<Desc/Clms Page number 1>
PERFECTIONNEMENTS A LA FABRICATION DE PIGMENTS DE TITANE.
L'invention est relative à la fabrication de pigments de titane par un procédé dans lequel une solution d'un sel de titane, par exemple du sulfate de titane, est hydrolysé afin de former un précipité de bio- xyde de titane, et le précipité est calciné pour former un pigment.
La présente invention prévoit un procédé perfectionné du genre ci- dessus, grâce auquel on obtient un précipité de bioxyde de titane aisé- ment transformable par calcination en un pigment du type "rutile" de bonnes couleur et texture, et possédant un pouvoir colorant ou couvrant d'un ordre de grandeur jusqu'à 60 % plus élevé que celui des pigments du type "anatase" usuels ayant un pouvoir colorant ou couvrant de 1250 mesuré à l'échelle de Reynold.
Conformément à l'invention, un procédé pour la fabrication d'un pigment de titane du type "rutile" consiste à mélanger une solution de sel de titane rendue muculeuse, préparée par l'une des méthodes (a) et (b) ci-après décrites, avec un milieu aqueux chaud ayant une températu-
<Desc/Clms Page number 2>
re d'au moins 70 C afin de provoquer une concentration de titane (cal- culé en i02) dans le mélange allant de 40 à 150 grammes par litre, et avantageusement comprise entre 75 et 125 grammes par litre, à chauf- fer le mélange pour, substantiellement, compléter l'hydrolyse, et à cal- ciner le précipité de bioxyde de titane hydraté ainsi obtenu.
L'expression "sel de titane" est employée ici pour désigner un com- posé de titane avec un acide minéral fort, tel que l'acide sulfurique, l'acide chlorhydrique, l'acide fluorhydrique ou l'acide nitriaue. Un composé de titane avec l'acide sulfurique, dénommé ci-après "sulfate de titane" tel qu'usuellement utilisé pour la fabrication de pigments de bio- xyde de titane, convient généralement le mieux pour être employé dans la présente invention.
Conformément, on peut utiliser,une solution de sulfate de titane préparée de manière connue, par sulfatation d'un mi- nerai de titane, comme l'ilménite, à l'aide d'oléum ou d'acide sulfuri- que, lixiviation à l'eau ou l'acide dilué du produit résultant, réduc- tion de la teneur en fer à l'état ferrique, de la liqueur, à l'état fer- reux, dépôt, clarification, et ensuite refroidissement de la liqueur pour éliminer une partie du fer ou d'autres sels.
La solution de sel de titane rendue nuculeuse dont il a été question précédemment est une solution qui a été préparée à l'aide de l'une ou l'autre des méthodes ci-après : a) En mélange ant avec une solution de sel de titane un agent de nucléation composé de bioxyde de titane hydraté, de nature telle qu'après mélange avec la solution de sel de titane, le bioxyde de titane en sus- pension peut être facilement séparé de la solution par des moyens méca- niques, la quantité employée de l'agent de nucléation étant telle qu'elle n'introduit pas plus de 25 % de bioxyde de titane, basés sur la teneur en titane (calculée en TiO2) de la solution de sel de titane.
Pareil a- gent de nucléation peut être préparé, par exemple, de la manière décrite dans le brevet anglais n 546.283 ou n 566.499. b) En hydrolysant partiellement une solution de sel de titane, dans une mesure ou un taux ne dépassant pas 65 %, environ, par son chauffage en présence d'un agent de nucléation ajouté, composé de noyaux de bioxy- de de titane hydraté qui, après mélange avec la solution de sel de titane, sont de dimensions colloïdales telles qu'ils ne se déposent pas pr
<Desc/Clms Page number 3>
gravité, et en mélangeant la solution partiellement hydrolysée avec une quantité ne dépassant pas 3 fois son volume, d'une solution de sel de/titane n'ayant pas été rendue nuculeuae et dont la température n'ex- cède pas 65 C.
L'agent de nucléation précité, qui peut être préparé par exemple de la manière décrite dans le brevet anglais n* 310.949, est avantageu- sement ajouté à la solution de sel de titane à hydrolyser dans une pro- portion propre à ne pas introduire plus de 10 %, et de préférence 0,05 à 2 %, de bioxyde de titane, de la teneur en titane (calculée en TiO2) de la solution de sel de titane à laquelle il est ajouté.
L'expression "taux d'hydrolyse" signifie la mesure dans laquelle la teneur en titane de la solution de sel de titane s'est transformée par hydrolyse en bioxyde de titane hydraté comme susdit, et il est exprimé en pourcentage de la teneur totale en titane de la solution de sel de titane calculée en Ti02.
Le milieu aqueux ahaud avec lequel est mélangée la solution de .sel de titane rendue nuculeuse peut être uniquement de l'eau, ou bien de l'eau contenant en dissolution ou en -suspension une petite proportion d'une addition destinée à améliorer les propriétés du précipité formé, ou à améliorer les propriétés pigmentaires; du produit final.
