BRPI0608611A2 - processo de sulfato para a produÇço de titÂnia a partir de um material titanÍfero - Google Patents

Abstract

PROCESSO DE SULFATO PARA A PRODUÇçO DE TITANIA A PARTIR DE UM MATERIAL TITANÍFERO. Trata-se de um processo de sulfato para a produção de titânia a partir de um material titanífero como revelado, O processo é caracterizado pelo fato de etapas específicas de separar sulfato de titanila precipitado a partir da solução e subseqUentemente tratar o material precipitado antes da hidrólise.

Description

"PROCESSO DE SULFATO PARA A PRODUÇÃO DE TITÂNIAA PARTIR DE UM MATERIAL TITANIFERO"

A presente invenção refere-se a um processo paraa produção de titânia a partir de um material titanifero.

A expressão material "titanifero", conforme o usoem questão, significa qualquer material que contenhatitânio, inclusive, à guisa de exemplo, minérios,concentrados de minério e escórias titaniferas.

A presente invenção refere-se, em particular, aoprocesso de sulfato para a produção de titânia a partir dematerial titanifero.

O pedido internacional PCT/AU2004/001421, em nomeda depositante revela a invenção de um processo de sulfatopor ela concebida. A descrição do pedido internacionalencontra-se aqui incorporada para cruzamento dereferências.

Em termos gerais, a presente invenção proporcionaum processo de sulfato para a produção de titânia a partirde um material titanifero (tal como ilmenita) do tipo queinclui as etapas de:

(a) lixiviar o material titanifero sólido com umasolução de lixivia dotada de ácido sulfúrico e formar umasolução de processo que inclui uma solução acidica de'sulfato titanila (TiOS04) e sulfato de ferro (FeS04) ;

(b) separar a solução de processo e uma fasesólida residual da etapa de lixiviação (a);

(c) precipitar o sulfato de titanila da soluçãode processo da etapa (b);(d) separar o sulfato de titanila precipitado dasolução de processo;

(e) tratar o sulfato de titanila precipitado eproduzir uma solução dotada de sulfato de titanila;

(f) hidrolisar o sulfato de titanila na solução eformar uma fase sólida contendo óxidos de titâniohidratados e uma fase liquida;

(g) separar a fase sólida contendo óxidos detitânio hidratados e a fase liquida;

(h) calcinar a fase sólida a partir da etapa (g)e formar titânia; e

(i) remover sulfato de ferro a partir da soluçãode processo da etapa (b) e/ou solução de processo esgotadada etapa (d).

0 termo "óxidos hidratados de titânio" ésubentendido aqui como incluindo, como exemplo, compostosque têm a fórmula Ti02.2H20 e Ti02.H20.

Além disso, a expressão "óxidos hidratados detitânio" é ora subentendida como a que inclui compostos quesão descritos na literatura técnica como hidróxido detitânio (Ti (OH) 4) .

Nesse ponto observa-se, também, que concentraçõesde ácido mencionadas anteriormente são ora subentendidascomo determinadas por titulação de uma amostra de soluçãotamponada com oxalato com solução de hidróxido de sódio aum ponto de término de pH 7.

É observado também nesse ponto que concentraçõesde metais mencionadas a seguir são subentendidas aqui comosendo determinadas por ICP (todos os metais) ou portitulação (nos casos de Ti e Fe - ferroso e férrico).

Como é indicado no pedido internacional acimamencionado, a patente US 3.760.058 no nome de Langmesser eoutros (cedida a Farbenfabriken Bayer AK) revela uma partedo processo acima descrito.

A referência na presente invenção à patente US daBayer não deve ser tomada como uma indicação de que arevelação na patente faz parte do conhecimento geral comumde pessoas versadas no campo da invenção.

Preferivelmente, o processo inclui o fornecimentoda solução de processo separada a partir da etapa (d) e/oua fase liquida separada a partir da etapa (g) para lixiviara etapa (a).

O requerente realizou trabalho de pesquisaadicional sobre o processo desde a data de prioridade de 17de outubro de 2003 do pedido internacional e identificoudiversas características que não são reveladas no pedidointernacional acima mencionado que são importantes,separadamente e em combinação, para operar o processo deforma eficaz e que forma a base da presente invenção.

A presente invenção se baseia em característicasdas etapas (d) e (e) de separar sulfato de titanilaprecipitado a partir da solução de processo esubseqüentemente tratar o material precipitado antes dahidrólise que são descritos a seguir os quais foramidentificados no trabalho de pesquisa adicional.

Outras características do processo acima descritoque foram identificadas no trabalho de pesquisa adicionalsão descritas no relatório descritivo depositado com opedido provisional australiano 2005901749 no nome dorequerente e a revelação nesse relatório descritivo éincorporada aqui por referência cruzada.

No trabalho de pesquisa acima mencionado, orequerente verificou que é preferível separar o sulfato detitanila precipitado a partir da solução de processo daetapa (c) utilizando um filtro, como um filtro de pressão,por exemplo, um filtro de correia de pressão, que forma umatorta de filtro e um filtrado.

Além disso, o requerente verificou que a torta defiltro, que contém sulfato de titanila sólido e retevesolução de processo de acidez elevada, tipicamente 4 00-700g/L, é um produto intermediário sólido estável que pode serarmazenado indefinidamente e utilizado como necessário.

Desse modo, a filtração obtida pelo filtro, quesepara os sólidos a partir de uma parte substancial dasolução de processo, prove uma quebra de circuitoconveniente para o processo que torna possível operar asetapas anterior e seguinte no processo como operações deunidade separadas.

A torta de filtro pode ser lavada com ácidofresco e/ou ácido reciclado, por exemplo a partir da etapade hidrólise (f) descrita a seguir, para deslocar soluçãode processo aprisionada contendo impurezas e desse modomelhorar a pureza da solução de Ti com resistência elevada,subseqüentemente formada para a etapa de hidrólise.

O filtrado a partir do filtro contém,tipicamente, 700 g/L de ácido sulfúrico (50% peso/v), 10g/L de titânio e 40 g/L de ferro em solução e é fornecido àetapa de lixivia.

Uma proporção substancial, tipicamente 80% empeso, da torta de filtro é licor de processo retido. Orequerente verificou que é difícil remover o licor deprocesso retido a partir da torta de filtro após remoção datorta de filtro a partir do filtro por uma etapa de lavagemdireta.

Em particular, o requerente verificou que épreferível repolpar a torta de filtro e formar uma pastaacidica de sulfato de titanila e posteriormente filtrar apasta e lavar a torta de filtro.

O requerente verificou também que é preferívelrepolpar a torta de filtro com uma solução acidica parareter elevada acidez na pasta resultante e de modo a formaruma pasta acidica que tenha baixo carregamento de sólidos,tipicamente menor do que 10% em peso, por motivos demanipulação de materiais, como descrito acima. A pastaformada sob essas condições tem uma consistênciasuficientemente fluida que pode ser manipulada utilizandoequipamento de processo convencional e comumentedisponível.

Preferivelmente, a acidez da solução acidica épelo menos 300 g/L.

Preferivelmente, a acidez da solução acidica é daordem de 400 g/L.

Preferivelmente, a solução acidica inclui a faseliquida recuperada a partir da etapa de hidrólise (f) e/ouácido de repolpar reciclado.Preferivelmente, a repolpagem é sob condições

agitadas.

A pasta acidica é filtrada utilizando um filtro,como um filtro de pressão, por exemplo, um filtro decorreia de pressão, para formar uma torta de filtro desulfato de titanila e um filtrado. Em uma modalidade, atorta de filtro é lavada utilizando a fase liquidarecuperada da etapa de hidrólise (f).

Além disso, o requerente verificou que épreferível lavar a torta de filtro acidica de sulfato detitanila com água e reduzir a acidez do componente liquidoda torta de filtro para ser menor do que 200 g/L de ácido.O requerente verificou que os sólidos na torta de filtro setornam instáveis em concentrações de ácido menores do que200 g/L e posteriormente dissolvem na etapa (e) . Dessemodo, a redução em concentração de ácido por lavagem comágua é importante para obter dissolução subseqüente desulfato de titanila na etapa (e).

