sulfate de calcium obtenu comme sous-produit de nombreu- ses industries. En calcinant du gypse naturel, ou du sulfate de calcium préparé artificiellement, pour détrui- re sa forme originale, en le broyant et en le traitant aveo de l'eau, il est possible de produire un sulfate de calcium de la forme préférée.
Avec certains sulfates de calcium il est égale- ment avantageux de traiter la matière calcinée avec: des acides minéraux dilués, tels que l'acide sulfurique, pour dissoudre les impuretés, de façon à obtenir un pro- duit de couleur meilleure.
Lorsqu'on se sert de la méthode dépendant de la réaotion de la chaux, ou du carbonate de calcium, avec de l'acide sulfurique, il n'est pas essentiel que l'acide sulfurique soit pur, la solution de sulfates de fer contenant de l'acide sulfurique,libre, par exemple la liqueur-mère obtenue dans la précipitation hydrolyti- que subséquente des composés de titane, peut être utili- sée dans ce but, ce qui représente une économie impor- tante. De plus on peut ou bien ajouter la matière de calcium à. l'acide, ou vice versa. D'après la première méthode, le sulfate de calcium est précipité dans une so- lution acide diluée, d'après la deuxième dans une solu- tion alcalinesi on se sert de chaux.
La dernière métho- de est préférée lorsqu'on se sert de matières pratique- ment libres d'impuretés, mais si on se sert de matières contenant des éléments susceptibles de provoquer la con- tamination du sulfate de calcium, par exemple une solu- tion da sulfate de fer aolda provenant de la précipitation du titane mentionnée ci-dessus, il est préférable
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d'ajouter la matière de calcium à la solution acide, car l'acide libre sera quelque peu en excès de la quantité théoriquement requise.
Les exemples suivants des opérations de prépa- ration du sulfate de calcium illustreront clairement cet- te phase du procédé.
1er Exemple : 37,5 kg de chaux commerciale (CaO) sont éteints dans 250 litres d'eau et la bouillie est di- luée à une concentration de 10 %. 87,5 kg d'acide sulfu- rique à 66 Bé, dilués dans 250 litres d'eau, sont ajou- tés lentement à la bouillie de chaux pendant une période d'une heure, tout en agitant continûment, la température s'élevant entre temps jusqu'à 46 c La charge est agitée pendant une heure après addition de l'acide sulfurique., dans le but d'assurer une réaction complète, et est ensui- te filtrée pour obtenir une pâte de sulfate de calcium plus concentrée.
2ème Exemple.: A la liqueur-mère acide prove- nant de l'opération de précipitation du titane, qui sera décrite plus loin, liqueur contenant de l'acide sulfuri- que libre et du sulfate ferreux, on ajoute de la chaux sous forme de bouillie mince. Pendant le mélange, la tem- pérature est maintenue à 25 C. La réaction a lieu avec agitation continue qui est continuée pendant une heure après le mélange pour assurer une réaction complète. La. charge est ensuite filtrée pour donner une pâte de sulfa- te de calcium plus concentrée.
3ème Exemple :110 kg de gypse naturel sont bro- yés à une finesse d'environ 300 mailles, et sont ensuite chauffés à une température de 110 c à 120 0 pendant envi- ron trois heures. Cette matière, pesant après chauffage environ 93 kg, est ajoutée à 200 litres d'eau froide en agitant continûment. L'agitation est continuée pendant
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une demi-heure après addition pour obtenir la reformation oomplète de CaSO4 2H2O avant de verser dans la solution de sulfatée de titane.
Quel que soit le mode opératoire employé pour préparer la sulfate de caloium d'après la présente inven- tion, il est essentiel que les particules de sulfate de calcium soit finement divisées et présentent une grande surface, de façon à rendre possible une meilleure absorp- tion des particules de titane qui doivent être ensuite précipitées. A l'examen microscopique le sulfate de calcium produit doit présenter des cristaux aciculaires ou en aiguilles., de longueur très grande proportionnelle- ment à leurs autres dimensions ; le produit se distingue .ainsi du sulfate de calcium relativement grossier qu'on peut obtenir avec d'autres procédés, et qui montrent à l'examen microscopique une proportion considérable de cristaux sous forme de plaques rhomboiques, semblables au gypse naturel.
C'est à la structure particulière du sulfate de calcium présentant une grande surface pour l'absorption des composés de titane qu'il faut attribuer le pouvoir couvrant exceptionnel et les autres propriétés désirables de ce nouveau produit de pigment. Il est également ca- ractéristique que cette forme de sulfate de calcium se prête bien à l'enlèvement, par lavage, du fer et autres impuretés portées dans la charge de précipitation, de fa- çon à donner un pigment plus blanc contenant moins d'im- puretés que les pigments actuels.
