Физико-химическое обоснование и разработка технологии диоксида титана и композиций на его основе из нетрадиционного сырья

• Автор: Герасимова, Лидия Георгиевна
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Апатиты
• Количество страниц: 370 с. : ил.

1. СЫРЬЕВАЯ БАЗА ПОЛУЧЕНИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ПИГМЕНТОВ

И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ

1.1. Состояние и перспективы использования титансодержащей сырьевой базы Кольского полуострова.
1.2. Научное обоснование технологии пигментного диоксида титана и пигментных композиций.

1.2.1. Процессы фазообразования в сульфатных растворах

титанаГУ.

1.2.2. Формирование структуры диоксида титана при

ф прокаливании гидроксида титана

1.2.3. Модифицирование диоксида титана.

2. НАУЧНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПИГМЕНТНОГО ДИОКСИДА ТИТАНА ИЗ НЕТРАДИЦИОННОГО ТИТАНСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ КОЛЬСКОГО ПОЛУОСТРОВА
2.1. Изучение фазообразования при гидролизе титаиа1У в системах тройной ТЮ2НН и четверной ТЮ2М4НН М, Ре в режиме кипения.
2.2. Исследование технологии получения диоксида титана из полупродуктов переработки лопаритового, перовскитового, сфенового концентратов
ф 2.2.1. Изучение влияния зародышей
2.2.2. Влияние примесных элементов.
2.2.3. Изучение условий агрегирования частиц гидроксида
титана в процессе термогидролиза сульфатного раствора
2.2.4. Влияние условий обработки продукта гидролиза
2.2.5. Исследование условий модифицирования частиц
диоксида титана
2.3. Изучение условий получения пигментного диоксида титана из солянокислых титансодержащих растворов с хлоридом кальция.
2.4. Получение пигментного диоксида титана при гидрофторидной технологии лопарита.
ФИЗИКОХИМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ В ГЕТЕРОГЕННОЙ СИСТЕМЕ, ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ОБОЛОЧКОВОГО ПОКРЫТИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ТВРДЫХ ЧАСТИЦ
3.1. Изучение поверхностных свойств измельчнной слюды
3.2. Изучение кинетики термического гидролиза раствора сульфата титана1У в присутствии частиц слюды.
3.3. Изучение условий гидролиза титана1У в присутствии частиц кремнегеля
3.3.1. Изучение фазообразования в системе ТЮгБЮгНгБО
НгО в режиме кипения
3.3.2. Кинетика осаждения гидратированного титаносили
катного осадка
3.4. Исследование состава и свойств композиций оболочкового строения
ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ПОЛУЧЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ ПИГМЕНТОВ ИЗ СФЕНА МЕТОДОМ ТОНКОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ
4.1. Влияние способов измельчения сфена на поверхностные свойства
его частиц.
4.2. Разработка условий получения модифицированных пигментов из сфенового концентрата с привлечением апатита, нефелина и цветных добавок
4.3. Модифицирование измельчнного сфенового концентрата в жидкофазном режиме
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КОМПОЗИЦИОННЫХ ТИТАНСОДЕРЖАЩИХ ПРОДУКТОВ ИЗ СФЕНОВОГО КОНЦЕНТРАТА.
5.1. Изучение условий сульфатизации сфенового концентрата разбавленной серной кислотой.
5.2. Исследование условий получения перламутрового пигмента
5.2.1. Влияние концентрации в растворе серной кислоты и
титанаГУ
5.2.2. Влияние температурного режима
5.2.3. Влияние добавки в раствор соляной кислоты
5.2.4. Влияние дисперсности частиц слюды
5.2.5. Многослойные покрытия
5.3. Получение титаносиликатной пигментной композиции из 6 сернокислого титансодержащего раствора
5.4. Получение титанофосфатных композиций из сернокислого титансодержащего раствора.
5.4.1. Фосфатнотитанокальциевая пигментная композиция
5.4.2. Фосфат титана.
5.4.3. Фосфатотитаносиликатная композиция.
5.5. Изучение условий взаимодействия сфена с фосфорной кислотой
при получении фосфатотитаносиликатной композиции.
ПОЛУЧЕНИЕ ПИГМЕНТОВ И НАПОЛНИТЕЛЕЙ ИЗ КОНЦЕНТРАТОВ И ОТХОДОВ КОМПЛЕКСНОГО ОБОГАЩЕНИЯ АПАТИТОНЕФЕЛИНОВЫХ РУД
6.1. Композиционные наполнители и эффективные добавки из нефелинового и апатитового концентратов.
6.2. Изучение условий синтеза фосфорсодержащих алюмосиликатных композиций
6.3. Алюмофосфатосиликатная структурирующая добавка в воднодисперсионные краски
6.4. Получение композиционных наполнителей из пенного продукта нефелиновой флотации
ПОЛУЧЕНИЕ БЕЛЫХ И ЦВЕТНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПИГМЕНТОВ ИЗ ПОЛУПРОДУКТОВ ХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ МИНЕРАЛЬНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ И ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ.
7.1. Титанокальциевые пигменты из титановых солей
7.2. Утилизация жидких и тврдых отходов переработки титансодержащих концентратов .
7.3. Переработка техногенных отходов.
7.3.1. Утилизация золоуноса тепловых станций
7.3.2. Утилизация отработанных катализаторов
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ, ПРОШЕДШИЕ СТАДИЮ ОПЫТНОПРОМЫШЛЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ, ВНЕДРЕНИЯ
8.1. Технологические схемы получения пигментного диоксида титана и титансодержащих пигментных композиций из титановых солей
8.2. Технологическая схема получения перламутрового пигмента
8.3. Технологическая схема переработки сфснового концентрата с получением композиционных продуктов различного назначения.
8.4. Технологический регламент получения титаносиликатной пигментной композиции при сернокислотной переработке сфена
8.5. Технологическая схема получения железоокисного пигмента на основе золоуноса
8.6. Технологические схемы переработки отработанных
катализаторов
ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА ПО ПЕРЕРАБОТКЕ СФЕНОВОГО КОНЦЕНТРАТА НА МИНЕРАЛЬНЫЕ И СИНТЕТИЧЕСКИЕ ПРОДУКТЫ
9.1. Экономическая оценка производства минерального пигмента и краски на его основе.
9.2. Ориентировочная экономическая оценка получения титанового дубителя и перламутрового пигмента.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