Além disso, o requerente verificou também que épreferível minimizar a quantidade de água que é retida como sulfato de titanila precipitado. A minimização de águaretida é importante para maximizar a concentração detitânio na solução de processo subseqüentemente dissolvidaproduzida na etapa (e) , preferivelmente a concentrações depelo menos 150 g/L, mais preferivelmente pelo menos 200 g/Lde titânio.

Para minimizar a água retida, preferivelmente aetapa (d) inclui lavagem da torta de filtro acidica desulfato de titanila com água "sob condições de filtração depressão, como em um filtro de pressão de correia, e removero máximo de liquido possivel a partir do sulfato detitanila.

Alternativamente, o sulfato de titanila pode serconcentrado por evaporação ou outras opções apropriadaspara remover água retida.

Além disso, o requerente verificou que épreferível que a etapa (e) inclua transferir a torta defiltro lavada para um tanque agitado e permitir que a tortadissolva em uma solução de processo contendo umaconcentração elevada de titânio, preferivelmente pelo menos150 g/L, mais preferivelmente pelo menos 200 g/L detitânio.

O requerente verificou que é preferível aquecer atorta de filtro lavada no tanque agitado, preferivelmente auma temperatura da ordem de 60°C para acelerar o processode dissolução.

O processo de dissolução pode ser realizado emuma base de batelada ou continua.

Além disso, a solução de processo de resistênciaelevada ("licor rico") produzida no processo de dissoluçãopode ser reciclado para o tanque agitado a fim de melhorara agitação e/ou manipulação da pasta à medida que adissolução prossegue -

O requerente verificou também que as etapas (d) e(e) podem ser realizadas sucessivamente, sem armazenagem deum produto sólido intermediário.

Especificamente, as etapas (d) e (e) podemincluir separar o sulfato de titanila precipitado a partirda solução de processo da etapa (c) , por exemplo, em umfiltro e produzir uma torta de filtro, e posteriormentelavar diretamente a torta de filtro com a fase liquida apartir da etapa (f) e/ou água, por exemplo, enquanto atorta de filtro está no filtro.

As etapas (d) e (e) podem incluir sopro de are/ou compressão da torta de filtro e remoção de liquidoadicional da torta de filtro e produção de uma concentraçãode Ti elevada no licor dissolvido subseqüente.

0 processo da presente invenção inclui asseguintes reações tipicas.

Lixiviação:

FeTi03 + 2H2S04 -> FeS04 + TiOS04 + 2H20Redução férrica:Fe2(S04)3 + Fe° -> 3FeS04Cristalização de sulfato ferroso:FeS04 + 7H20 -> FeS04.7H20Precipitação de sulfato de titanila:TiOS04 + 2H20 -> TiOS04.2H20Hidrólise:

TiOS04 + 2H20 -> TiO(OH)2 + H2S04

Calcinação:

TiO(OH)2 -> Ti02 + H20

0 requerente realizou trabalho experimental emuma escala de laboratório e uma escala de planta piloto emrelação ao processo acima descrito.

0 processo de sulfato aperfeiçoado da presenteinvenção é descrito agora adicionalmente como exemplosomente com referência ao fluxograma em anexo.O fluxograma inclui as seguintes etapasprincipais:

(a) lixivia;

(b) cristalização de sulfato ferroso;

(c) cristalização de sulfato de titanila;

(cl) dissolução de titânio;

(e) hidrólise para pigmento;

(f) preparação de semente de rútilo;

(g) alvejamento;

(h) calcinação; e

(i) acabamento.

Cada uma das etapas acima é descrita a seguir por

sua vez.

(a) Etapa de lixivia

A etapa de lixivia inclui dois estágios delixivia 1 e 2 realizados em tanques separados 3, 5.

Cada estágio de lixivia é realizado em um únicotanque 3, 5 como indicado no fluxograma ou em múltiplostanques (não mostrados) dispostos em série.

Os estágios de lixivia 1 e 2 podem ser totalmentecontracorrente ou podem ser co-corrente com adição defiltrado de retorno, fresco e/ou filtrados de lavagem aosdois estágios de lixivia.

A quimica da etapa de lixivia é:

FeTi03 + 2H2S04 -> TiOS04 + FeS04 + 2H20

A lixiviação é realizada em uma acidez controladade 450 g/L (± 25 g/L) de H2SO4 em cada estágio. Sob essascondições aproximadamente 80% de lixiviação ocorre em doisestágios de lixivia, cada um com aproximadamente 12 horasde tempo de residência.

A temperatura de lixiviação é tipicamente 110°Cem cada estágio, que é menor do que o ponto de ebulição desolução. A temperatura não é controlada, porém calorsuficiente é gerado durante lixiviação para manter a pastaaproximadamente em 110°C. Um pouco de vapor de adição podeser necessário para a partida.

Uma opção é utilizar adição de ferro de refugonos tanques de lixivia 3, 5. Verificou-se que isso aumentasignificativamente a cinética de lixivia. Um pouco deredutor é necessário para converter sulfato férrico emsulfato ferroso a fim de permitir que todo ferro saia naforma de cristais de FeS04.

Os tanques de lixivia 3, 5 são tanques de

agitação simples, cada um dos quais opera com umtransbordamento para um espessador 7. Plástico reforçadode fibra (FRP) é apropriado para partes umedecidas. Outrosmateriais apropriados são tijolos e telhas de ácido.Os tanques de lixivia 3, 5 são operados com

agitação suave de modo que o tempo de residência de sólidosnos tanques seja mais longo do que o tempo de residência delicor nos tanques.

As pastas de lixivia descarregadas dos tanques 3,5 são espessadas em espessadores convencionais 7. A taxade assentamento é elevada para ilmenita parcialmentereagida. Floculação é possivel. Densidades de

subtransbordamento que excedem 60% são exeqüíveis, porémcarregamentos mais baixos de sólidos podem ser necessáriospara assegurar capacidade de bombeamento.

0 carregamento de sólidos na etapa de lixivia écontrolado para fornecer uma solução de processo deaproximadamente 40 g/L Ti, 90-100 g/L de Fe e 400-450 g/Lde ácido que sai da etapa de lixivia como transbordamento apartir do espessador a jusante 7. Essas são asconcentrações preferidas de Fe e Ti sem que sulfato ferrosoou sulfato de titanila cristalize prematuramente.

Ilmenita é adicionada seca ao primeiro tanque delixivia 3.

Para controlar a acidez em 450 g/L (± 25 g/L),filtrado de retorno a partir da etapa de cristalização desulfato de titanila 19 discutida a seguir é fornecidoatravés da linha 9 aos tanques 3, 5 e/ou ácido sulfúricoadicional é dosado para dentro dos tanques 3, 5. Emsituações onde há múltiplos tanques 3, 5 em cada estágio,grande parte do ácido é adicionada aos dois primeirostanques 3, 5 em cada estágio. Na prática, a acidez emtanques posteriores pode ser não controlada.

O subtransbordamento de espessador a partir doespessador 7 do primeiro estágio de lixivia é bombeado parao tanque de lixivia 5 do segundo estágio de lixivia.

Um pouco de ácido reciclado em aproximadamente350 g/L (± 25 g/L) de H2S04, que é um filtrado a partir deuma etapa de filtração 37 a jusante de uma etapa dehidrólise 25 descrita a seguir, também é bombeado atravésda linha 11 para o tanque de lixivia 5.O filtrado de cristalização de sulfato detitanila produzido em uma etapa de filtração 31 descrita aseguir, também é adicionado através da linha 11 para osegundo tanque 5 a fim de manter a acidez em 450 g/L (± 25g/L) .

A lixiviação é aproximadamente 50-60% no primeiroestágio se elevando até aproximadamente 80% no geral até otérmino do segundo estágio. Extrações mais elevadas sãoexeqüíveis com lixiviação adicional.

A pasta de lixivia de segundo estágio que édescarregada a partir do tanque de lixivia 5 é espessada noespessador 7.

Em uma operação de contracorrente total otransbordamento de segundo estágio a partir do espessador 7é bombeado para o tanque de lixivia de primeiro estágio 3.Em um circuito co-corrente o carregamento de sólidos é maiselevado nos dois estágios de modo que a meta de 40 g/L deTi seja atingida na solução final do processo.