Le produit de pigment de titane composé de l'invention est préparé en produisant d'abord le sulfate de calcium préféré, en ajoutant .ensuite cette matière à une solution de titane, en chauffant la charge à ébulli- tion pour la précipitation hydrolytique des composés de
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titane, en lavant le précipité composé, par exemple par filtration, et en le séchant ou le calcinant finalement, si on le désire avec des additions. Le précipité peut ensuite tre neutralisé après filtration, par exemple au moyen d'un carbonate de terre alcaline, et on peut ajou- ter pendant la calcination des substances qui possèdent une influence stabilisante ou catalysante, par exemple des composés de phosphore.
La calcination peut être ré- glée de manière que dans le produit final les composés de titane soient présents en totalité ou en partie sous for- me cristalline ou crypte-cristalline. Les facteurs tels que la concentration et l'acidité de la solution de tita- ne, les conditions de la précipitation, du séchage ou de la calcination, peuvent varier dans de grandes limites suivant les résultats désirés. En conséquence, l'inven- tion n'est pas limitée aux conditions spécifiées dans l'exemple suivant qui est donné pour l'illustration des conditions de travail dans la préparation d'un produit moyen.
Une solution de sulfate de titane, préparée de manière convenable quelconque, par digestion d'ilménite avec de l'acide sulfurique, et solution subséquente dans de l'eau. Le fer trivalent présent est réduit à l'état divalent, par exemple par réduction électrolytique ou par traitement avec des métaux, de préférence du fer mé- tallique.
En se servant d'une solution de ce genre et de la forme préférée de pâte de sulfate de calcium, on a préparé une charge de la manière suivante :
Solution de sulfate de titane 550 kg
Pâte .de sulfate de calcium =
110 kg CaSO4 2h2o 280 kg
La charge est chauffée à ébullition et
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cont1nment agitée jusquà ce qu'un gchant3.llon montre â 1 'analyse du titane ont été Précipités. durée dtb'bullition requise est d'environ cinq heures. La charge' est ensuite diluée avec un volume égal d eau laisse 1>eposer et la Eueur claire est décantée. La liqueur can tge , qui contient plus grande partie 'de l'acide sul- :. - 's de titanep furique libéré par précipitation des composés de titane
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est disponible pour la précipuation do Après décantia- comme dans le 2ème exemple donné ci-dessUS.
Après décanta- tion de la liqueUr ,acide, la charge est filtrée, lavée et pendant trois heures- trouvé que le rendement est d'environ 100 de pigment qui contient à l'analyse: 29,40% oxyde titantique 29,40% Sulfate de calcium 70,60%
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3 22 pigment 3,22 pigment les donnés, les qtités Dans les exemples donnés, les quantités de ma- Dans les donnent pigment environ 3'D% tièree utilisées donnent un pigment contenant environ cette de TiOZ mais nouveau pigment n'est pas limité omette nouveau pigment est. de ÇÉ,02 mais lp n on E3 a u re. pigment on peut n choisir des PrOPort:Làns composition particulière. peut choisir des proportions de matières pour obtenir un pigment possédant une teneur désirée quelconque en oxyde de titane.
Le produit de pigment de titane composé ainsi obtenu est caractérisé par sa pureté chimique exception
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nelle et par ses propriétés physiques uniques- Le pigment se présente sous forme de pQUùre blanche très fin et monbre à 1examen m.croscopirlae avec un très fort grossis- sement, la structure caractéristique en aiguilles 1-"s.- sus mentionnée dans la description du sulfate de calcium.
s'us mentior ésent en grandes quantités L'oxyde de titane, bien que présent en grandes quantités n'est pas sisé,emt dicerable apparement du fait qu'il est uni au sulfate de calcium, mais sans détruire structure caractéristique de ce sulfate
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Les propriétés phYsiqueS du pigment après caloination scrnt
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telles que le produit peut être utilisé comme pigment pour peintures ou autres applications sans le broyage usuel.
-: REVENDICATIONS : -
1) Procédé de préparation de pigments de titane composés, qui consiste à précipiter des composés de titane sur des particules cristallines aciculaires de sulfate de calcium .
2) Procédé d'après 1 qui comprend la suspension de sulfate de calcium, constitué par des particules cristal- lines aciculaires dans une solution de titane, le traitement de la charge pour précipiter les composés de titane, la sé- paration du précipité de la solution, et son séchage ou oalcination.
3) Procédé d'après 1 et 2 qui comprend l'em- ploi d'une suspension formée séparément de- particules fi- nement divisées de sulfate de calcium hydraté.
4 Procédé d'après 1 à 3 caractérisé en ce que la suspension consiste en une pâte concentrée de sulfa- te de calcium.
5) Procédé d'après 1 à 4 , caractérisé par l'emploi d'un sulfate de calcium préparé en traitant un composé de calcium avec de l'acide sulfurique et de l'eau.
6) Procédé d'après 1 à 4 , caractérisé par l'emploi d'un sulfate de calcium préparé en chauffant un sulfate de calcium jusqu'à destruction de sa structure originale, et en le traitant avec de l'eau pour former du sulfate de calcium hydraté.
7) Procédé d'après 6 caractérisé on oe que le gypse est employé comme matière première.
9 Pigments composés comprenant de l'oxyde titanique uni à du sulfate de calcium sous forme de crie.- taux aciculaires.
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