Ainsi, par exemple, le milieu aqueux peut contenir une faible pro- portion d'un sel inorganique, comme du sulfate d'aluminium, à l'effet d'améliorer la coagulation et le dépôt du précipité de bioxyde de ti- tane formé pendant l'hydrolyse. Un agent de conditionnement, par exem- ple du chlorure de zinc, peut également être ajouté au milieu aqueux a- fin d'améliorer les propriétés pigmentaires du produit final.
En outre, un acide, par exemple de l'acide sulfurique, peut être ajouté au milieu aqueux à l'effet d'améliorer le contrôle de la préci- pitation en réduisant la gamme des valeurs de pH parcourue pendant le mélange de la solution de sel de titane rendue nuculeuse avec le milieu aqueux*
Après mélange de la solution nuculeuse de sel de titane avec le milieu aqueux chaud, l'hydrolyse peut être complétée en portant le mé- lange à l'ébullition pendant une période de temps relativement courte par exemple 10 à 30 minutes environ.
<Desc/Clms Page number 4>
L'hydrolyse peut être effectuée d'une manière continue en préparent la solution de sel de titane nuouleuse continuellement par l'une des méthodes (a) et (b) décrites plus haut, en mélangeant continuellement cette solution avec le milieu aqueux chaud tandis que le mélange est chauffé pour substantiellement compléter l'hydrolyse, et en évacuant d'une manière continue le mélange hydrolysé.
Par exemple, un agent de nucléation préparé comme décrit dans le brevet anglais 310.949, peut être continuellement ajouté à une masse en mouvement d'une solution de sel de titane, tandis que le mélange est chauffé afin de produire le taux désiré d'hydrolyse, la solution partiel- lement hydrolysée mélangée d'une manière continue avec la proportion désirée d'une solution de sel de titane non rendue nuculeuse, et la solution de sel de titane nuculeuse résultante ajoutée continuellement à la masse en mouvement du milieu aqueux chaud tandis que le mélange est chauffé pour compléter l'hydrolyse.
Alternativement, un agent de nucléation préparé comme décrit dans le brevet anglais n 546.283 ou n 566.499, peut être ajouté continuellement à une solution de sel de titane, et la solution nuculeuse résultante ajoutée de manière continue à la masse en mouvement du milieu aqueux chaud comme décrit plus haut.
Le précipité de bioxyde de titane hydraté, obtenu en complétant pratiquement l'hydrolyse, peut être aéparé par filtration, lavé et cal- ciné à une température de l'ordre de 750-1000" C à la manière usuelle.
Si on le désire, le précipité de bioxyde de titane peut être additionné, avant ou après calcination, d'une petite proportion d'une ou plusieurs additions connues, comme des sels de métaux alcalins, par exemple du carbonate de potassium, ou d'autres composés métalliques, par exemple de l'oxyde d'aluminium, en vue d'améliorer les propriétés pigmentaires du produit calciné.
Les exemples ci-après illustrent l'invention.
Exemple 1.
780 litres d'une solution de sulfate de titane contenant, par litre, 62,8 grs. de TiO2, 8,59 grs. de Fe et 138 grs. de radical sulfate total (calculé en H2S04) sont partiellement neutralisés à 65 C par addition de 450 litres d'une solution de soude caustique contenant 108, grs. de NaOH par litre, grâce à quoi on donne au mélange un taux d'acidité de
<Desc/Clms Page number 5>
40 %. Le sol résultant est chauffé à 87 C et maintenu à cette tempé- rature pendant 60 minutes.
A l'agent de nucléation ainsi préparé et contenant du bioxyde de titane hydraté en suspension, on ajoute dans l'espace de 5 minutes,
1953 litres d'une solution de sulfate de titane contenant, par litre,
251,5 grs. de Ti02, 34,4 grs. de Fe et 552,5 grs. de radical sulfate (calculé en H2S04). La solution nuculeuse résultante est alors ajoutée, dans l'espace de 10 minutes, à 3555 litres d'eau maintenue à 90 C, l'hydrolyse s'effectuant rapidement pendant l'addition. Le mélange est alors porté à l'ébullition, et maintenu en ébullition pendant 30 minu- tes pour donner un taux d'hydrolyse de 98,5 %, Après lavage du précipi- té, il est mélangé à 0,2 % d'oxyde de magnésium et 0,3 de carbonate de potassium, les pourcentages étant basés sur la teneur en TiO2 du précipité.
Le mélange est alors calciné à 900 0 pendant 1 1/2 heures.
Le pigment résultant est entièrement formé de rutile, et présente une bonne couleur et un pouvoir colorant ou couvrant de 1550 à l'échelle Raynold.