По химическому составу ГДТ, выделенный из сульфатных растворов СТМ, соответствует формуле i0x, из сульфатноаммонийных растворов СТА ix 4, где х, у, , , п не являются целыми числами и изменяются в широких пределах . Гидратированный диоксид титана может иметь как аморфную, так и кристаллическую структуру . Авторы , считают, что ГДТ подвержено старению. В таблице 1. ГДТ, полученных в различных условиях ,. При щелочном гидролизе без нагревания из солянокислых растворов титанаV образуется аморфный осадок гидроокиси титана, из сульфатных растворов осадок имеет структуру анатаза с размером кристаллов 5. Изучение фазообразования при щелочном гидролизе сульфата титанила аммония показало, что состав и структура гидратного осадка зависит от концентрации нейтрализующего агента аммиака, от способа и продолжительности его контактирования с титансодержащим компонентом. Таблица. ЛСи 1НН при охлаждении . ТЮБСЫНОН при охлаждении . Анатаз 1. ТЮ4Н Н при кипении . Анатаз 0. Т Ю4НС4 Н2 зародышей при кипении . Анатаз 0. Термический гидролиз титановых растворов при кипении сопровождается образованием гидратированных оксидов, как в солянокислой, так и в сернокислой средах. Зародыши при повышенной температуре распадаются на цепи Ть ОТьО ТьОТь. Последние объединяются в полимерные гидроксокомплексы титана1У, образующиеся из молекулярнодисперсных частиц в процессе нагревания титаносодержащего раствора, с формированием сложных сетчатых структур. Другая точка зрения предполагает, что зародыши являются центрами кристаллизации. Их взаимодействие с многоядерными частицами компонента раствора протекает по координационному механизму. Происходит рост самой зародышевой частицы, ее уплотнение и упорядочение ,. В работах , на основе анализа четкой взаимосвязи между количеством зародышей и кинетикой мицеллообразования сделан вывод о том, что зародыши являются центром мицеллообразования. Однако эта точка зрения не объясняет кристаллохимический механизм образования гидратной фазы, при котором процесс формирования дисперсной фазы ГДТ состоит из трех стадий стадии роста первичных частиц и двух стадий коагуляции, первая из которых скрытая, так как ГДТ еще не выпадает в осадок . Лимитирующей стадией является скорость образования первичных частиц. Для формирования тонкодисперсного осадка необходимо разделение этих стадий во времени их протекания и, наоборот, для образования грубодисперсного осадка их совмещение. На структуру и состав ГДТ существенное влияние оказывают концентрация титана1У в растворе и наличие примесей. На снимке, сделанном с помощью электронного микроскопа, явно видно, что частицы образца 1 более крупные по сравнению с образцом 2, и для них характерна более плотная упаковка агрегатов. Однако в образце 1 есть и более мелкие агрегаты, что свидетельствует о различном механизме гидролиза в растворах с различной концентрацией ТЮг. Так при СТ0 0 гл размер кристаллов ГДТ равен А, а при Стю, гл А. На дисперсность оказывает влияние и кислотность раствора. Ее снижение увеличивает скорость первой стадии гидролиза образование гидроксооксокомплексов и полиионов из них, что приводит к замедлению процесса образования частиц и их коагуляции и соответственно дисперсность ГДТ уменьшается. Увеличение кислотности, напротив, замедляет первую стадию гидролиза и ускоряет вторую, что приводит к образованию более крупных частиц. Зачастую стадии гидролиза перекрываются, что ведет к образованию полидисперсного осадка ГДТ и соответственно к снижению свойств диоксида титана. Для перевода продукта гидролиза в диоксид титана необходима термическая обработка прокаливание. На первой стадии прокаливания от 0 до 0С происходит дегидратация, т. Разложение основной массы ГДТ происходит при С. Однако при этой температуре не достигается полное удаление из ГДТ сульфатиона, который входит в состав структуры гидратного осадка, и лишь длительная выдержка при повышенной температуре 0С обеспечивает удаление из осадка триоксида серы. Одна из основных задач операции прокаливания это кристаллизация продукта определенной структуры. Первоначально образуется анатаз, а затем идт перекристаллизация его в рутил.