O residuo de lixivia de segundo estágio éfiltrado através do filtro 13 e a torta de filtroresiliente é suspensa em água reciclada. Calcáreo e calsão adicionados para elevar o pH para 7-8, e a pasta ébombeada para os residuos 15.

A solução de processo contida na torta de filtro(não lavada) que é fornecida a residuos 15 representa aprincipal saida para diversos elementos secundários, comoCr e Zn.

Baixa acidez nos estágios de lixivia pode causara hidrólise prematura e precipitação de TiO(OH)2-Tipicamente isso se torna significativo abaixo deaproximadamente 425 g/L de H2S04. Acima de 450 g/L de H2S04é possível, de modo semelhante, cristalizar prematuramentediidrato de sulfato de titanila TiOS04.2H20.

(b) Etapa de cristalização de sulfato ferrosoQuase todo ferro em solução eventualmente deixa ocircuito como cristais verdes de sulfato ferroso,FeS04.7H20, em uma etapa de cristalização de sulfatoferroso 17.

Água significativa também é rejeitada a partir doprocesso no sulfato ferro, também conhecida como"caparrosa". Isso permite recuperação e reciclagem deácido de resistência média a partir da etapa de hidrólise,levando a um consumo muito mais baixo de ácido geral portonelada de produto de Ti02.

Na etapa de cristalização de sulfato ferroso 17,solução de processo quente descarregada comotransbordamento a partir do espessador a jusante 7 da etapade lixivia é primeiramente resfriada até aproximadamente60°C em um permutador de calor (não mostrado) por permutatérmica com a solução de processo que foi descarregada apartir de um tanque de cristalização a j usante (nãomostrado).

A solução de processo impregnada resfriada éentão resfriada de forma evaporativa até aproximadamente20°C. Isso faz com que sulfato ferroso cristalize notanque. A solução de processo resfriada nesse estágiocontém aproximadamente 40 g/L de Fe e 55 g/L de Ti. Aconcentração de Ti se eleva devido ao volume mais baixo dasolução de processo resfriada.

A remoção de água por evaporação pode serincluída para fornecer um crédito adicional de água,permitindo recuperação de mais ácido fraco.

Os cristais de sulfato ferroso podem serseparados a partir da solução de processo por umacentrifuga convencional (não mostrada) ou por um filtro decorreia (não mostrado).

Um pouco de lavagem pode ser possível, porém asolubilidade elevada dos cristais significa que a lavagemdeve ser minimizada, se possível.

0 sulfato ferroso pode ser vendido diretamente ouconvertido em outro produto vendivel.

Embora 4 0 g/L de Fe permaneçam em solução, oferro é recirculado e eventualmente retorna à etapa decristalização de sulfato ferroso, 17. Os cristais desulfato ferroso são, portanto, essencialmente o único pontode saida para ferro a partir do circuito.

Mn, Al e Mg são elementos secundários que saem docircuito principalmente com os cristais de sulfato ferroso.

Finalmente, a solução de processo frio que édescarregada a partir da etapa de cristalização de sulfatoferroso 17 é parcialmente reaquecida por permuta de calorde fluxo transversal contra solução de processo quente queentra, fornecida à etapa 17.

(c) Etapa de precipitação de sulfato de titanila

Ácido sulf úrico fresco a 98% que é necessáriopara lixiviar ilmenita não é adicionado nos estágios delixivia da etapa de lixivia. Em vez disso, o ácido éadicionado em uma etapa de precipitação de sulfato detitanila, genericamente identificada pelo numerai 19.

0 ácido faz com que o titânio precipite para forada solução de processo como diidrato de sulfato detitanila, TÍSO4.2H2O, e forme uma pasta de acordo com aseguinte reação:

TiOS04 + 2H20 -> TiOS04.2H20

0 mecanismo efetivo de precipitação não é claro.

A temperatura operacional preferida na etapa deprecipitação de sulfato de titanila é de 110°C. Aprecipitação é muito lenta em menos de 90°C.

A precipitação é de auto-semeadura - a cinéticade cristalização é acelerada pela presença dos cristais deproduto.

Os sólidos têm um formato semelhante à agulhalonga (tipicamente 1 jim de largura por 100 |im decomprimento). A morfologia semelhante à agulha causaproblemas de reologia significativos na etapa deprecipitação de sulfato de titanila. Carregamentos bembaixos de sólidos podem resultar em pastas semelhantes amingau espesso que resistem a bombeamento e agitação.

Em uma modalidade especifica o tanque deprecipitação (ou um ou mais de um dos tanques deprecipitação em situações onde há múltiplos tanques) tem umtubo de tiragem vertical que tem uma entrada superior e umasaida inferior e o tubo de tiragem é localizado paradividir o tanque em uma câmara externa e uma câmaracilíndrica central. O conjunto também inclui um impulsorpara ajudar a circulação da pasta. A pasta flui através dotubo de tiragem e câmara externa no tanque.

Para manter a pasta em um estado fluido umareciclagem de filtrado pode ser utilizada.

Os sólidos na pasta que é descarregada a partirdo tanque ou tanques de separação são separados a partir dapasta por filtração. A filtração pode ser por um filtro decorreia 21 mostrado no fluxograma. Entretanto, a

manutenção da temperatura do filtrado provavelmente requerfiltração de pressão.

Um pouco de lavagem dos sólidos na torta defiltro no filtro 21 por ácido reciclado a partir da etapade hidrólise descrita a seguir, pode ser realizado vistoque isso melhora a pureza da solução de Ti de resistênciaelevada indo para hidrólise.

A torta de filtro de TiOS04.2H20 lavada com ácidoé um produto sólido estável e oferece um ponto de rupturaconveniente no fluxograma. A torta de filtro pode serarmazenada como indicado pelo numerai 27. A armazenagemtemporária dos cristais lavados com ácido oferececapacidade de tampão útil e torna o processo mais robusto.

0 filtrado contém aproximadamente 700 g/L deH2S04 (aproximadamente 50 % peso/v) mais 10 g/L de Ti e 40g/L de Fe. Um pouco é reciclado para o tanque de estágiode precipitação de sulfato de titanila 19. O resto éenviado para os estágios de lixivia através da linha 9,onde é utilizado para controlar a acidez a 450 g/L de H2SO4na pasta de lixivia.O espessamento antes de filtração não é utilizadodevido aos sólidos semelhantes à agulha, que não compactamfacilmente sob gravidade.

(d) Dissolução de titânioA torta de filtro lavada com ácido a partir do

depósito 27 é repolpada em uma solução de H2S04 a 30% emuma etapa de repolpagem 2 9 e é então bombeada para umfiltro 31. A pasta resultante tem uma concentração deácido da ordem de 400 g/L.A torta de filtro no filtro 31 pode ser lavada

com filtrado de hidrólise para remover licor de lixiviaaprisionado, restante.

Finalmente, uma lavagem de água cuidadosamentecontrolada é utilizada para deslocar todo ácido restante natorta de filtro no filtro 31. A redução da concentração deácido abaixo de 200 g/L desestabiliza os sólidos, levando àdissolução final dos sólidos. A compressão da torta e/ousopro de ar é então utilizado para controlar o teor deumidade da torta. Aproximadamente 5 g/L de Ti se reportamao filtrado de lavagem, que é reciclado através da linha 11para os estágios de lixivia.

Como descrito acima, essas etapas de lavagempodem ser aplicadas na etapa de filtração inicial paraeliminar a necessidade de repolpar e refiltrar os sólidos.Entretanto, ao. fazer isso a capacidade de armazenar umatorta de filtro intermediária é perdida e o processo émenos robusto.

A torta de filtro lavada com água descarregada apartir do filtro 31 é adicionada a um tanque agitado 35.Durante um período de aproximadamente 2 horas a 60°C atorta dissolve em uma solução de Ti de elevada resistência.Temperaturas mais baixas também podem ser utilizadas,embora o tempo de dissolução possa ser mais longo do que 2horas.

A concentração alvo é de 150 g/L Ti (= 250 g/L"Ti02") - As concentrações excedendo 200 g/L de Ti foramproduzidas em trabalho de laboratório e planta piloto.Entretanto, 150 g/L ou acima é apropriado para hidrólise depigmento convencional.