Exemple 2.-
On prépare un agent de nucléation contenant 32,6 grs. de TiO2 par litre en neutralisant partiellement une solution de sulfate de titane à l'aide d'une solution de soude caustique afin d'obtenir une valeur de pH de 3,5, et en chauffant la suspension à 75 C pendant 10 minutes.
162 litres de la suspension résultante sont ajoutés à 1125 litres d'une solution'de sulfate de titane contenant, par litre, 234 grs. de TiO2, 64,4 grs. de Fe et 559 grs. de radical sulfate (calculé en H2SO4), et est le mélange est chauffé au point d'ébullition. L'ébullition/prolongée pendant 30 minutes, temps auquel le taux d'hydrolyse est de 51,4 %.
A la solution résultante partiellement hydrolysée on ajoute 1125 litres de la même solution de sulfate de titane froide, grâce à quoi l'hydrolyse est arrêtée.
La solution nuculeuse ainsi préparée est ajoutée, dans l'espace de
10 minutes, à 4248 litres d'eau maintenue à 90 C. Le tout est alors porté à l'ébullition, et maintenu à l'ébullition pendant 30 minutes pour compléter pratiquement l'hydrolyse. Après filtration et lavage, le pré- cipité est mélangé à 0,2 % d'oxyde de magnésium et 0,3 % de carbonate
<Desc/Clms Page number 6>
de potassium (les pourcentages étant basés sur la teneur en TiO2 du précipite), et le mélange est caloiné à 960 0 pendant 1 1/2 heures.
Le pigment résultant est presque entièrement formé de rutile, et présen- te des bonnes couleur et texture et un pouvoir colorant ou couvrant de 1510 à l'échelle Reynold.
Exemple 3. -
On prépare une solution nuculeuse de sulfate de titane comme décrit dans le premier paragraphe de l'exemple 2. 2250 litres de cette solu- tion à 75 C sont ajoutés dans l'espace de 12 minutes à 4275 litres d'une solution aqueuse de sulfate d'aluminium contenant 50 grs. d' Al2(SO4)3.18H2O par litre. Le tout est porté à l'ébullition et y main- tenu pendant 30 minutes pour pratiquement compléter la précipitation de bioxyde de titane. Le précipité se dépose rapidement et, après avoir été lavé, est mélangé à 0,2 % d'oxyde de magnésium et 0,3 de carbo- nate de potassium (les pourcentages étant basés sur la teneur en Ti02 du précipité), et le mélange est calciné à 930 C pendant 1 1/2 heures.
Le pigment du type rutile ainsi obtenu a une bonne couleur blanche et un pouvoir colorant ou couvrant de 1560 à l'échelle Reynold.
Exemple 4.-
A 1800 litres d'une solution de sulfate de titane préparée de ma- nière connue par sulfatation d'ilménite, et dont la composition est :
TiO2 232 grs. par litre
Fe ...... 60 grs. par litre
Radical sulfate total (calculé en H2S04) .... 549 grs. par litre on ajoute 52,2 litres d'un liquide nuculeux contenant 20 grs. de TiO2 par litre, et préparé en traitant une portion de la solution de sulfa- te de titane ci-dessus à l'aide d'une solution de soude caustique pour donner une valeur .de pHide 3 de la manière décrite dans le brevet anglais n 310.949.
Le mélange est alors amené à l'ébullition (1100 C) dans l'espace d'une heure, et maintenu à cette température pendant 40 minutes, temps auquel le taux d'hydrolyse est d'environ 24 %. A la solution partiel- lement hydrolysée résultante, on ajoute,dans l'espace de 5 minutes, 463,5 litres de la solution froide de sulfate de titane non nuculeuse précitée.
<Desc/Clms Page number 7>
La solution nuouleuse ainsi préparée est ensuite ajoutée, dans l'espace de 10 minute s, à 4302 litres d'eau à une température de 90 C.
Le tout est alors porté à l'ébullition et maintenu au point d'ébullition pendant 30 minutes afin de compléter l'hydrolyse. Le précipité résul- tant est séparé par filtration et lavé. Une quantité de carbonate de potassium représentant 0,3 % de la teneur en TiO2 du précipité est/mélan- gée au précipité, et le mélange est calciné à 930 C pendant 1 1/2 heu- res. Le produit calciné contient du bioxyde de titane pratiquement en totalité sous forme rutile, et présente une bonne couleur blanche et un pouvoir colorant ou couvrant de 1625 à l'échelle Reynold.
REVENDICATIONS.
1. Un procédé pour la fabrication d'un pigment de titane du type rutile, qui consiste à mélanger une solution nuculeuse de sel de titane, préparée par l'une des méthodes (a) et (b) décrites plus haut, avec un milieu aqueux chaud ayant une température d'au moins 70 0, afin de pro- duire dans le mélange une concentration de titane (calculé en i02) al- lant de 40 à 150 grammes par litre, à chauffer le mélange pour, en sub- stance, compléter l'hydrolyse, et à calciner le précipité de bioxyde de titane hydraté ainsi obtenu.