O processo de dissolução requer, preferivelmente,uma quantidade menor do que 100 g/L de ácido na soluçãocontida na torta de filtro para assegurar que o processo váaté conclusão. Se grande parte ou todo ácido for retiradopor lavagem o teor de ácido livre de solução de resistênciaelevada é bem baixo. Em termos de indústria de pigmento arazão de ácido para titânia (A/T) é normalmenteaproximadamente 1,3 (o mínimo teórico é 1,225 em acidezzero).

A solução de resistência elevada de produto,produzida no tanque agitado 35 é filtrada através de umcartucho de filtro (não mostrado) para remover matériasilicosa e outra matéria em partículas finas.

Ao contrário de sulfatos de metal normais, oTiOS04.2H20 na torta de filtro não dissolve imediatamenteem água. Além disso, sua solubilidade em >20% de H2SCU ébem baixa. Isso sugere que o processo de dissolução não éestritamente dissolução. A solubilidade notável de Ti embaixa acidez (>200 g/L de Ti) em comparação com 20% deH2S04 (-5 g/L de Ti) favorece essa visão,(e) Etapa de hidrólise

A solução de processo de Ti de resistênciaelevada é apropriada para todos os processos de hidrólisede pigmento convencionais.

Também pode ser utilizado para precipitaçãocontinua ou de batelada de TiO(OH)2 de elevada pureza,grossa.Os processos de hidrólise de pigmento são

tipicamente processos de batelada devido à necessidadecritica de controlar o tamanho de partícula.

A solução de alimentação para a etapa dehidrólise de pigmento é pré-tratada para geraraproximadamente 2 g/L de Ti3+ na solução por meioconvencional. O Ti3+ protege contra oxidação de qualquerferro em Fe3+, que co-precipita com o Ti e transmite corindesejável ao pigmento.

A solução de processo é então ajustada com ácidoem uma razão de A/T apropriada para hidrólise pigmentária,utilizando H2SO4 concentrado ou preferivelmente o filtradode hidrólise. A razão de A/T é um parâmetro de processochave. A razão de A/T é:

[ácido livre + ácido ligado em TiS04] -s- [Ti02]Todos os parâmetros são expressos em g/L.

Na prática a concentração de [ácido livre + ácidoligado em TÍOSO4] é medida por uma simples titulação em pH7 com solução de hidróxido de sódio, e o [TÍO2] g/L é Tig/L 0, 6.Em um exemplo de prática comercial, a hidrólise érealizada por pré-aquecimento de um residuo de água,tipicamente 10-20% do volume de solução de alimentação, atéaproximadamente 96°C.A solução de processo é também pré-aquecida a

aproximadamente 96°C e então é bombeada através para otanque de hidrólise de batelada durante um período de tempofixo.

O tanque de hidrólise 25 é equipado comaquecimento a vapor e um agitador de ancinho do tipo porta,que opera em baixo rpm. Preferivelmente, o aquecimento avapor é indireto de modo que o filtrado não seja diluidopor condensado.

Os poucos segundos iniciais de bombeamento causam a precipitação de partículas de TiO(OH)2 muito finas, quecausam um aspecto leitoso por aproximadamente 30 segundos,a seguir parecem redissolver. Na prática as partículasfinas são núcleos coloidais que controlam o tamanho tantodo precipitado resultante como o tamanho de cristal nadescarga do calcinador. O controle dessa etapa é portantoimportante para preparar bom pigmento.

Após toda solução de processo ser bombeadaatravés ou deixada cair de um tanque coletor, a temperaturada pasta é cuidadosamente aquecida até o ponto de ebulição (tipicamente a l°C/minuto).

A pasta é então fervida por aproximadamente 5horas, em cujo tempo o Ti que resta na solução foidiminuído para aproximadamente 5 g/L.A pasta descarregada do tanque de hidrólise 25 éfiltrada e lavada com água em um filtro de correia 37 eproduz uma torta de filtro de TiO(OH)2 e um filtrado.

Não há exigências especiais para filtração visto que o tamanho de partícula já foi estabelecido. Uma gamade filtros é utilizada na indústria. As partículas flocamnaturalmente juntas e a taxa de filtração é rápida obastante que filtração a vácuo pode ser utilizada. A tortade filtro contém aproximadamente 55% peso/peso de água. O filtrado a partir do filtro 37 contém 350-450

g/L de H2S04. Esse é retornado através da linha 11 para aetapa de lixivia para formar em pasta ilmenita e/ousubtransbordamento de espessador de primeiro estágio. Asunidades de ácido são desse modo utilizadas para lixiviar ilmenita. A reciclagem desse ácido é limitada peloequilíbrio geral de água de circuito, e é favorecida poracidez mais elevada (isto é, um volume mais baixo é igual àacidez mais elevada). Qualquer excesso é enviado para umaplanta de gesso limpo 49. (f) Etapa de preparação de semente de rútilo

Em um exemplo de prática comercial, semente derútilo é feita em uma etapa de preparação de semente derútilo 41 por reação de um pouco de torta de filtro deTiO(OH)2 descarregada do filtro de correia 37 com solução de NaOH a 50% comercial, por várias horas no ponto deebulição (aproximadamente 117°C):

2NaOH + TiO(OH)2 -> Na2Ti03 + 2H20

4NaOH + TiOSCU -> Na2Ti03 + Na2S04 + 2H20A torta de filtro de TiO(OH)2 contémaproximadamente 4% de S na forma de sulfatos de titâniobásico absorvidos. 0 titanato de sódio resultante éfiltrado e lavado bem para remover totalmente sulfato. Atorta lavada é então misturada com uma quantidadecuidadosamente controlada de HC1 comercial a 35% paraproduzir uma solução de TiCl4:

Na2Ti03 + 6HC1 -> TiCl4 + 2NaCl + 3H20

A solução é então fervida para gerar partículasde TiO(OH)2 ultra-finas:

TiCl4 + 3H20 -> TiO(OH)2 + 4HC1

A pasta resultante contém aproximadamente 100 g/Lde Ti02 na forma de rútilo- Pode ser utilizada diretamentese o fluxograma a jusante puder tolerar ions de Cl ou podeser lavado por decantação para remover NaCl.

(g) Etapa de alvejamento

A torta de filtro de Ti(OH)2 que é descarregada apartir do filtro de correia 37 e não é utilizada para fazersemente de rútilo é repolpada com solução de H2S04 limpa emuma etapa de alvejamento 43. Pó de Al ou Zn é adicionadopara lixiviar de forma redutiva, cromóforos como Fe, Cr, Mne V, que de outro modo reduziriam a brancura do pigmentofinal.

A etapa de alvejar ocorre, tipicamente a 80°C. Apasta de semente de rútilo é adicionada nesse ponto em umaquantidade cuidadosamente controlada (por exemplo, 4,0 ±0,1 % peso/peso). A pasta alvejada é filtrada e lavada.

A torta de filtro de TiO(OH)2, que tem um teor deenxofre de aproximadamente 2%, é misturada com diversosaditivos. Esses podem ser adicionados como soluções deágua, ou sólidos. Os aditivos podem incluir 0,2% de K20como K2S04, 0,6% de ZnO como ZnS04 e 0,3% de P205 como H3PO4.

Os aditivos controlam desenvolvimento doscristais de rútilo durante caleinação, de tal modo que otamanho de cristal é 0,27 ± 0,03 jim, rutilação é 98, 5 ±0,5%, os cristais têm um formato lenticular e não sãosinterizados juntos.

Além das etapas acima descritas, o fluxograma deprocesso também inclui as etapas de: calcinação 45,acabamento 47, e, se necessário, produção de gesso limpo

49. Essas etapas são etapas convencionais.

Muitas modificações podem ser feitas nofluxograma de processo descrito acima, sem se afastar doespirito e escopo da presente invenção.

Como exemplo, como alternativa à produção depigmento, o processo é capaz de produzir titânia de purezaelevada grossa que pode ser utilizada, por exemplo, como uminsumo para redução eletroquimica para produzir metal detitânio e ligas. A hidrólise pode ser realizada

continuamente nessa opção. Vários tanques de agitaçãosimples podem ser utilizados em uma disposição em cascata.A hidrólise pode ser realizada em ponto de ebuliçãoutilizando aquecimento a vapor, preferivelmente indireto.A semeadura é realizada por reciclagem desubtransbordamento de espessador para o primeiro tanque.Isso permite que o tempo de residência da pasta seja 8-12horas e gere um tamanho de partícula dso de aproximadamente microns. O espessamento fornece uma pasta densa deaproximadamente 30% de sólidos em peso, que pode serfiltrada a vácuo e lavada. Alvejamento pode ser realizadode acordo com o processo de pigmento, se necessário. Nãose utilizam sementes químicas ou de rútilo. A calcinaçãorequer somente uma temperatura da ordem de 900°C poraproximadamente 1 hora.

A presente invenção é descrita adicionalmente comreferência aos exemplos a seguir.

Nesses exemplos onde xH2S04 livre' foimencionado, isso foi determinado por titulação de umaamostra de solução tamponada com oxalato com solução dehidróxido de sódio a um ponto final de pH 7.

Exemplo 1

Esse exemplo descreve um primeiro estágio delixiviação de batelada.

Uma solução (300 L) contendo 3,0 g/L Ti, 11,2 g/LFe2+, 3,0 g/L Fe3+ e 716 g/L de H2S04 livre foi aquecida emum recipiente com defletor, agitado. Após o licor atingir110°C, 79,6 kg de concentrado de ilmenita contendo 25,9% deFeO, 19,3 de Fe203 e 50,4% de Ti02, que tinha sidoanteriormente moido em um moinho de bolas para 80% menoresdo que 38 )im, foram introduzidos no recipiente de reação.Seis hastes de aço doce com 10 mm de diâmetro foramsuspensas no reator de tal modo que aproximadamente 200 mmdas hastes se estendiam abaixo do nivel de solução. Amistura foi deixada reagir a 110°C por 3 horas, após o quea temperatura foi deixada cair de forma constante até 80°Cdurante as 3 horas seguintes. A pasta resultante foifiltrada através de um filtro de placa com recesso e atorta foi lavada com água fresca. 0 filtrado continha 4 7g/L de Ti, 55 g/L de Fe2+, 17 g/L de Fe3+, 618 g/L de H2S04livre e tinha uma gravidade especifica de 1,637 g/cm3. 0peso da torta de filtro lavada era 39 kg com um teor deumidade de 16,9%. A torta de filtro lavada foi ensaiada emuma base de peso seco e verificou-se conter 15,3% de FeO,24,4% de Fe203 e 48,7% de Ti02.

Com base nos pesos e composições de ilmenitas etorta, 60,6% do Ti02 na ilmenita dissolveram durante o processo de lixivia.

Exemplo 2

Esse exemplo descreve um segundo estágio delixiviação utilizando o residuo de lixivia de primeiroresiduo.Uma solução (273 L) contendo 3,6 g/L Ti, 6,1 g/L

Fe2+, 2,4 g/L Fe3+ e 711 g/L de H2S04 livre foi aquecida emum recipiente com defletor, agitado. Após o licor atingir110°C, 130 kg de torta úmida, como descrito no Exemplo 1,tendo um teor de umidade de 18,6% e contendo 17,0% de FeO,22, 7 de Fe203 e 49,4% de Ti02, foram introduzidos norecipiente de reação. Seis hastes de aço doce com 10 mm dediâmetro foram suspensas no reator de tal modo queaproximadamente 200 mm das hastes se estendiam abaixo donivel de solução. A mistura foi deixada reagir a 110°C por 3 horas, após o que a temperatura foi deixada cair de formaconstante até 80°C durante as 3 horas seguintes. A pastaresultante foi filtrada através de um filtro de placa comrecesso e a torta foi lavada com água fresca. O filtradocontinha 46 g/L de Ti, 38 g/L de Fe2+, 20 g/L de Fe3+, 513g/L de H2S04 livre e tinha uma gravidade especifica de1, 553 g/cm . O peso da torta de filtro lavada era 86 kgcom um teor de umidade de 26,2%. A torta de filtro lavadafoi ensaiada em uma base de peso seco e verificou-se conter13,3% de FeO, 22,7% de Fe203 e 49,7% de Ti02.

Com base nos pesos e composições da alimentação eproduto e tortas, 39,7% do Ti02 na torta de alimentaçãodissolveram durante o processo de lixívia.

Exemplo 3

Esse exemplo descreve a redução e remoção de Fe3+a partir da solução produzida como descrito nos Exemplos 1-2.

Um reator de vidro com defletor, de 5 L, adaptadocom um agitador de 6 turbinas Rushton de 80 mm foi cheiocom 4 L de uma solução contendo 13,2 g/L de Fe3+, 38,5 g/Lde Fe2+, 505 g/L de H2S04 livre e 40 g/L de Ti. A taxa deagitação foi ajustada em 500 rpm. O reator teve atemperatura controlada em 50°C. Ao atingir essatemperatura uma bomba foi utilizada para recircular a solução em 100 mL/min a partir do recipiente de vidro, eatravés de um recipiente de plástico reforçado com fibra(FRP) de 4 L contendo um único feixe comprimido de 150 mm x150 mm x 150 mm de aço de refugo desestanhado comercial. Asolução foi introduzida na parte inferior do recipiente FRP e fluiu para cima através do refugo e transbordou atravésde gravidade de volta para dentro do reator de vidro. Ofeixe de refugo teve a altura ajustada para ser totalmentesubmerso abaixo do nivel da solução no recipiente FRP.Após recircular a solução por 45 min verificou-se que todoFe3+ tinha sido consumido. Após 60 minutos a bomba foidesligada e o feixe de refugo removido, após o que severificou que a solução continha 0 g/L de Fe3+, 93 g/L deFe2+ e 8, 5 g/L de Ti3+.

Exemplo 4

Esse exemplo mostra que sulfato ferroso pode serprecipitado em batelada a partir de uma solução de lixiviade ilmenita.

Uma solução de lixivia de ilmenita contendo 0,1g/L de Fe3+, 98,2 g/L de Fe2+, 48 g/L de Ti e 399 g/L deH2S04 livre, preparado no modo descrito no Exemplo 3, foicolocada em um béquer e resfriada durante a noite.Cristais verdes de heptaidrato de sulfato ferroso comcomposição de 18,5% de Fe, 10,5% de S, 0,23% de Ti e 0,15%de Mn foram então recuperados a partir da pasta resultante.O filtrado foi ensaiado e verificou-se que contém <1 g/L deFe3+, 30,2 g/L de Fe2+ e 539 g/L de H2S04 livre.

Exemplo 5

Esse exemplo mostra que cristais de diidrato desulfato de titanila, TiOS04.2H20, podem ser precipitados embatelada a partir de uma solução de lixivia de ilmenitapreparada no modo dos Exemplos 1-2 pela adição de ácidosulfúrico, e que uma solução de intensidade elevadaapropriada para manufatura de pigmento pode ser gerada peladissolução dos cristais.

Ácido sulfúrico (98%, 450 g) foi misturado comuma solução de lixivia de ilmenita (1500 mL) contendo 440g/L de H2S04 livre, 35,4 g/L de Fe2+, 7,4 g/L de Fe3+ e 29g/L de Ti em um reator de vidro equipado com defletores eum agitador de Teflon. A solução resultante foi aquecida a110°C e cristais de sulfato de titanila (4 g) foramadicionados como material de semente. A mistura foiagitada nessa temperatura por um total de 6 horas, durante cujo período um precipitado espesso se formou. A pasta foifiltrada e a torta foi lavada com água para fornecer umatorta de filtro úmida (238 g). 0 filtrado continha 16 g/Lde Ti, 638 g/L de H2S04 e 48 g/L de Fe, dos quais 6,6 g/Leram Fe3+. A torta de filtro dissolveu após 3 horas para produzir uma solução de sulfato de titanila contendo 160g/L de Ti e 8,3 g/L de Fe.Exemplo 6

Esse exemplo descreve a precipitação continua decristais de diidrato de sulfato de titanila, TiOS04.2H20, seguido por filtração a vácuo.

Solução de lixivia de ilmenita (603,6 L)preparada como descrito nos Exemplos 1-2, contendo 524,7g/L de H2S04 livre, 14,5 g/L de Fe2+, 4,3 g/L de Fe3+ e 41,2g/L de Ti foi misturada em um reator de fibra de vidro agitado com filtrado de sulfato de titanila (1043,2 L)contendo 637, 5 g/L de H2S04 livre, 44,7 g/l de Fe2+, 12,8g/L de Fe3+ e 6,1 g/L de Ti. Ácido sulfúrico (98%, 88,3 L)foi então adicionado juntamente com torta de filtro desulfato de titanila (10 kg, 14% peso/peso de sólidos) e atemperatura foi elevada para 110°C. O reator tinha 1,35 mde diâmetro, com 1,3 m de profundidade de solução econtinha um tubo de tiragem para melhorar a misturar e auniformidade de mistura no interior do reator com entradaminima de energia. O tubo de tiragem tinha 0,9 m dediâmetro interno, 0,87 m de altura e foi elevado 0,25 m apartir do fundo do reator. O reator foi adaptado com umaturbina axial com 0,6 m de diâmetro e elevado 0,5 m apartir do piso do reator. A turbina operou a 250 rpm. Oreator foi deixado agitar em temperatura por 12 horas e umaamostra foi tirada e filtrada. A concentração de titâniono licor tinha caido a partir de um nivel inicial combinadode 17,3 g/L para 9,0 g/L. As bombas de alimentação eproduto foram iniciadas e aj ustadas em taxas de fluxo de4,6 L/min para permitir um tempo de residência de 4,9 horascom uma solução de alimentação combinada constante contendo17,5 g/L de Ti e 660 g/L de H2S04. O precipitador foioperado continuamente desse modo por 10 horas produzindo1742 L de pasta de sulfato de titanila. Amostras regularesforam tiradas do reator e filtradas e analisadas. Essasamostras de filtrado forneceram concentrações médias de 7,5g/L de Ti e 611,8 g/L de H2S04. O diidrato de sulfato detitanila precipitado (TiOS04. 2H20) foi separado da pastautilizando um filtro de correia, fornecendo aproximadamente780 kg de torta de filtro com carregamento de sólidos de14% peso/peso.

Exemplo 7

Esse exemplo demonstra que cristais de diidratode sulfato de titanila, TiOS04. 2H2O, preparados no modo dosExemplos 5 e 6 podem ser dissolvidos em água para produziruma solução de resistência elevada.

Torta de filtro de diidrato de sulfato detitanila (19 kg) produzida utilizando o processo descritono Exemplo 6 foi repolpada em uma pasta bombeávelutilizando uma solução que contém 4 00 g/L de H2SO4 (4 L)misturada com filtrado de repolpa (36 L) contendo 485 g/Lde H2SO4 livre, 6,7 g/L de Fe2+, 9,6 g/L de Fe3+ e 5,9 g/L deTi. A pasta foi deixada agitar por 15 minutos e então foifiltrada utilizando um filtro de armação e placa. Umaamostra do filtrado a partir dessa etapa de filtração foianalisada e verificou-se que contém 510 g/L de H2SO4 livre,8,9 g/L de Fe2+, 10,7 g/L de Fe3+ e 7,4 g/L de Ti. Água (50L) foi bombeada através do filtro para lavar os sólidos.Uma amostra do filtrado a partir da etapa de lavagem foianalisada e verificou-se que contém 137 g/L de H2S04 livre,2,2 g/L de Fe2+, 3 g/L de Fe3+ e 3,3 g/L de Ti. Os sólidoslavados foram coletados e foram deixados dissolver durantea noite. A solução de sulfato de titanila resultante foi filtrada para remover sólidos não dissolvidos, finos queeram predominantemente silica. Verificou-se por ensaio quea solução contém 467 g/L de H2SO4 total, 1,7 g/L de Fe2+,6,5 g/L de Fe3+ e 194 g/L de Ti.Exemplo 8Esse exemplo descreve a conversão da torta de

filtro de diidrato de sulfato de titanila em uma solução detitânio com Ti mais elevado do que 200 g/L que é apropriadopara produção de pigmento.

Licor de filtração reciclado (60 kg) contendo378,1 g/L de H2S04 livre, 12,8 g/L de Fe2+ e 7,3 g/L de Tifoi misturado com água de lavagem reciclada (55 kg)contendo 86,9 g/L de H2SO4 livre, 3,5 g/L de Fe2+ e 3,6 g/Lde Ti e com 450 g/L de ácido sulfúrico (15,5 kg). Esselicor foi então utilizado para repolpar torta de filtro dediidrato de sulfato de titanila (64 kg, 14% peso/peso desólidos) preparada como descrito no Exemplo 6. A pastarepolpada foi filtrada utilizando um filtro de pressão demembrana e foi então lavada com água (70 L) . A torta lavada foi comprimida em uma pressão de 4 bar por 5 minutose ar comprimido foi então soprado através da torta por umperíodo adicional de 5 minutos. A torta de filtro foientão removida do filtro e transferida para um recipienteonde dissolveu durante um periodo de várias horas para fornecer uma solução de sulfato de titanila (6,5 kg)contendo 254 g/L de Ti e 523 g/L de H2S04 total.Exemplo 9

Esse exemplo descreve a conversão de uma pasta dediidrato de sulfato de titanila diretamente em uma soluçãode titânio de concentração elevada apropriada para produçãode pigmento, sem uma etapa de repolpar intermediária.

Pasta de sulfato de titanila (108 L) produzida apartir do reator descrita no Exemplo 6 foi filtradautilizando um filtro de pressão de membrana, em vez do filtro de correia descrito no Exemplo 6. Ácido de filtroreciclado (45 L) contendo 338, 4 g/L de H2S04 livre, 10,1g/L de Fe2+, 2,3 g/L de Fe3+ e 10,1 g/L de Ti foi misturadocom água de lavagem reciclada (50 L) contendo 93,2 g/L deH2S04 livre, 3,4 g/L de Fe2+, 0,7 g/L de Fe3+ e 3,4 g/L de Ti e com 450 g/L de ácido sulfúrico (10 L) . Esse fluxo deácido misturado foi então passado através do filtro depressão de membrana para lavar os sólidos filtrados. Ossólidos foram então adicionalmente lavados com água (50 L)e comprimidos em uma pressão de 4 bar por 5 minutos. Arcomprimido foi então soprado através da torta lavada por 5minutos. A torta de filtro foi então removida a partir dofiltro e transferida para um recipiente onde se dissolveudurante um periodo de várias horas para fornecer umasolução de sulfato de titanila contendo 218 g/L de Ti e333,5 g/L de H2S04 livre.

Exemplo 10

Esse exemplo descreve a precipitação de hidróxidode titânio capaz de pigmento a partir da solução de sulfatode titanila de resistência elevada, utilizando práticaconvencional.

A solução de sulfato de titanila de resistênciaelevada (2,5 L) preparada como descrito no Exemplo 7, foifiltrada para remover sólidos residuais, a seguir pó dezinco (13 g) foi adicionado com agitação para remover ionsférricos e gerar titânio trivalente. Verificou-se que asolução em análise contém aproximadamente 3,0 g/L de Ti3+.Ácido sulfúrico concentrado foi adicionado para forneceruma razão A/T de 1,70 ± 0,05. O licor foi entãoconcentrado por evaporação sob pressão reduzida parafornecer uma viscosidade de 22-25 cp a 60°C e 330 ± 10 g/Lde TÍO2 no licor concentrado final.

Hidrólise foi realizada com base no métodoBlumenfeld. Um resíduo de água (0,5 L) foi aquecido a 98 ±1°C em um reator de vidro equipado com aquecimento elétricoexterno, controlador de temperatura, termopar e um agitadordo tipo ancinho. O licor controlado A/T pré-tratado (2,0L) foi separadamente aquecido até 98 ± 1°C antes de seradicionado ao residuo de água em uma taxa controlada de talmodo que todo licor foi adicionado ao residuo em 17 ± 1minuto. 0 perfil de temperatura foi então controlado paraprecipitar Ti02 em uma taxa relativa de 0,7 a 1,0% porminuto elevando a taxa de aquecimento para fornecer umaumento de temperatura de 0,5°C por min. até o ponto deebulição. A agitação e aquecimento foram então parados por30 minutos. Após esse ^tempo de parada' a agitação eaquecimento foram reaplicados para continuar a precipitaçãona taxa de 0,7 a 1,0% por minuto em relação à concentraçãoinicial de TÍO2. Após um tempo de reação geral de 5 horasa bateiada foi resfriada bruscamente com 2 L de água. Apósa solução ser resfriada a menos de 60°C a solução foifiltrada a vácuo utilizando um funil buchner e oprecipitado lavado com água (6 L) a 60°C. A torta foi deixada secar por filtração para obter 30% de sólidos comoTÍO2. No total 608 g de hidróxido de titânio foramproduzidos, correspondendo a um rendimento de 96%.Exemplo 11

Esse exemplo descreve a produção de pasta desemente de rútilo, que pode ser utilizada para auxiliar oprocesso de rutilação durante calcinação.

Torta de filtro de hidróxido de titânio (750 g,perda em ignição de 68%) preparada como descrito no Exemplo10, foi colocada em um recipiente de reação equipado comagitação e aquecimento externo. À pasta, pelotas dehidróxido de sódio (495 g) foram lentamente adicionadasdurante 30 minutos. Uma tampa foi então colocada sobre orecipiente. A temperatura foi ajustada em 12 6°C e foimantida nesse nivel com agitação por um periodo adicionalcie 60 minutos. Ao término desse tempo a reação foiresfriada bruscamente até 60°C pela adição de águasuficiente para diminuir o carregamento de sólidos para 140g/L de TÍO2 equivalente (resultando em um volume total depasta de 1713 mL) . A pasta foi então filtrada utilizandoum funil Buchner, e o precipitado lavado com água a 60°Caté que o filtrado de lavagem continha aproximadamente 1 g/de Na20 equivalente, medido utilizando um medidor decondutividade calibrada.

A torta de filtro lavada foi então transferidapara um recipiente de refluxo equipado com um agitador eformada novamente em pasta para 255 g/L de Ti02 equivalente(fornecendo um volume de pasta de 941 mL) . O pH da pastafoi ajustado para 2,8 utilizando HC1 concentrado (0 mL, 33% peso/v) . Uma amostra de 1 g foi removida para teste emrelação à qualidade de torta. À pasta restante HC1concentrado suficiente (298 mL, 33% peso/v) foi adicionadopara fornecer uma razão de HCl:Ti02 de 0,41, e atemperatura foi elevado para 60°C. A temperatura foi então aumentada para o ponto de ebulição em uma taxa controladade 1°C por minuto, e mantida no ponto de ebulição por 90minutos, após o que a pasta foi resfriada bruscamente comágua até um volume de 2400 mL, fornecendo um carregamentode sólidos equivalente a 97 g/L de Ti02. Uma pequena amostra foi neutralizada com NaOH, filtrada, lavada e seca,verificou-se por XRD que contém 100% de forma de rútilo deTiO(OH)2.

Exemplo 12Esse exemplo descreve lixiviação de ácido deredução convencional de hidróxido de titânio precipitadopara remover cromóforos.

A torta filtrada (63,5 g) do Exemplo 10 foi formada em pasta em água (0,07 L) em um recipiente de vidroequipado com um agitador de laboratório. H2S04 concentrado(98%, 9,0 g) foi adicionado à pasta agitada após o quenúcleos de rútilo grossos (8,6 mL; preparados como descritono Exemplo 11) foram adicionados à pasta para obter 4% de TÍO2 de rútilo adicionado. A pasta semeada foi composta a0, 1 L com água e aquecida a 75°C. Quando na temperatura póde zinco foi adicionado (0,5 g) e a pasta foi mantida emtemperatura por 2 horas. A pasta foi então resfriada a60°C e filtrada a vácuo em um funil Buchner. 0 filtrado final foi analisado em relação à concentração de Ti3+ paraconfirmar que Ti3+ suficiente estava presente (>0,4 g/L deTi3+ preferido (como TÍO2) ) . A torta foi então lavada comágua a 60°C (três vezes o volume de torta de precipitado).A torta final (60 g) foi deixada secar sob filtração a vácuo até aproximadamente 30% de sólidos.

Exemplo 13

Esse exemplo descreve calcinação de hidróxido detitânio para produzir uma calcina de TÍO2 substancialmenterutilada com tamanho de cristal apropriado para produção de pigmento.

A pasta de torta (300 g) preparada como descritono Exemplo 12 foi mecanicamente misturada na presença deH3PO4 (98% de solução) , Al2 (S04) 3/ K2S04 para fornecer 0,15%de P205, 0, 18% de A1203 e 0,28% de K20 como calculado apóscalcinação, até que se obtenha uma mistura homogênea. Apasta foi então extrusada através de uma matriz de 5 mmsobre superfície de vidro, coberta a seguir seca em umforno de laboratório a 75°C por 12 horas. Os sólidos foramentão transferidos para um forno de mufla eletricamenteaquecido e a temperatura foi elevada para 920°C por 3horas. Os sólidos calcinados foram removidos a partir doforno e deixados resfriar até a temperatura ambiente, everificou-se que a rutilação medida por XRD era 97,3%.Exemplo 14

Sólidos de Ti02 esfriados (800 g) preparados comodescrito no Exemplo 13 foram então processados através deum moinho a martelo de laboratório e peneirados para obterum tamanho de partícula menor do que 90 microns. Aspartículas moidas foram então formadas em pasta em água emtemperatura ambiente para fornecer um carregamento desólidos de 4 00 g/L (como TÍO2) com o auxilio de dispersanteorgânico (1,1,1-tris-hidróxi metil propano). A pastadispersa foi ajustada em pH para 10-11 pela adição desolução de NaOH a 10% peso/v. A pasta foi então passadaatravés de um moinho de conta hidráulico (tamanho de conta-0,8 - 1,0 mm, estabilizada em zircônia) no modo derecirculação até que se obteve um tamanho médio departícula de 0,27 fim. A pasta foi então passada através deuma peneira de 325 jam e o tamanho maior foi descartado.

A pasta peneirada (2 L) foi então transferidapara um béquer de 3 L e aquecida até 50°C utilizando umamanta de aquecimento elétrico externa. Quatro soluções(20% peso/v de H2S04, 10% peso/v de NaOH, 100 g/L (comoZr02) de ZrCl2- 8H20 e NaA103 (solução estabilizada comcáustica contendo 17-18% peso/peso de A1203) ) foram cheiasem buretas de 50 ml separadas e seus volumes anotados. Osreagentes foram adicionados em temperatura tal que umaconcentração final de A1203 (3,5% de teor de Ti02) e Zr02

(0,88% de teor de Ti02) foi obtida. A pasta foi entãofiltrada e lavada com água a 60°C para obter sais solúveisna torta como menos de 0,1% que Na2S04, e seca poraproximadamente 3 horas a vácuo. A pasta de torta foientão mecanicamente misturada na presença de dispersanteorgânico para obter carbono a 0,2% (peso/peso) no Ti02. Apasta foi então extrusada através de uma matriz de 5 mlsobre superfície de vidro, que foi coberta e seca em umforno de laboratório a 75°C por 6 horas para obter menos de1,0% de H20. Os sólidos foram então levemente moidos commartelo e os sólidos resultantes passados através de ummicronisador de ar de laboratório que foi operado em 6 bar

(ar comprimido seco) para injeção e moagem. O tamanhomédio de partícula de produto micronisado foi moido entre0,30 e 0,33 (im como determinado por medições de densidadeóptica.

Exemplo 15

Esse exemplo mostra a capacidade de hidrolisarcontinuamente solução de titânio de resistência elevadapara produzir TiO(OH)2 grosso que pode ser assentado efiltrado facilmente.

Uma planta piloto continua compreendendo 2 x 5 Lde recipientes de plástico reforçado com fibra (FRP),equipado com turbinas axiais e aquecedores, e um espessadorde FRP de 30 cm de diâmetro e 90 cm de altura, equipado comancinhos e um motor de acionamento de ancinho, foi montada.Os recipientes de FRP e espessador foram organizados emsérie com tubos de transbordamento em cascata entre osmesmos para permitir que a pasta flua a partir derecipiente para recipiente por gravidade. Uma pasta acidicade hidróxido de titânio (4 kg) preparada como descrito noExemplo 10 foi colocada no primeiro recipiente comosemente, e uma solução de 300 g?l de H2SO4 em água (5 L)foi colocada no segundo recipiente para auxiliar a fase departida inicial. Os recipientes foram aquecidos a umatemperatura de 100°C com agitação. Ao atingir a

temperatura uma solução de sulfato de titânio preparadocomo descrito no Exemplo 7, e contendo Ti 130 g/L, Ti3+ 5g/L, ácido total 330 g/L e Fe 10 g/L, foi bombeada para oprimeiro recipiente em uma taxa de 7,5 mL/min. Água tambémfoi adicionada em uma taxa de 6 mL/min. para corrigir emrelação à evaporação. No enchimento do espessador, umaporção do subtransbordamento correspondendo a 5 mL/min. e20% peso/peso de carregamento de sólidos foi posteriormentebombeada continuamente para o primeiro recipiente paraatuar como semente. No total a planta piloto de hidrólisefoi operada continuamente por 75 horas. Ao atingir estadoconstante sob essas condições de processo verificou-se queos recipientes e fluxos de processo equilibraram nascomposições a seguir.<table>table see original document page 40</column></row><table>A taxa de fluxo de subtransbordamento de

espessador combinado foi 7 mL min (da qual 5 mL/min foireciclada como descrito) . A taxa de fluxo de

subtransbordamento de espessador equilibrada foi de 9mL/min. O carregamento de sólidos no subtransbordamento deespessador atingiu 30% peso/peso ao final do curso. Otamanho de partícula dos sólidos de subtransbordamento deespessador foi determinado utilizando um dimensionadorlaser Malvern 2000 e verificou-se ser d50 7, 8 )nm.

Claims (24)

1. Processo de sulfato para a produção de titâniaa partir de um material titanifero (como ilmenita) do tipoCARACTERIZADO pelo fato de incluir as etapas de: (a) lixiviar o material titanifero sólido com umasolução de lixívia contendo ácido sulfúrico e formar umasolução de processo que inclui uma solução acidica desulfato de titanila (TiOS04) e sulfato de ferro (FeS04) ;(b) separar a solução de processo e uma fase sólida residual a partir da etapa de lixivia (a);(c) precipitar sulfato de titanila a partir dasolução de processo da etapa (b);(d) separar o sulfato de titanila precipitado apartir da solução de processo;(e) tratar o sulfato de titanila precipitado eproduzir uma solução contendo sulfato de titanila;(f) hidrolisar o sulfato de titanila na solução eformar uma fase sólida contendo óxidos de titâniohidratados e uma fase liquida; (g) separar a fase sólida contendo óxidos detitânio hidratados e a fase liquida;(h) calcinar a fase sólida a partir da etapa (g)e formar titânia; e(i) remover sulfato de ferro a partir da solução de processo da etapa (b) e/ou a solução de processodepleted da etapa (d) .

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO, ainda, pelo fato de incluir o fornecimentoda solução de processo separada a partir da etapa (d) e/oua fase líquida separada a partir da etapa (g) para a etapade lixivia (a).

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 oureivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a etapa (d) inclui a separação do sulfato de titanila precipitado apartir da solução de processo da etapa (c) pela filtraçãoda solução de processo a partir da etapa (c) utilizando umfiltro, como um filtro de pressão, e formação de uma tortade filtro e um filtrado.

4. Processo, de acordo com a reivindicação 3,caracterizado pelo fato de que a etapa (d) inclui lavagemda torta de filtro com ácido fresco e/ou ácido reciclado,por exemplo a partir da etapa de hidrólise (f) , paradeslocar solução retida contendo impurezas e desse modo melhorar a pureza da solução de Ti com resistência elevadapara a etapa de hidrólise (f).

5. Processo, de acordo com a reivindicação 3 oureivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o filtradoa partir do filtro contém 700 g/L de ácido sulfúrico (50% peso/v), 10 g/L de titânio e 40 g/L de ferro em solução e oprocesso inclui fornecer o filtrado para a etapa de lixivia(a) .

6. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 3 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de incluirrepolpar a torta de filtro e formar uma pasta acidica desulfato de titanila e posteriormente filtrar a pasta elavar a torta de filtro.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 6,CARACTERIZADO pelo fato de incluir repolpar a torta defiltro com uma solução acidica para reter elevada acidez napasta resultante e assim formar uma pasta acidica que tenhaum carregamento baixo de sólidos, tipicamente menor do que10% em peso.

8. Processo, de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pelo fato de que a acidez da solução acidicaé de pelo menos 300 g/L.

9. Processo, de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pelo fato de que a acidez da solução acidicaé da ordem de 400 g/L.

10. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 7 a 9, caracterizado pelo fato de que asolução acidica inclui a fase liquida recuperada da etapade hidrólise (f) e/ou ácido de repolpar reciclado.

11. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 6 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de incluirrepolpagem da torta de filtro sob condições agitadas.

12. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 7 a 11, CARACTERIZADO pelo fato de incluirfiltração da pasta acidica utilizando um filtro, como umfiltro de pressão, por exemplo, um filtro de correia depressão, e formar uma torta acidica de filtro de sulfato detitanila e um filtrado.

13. Processo, de acordo com a reivindicação 12,CARACTERIZADO pelo fato de incluir lavar a torta acidica defiltro com água e reduzir a acidez do componente liquido datorta de filtro para que seja menor do que 200 g/L deácido.

14. Processo, de acordo com as reivindicações 12ou 13, caracterizado pelo fato de que a etapa (d) incluireduzir a acidez do componente liquido da torta de filtro eminimizar de forma acidica a água retida com torta acidica de filtro pela lavagem da torta acidica de filtro com águasob condições de filtração por pressão, como em um filtrode correia de pressão.

15. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a etapa (d) inclui minimizar a quantidade de água que éretida com o sulfato de titanila precipitado para maximizara concentração de titânio na solução de processosubseqüentemente dissolvida produzida na etapa (e).

16. Processo, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a etapa (d) inclui minimizara quantidade de água que é retida com o sulfato de titanilaprecipitado para maximizar a concentração de titânio nolicor subseqüentemente dissolvido produzido na etapa (e) emconcentrações de pelo menos 150 g/L, mais preferivelmentepelo menos 200 g/L de titânio.

17. Processo, de acordo com a reivindicação 14 oureivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a etapa(d) inclui minimizar a água retida pela evaporação ououtras opções apropriadas de concentração para remoção deágua retida.

18. Processo, de acordo com a reivindicação 13 oureivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a etapa(e) inclui transferir a torta de filtro lavada para umtanque agitado e permitir que a torta dissolva em umasolução de processo contendo uma concentração elevada detitânio, preferivelmente pelo menos 150 g/L, maispreferivelmente pelo menos 200 g/L de titânio.

19. Processo, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato de incluir o aquecimento da tortade filtro lavada no tanque agitado, preferivelmente a umatemperatura da ordem de 60°C para acelerar o processo dedissolução.

20. Processo, de acordo com a reivindicação 18 ou reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de incluir arealização da etapa (e) em uma base de batelada oucontinua.

21. Processo, de acordo com a reivindicação 20,CARACTERIZADO pelo fato de incluir a reciclagem da soluçãode processo de resistência elevada ("licor rico") produzidano tanque agitado para o tanque a fim de melhorar aagitação e/ou manipulação da pasta à medida que adissolução prossegue.

22. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que as etapas(d) e (e) são realizadas sucessivamente, sem separação deum produto sólido intermediário.

23. Processo, de acordo com a reivindicação 22,caracterizado pelo fato de que as etapas (d) e (e) incluem a separação do sulfato de titanila precipitado a partir dasolução de processo da etapa (c), por exemplo em um filtroe produção de uma torta de filtro, e posteriormente lavagemdireta da torta de filtro com a fase liquida da etapa dehidrólise (f) e/ou água, por exemplo enquanto a torta defiltro está no filtro.

24. Processo, de acordo com a reivindicação 23,caracterizado pelo fato de que as etapas (d) e (e) incluemsopro de ar e/ou compressão da torta de filtro removendoliquido adicional da torta de filtro e produzindo umaconcentração elevada de Ti no licor dissolvido subseqüente.