Titanium dioxide
essä 35 % ei viskoosin kerroksen syntyä voi välttää CaO/
6. TITAANIPITOISEN KUONAN HYÖDYNTÄMINEN
6.2. Titaanipa.toisia malmeja käyttävien pyrometal- pyrometal-lurgisten prosessien kuonan käyttö
Kuonat, joiden titaanipitoisuus on matala, ovat syntyneet raudanvalmistuksen mukana välttämättömänä pahana. Ne ei
vät ole saavuttaneet edes sivutuotteen asemaa. Yleensä ne joutuvat jätealueelle. Tavoitteena on kuitenkin saada kuo
nat hyödynnettyä, mutta tässä ei ole onnistuttu taloudel
lisesti kannattavalla tavalla ainakaan toistaiseksi. High- veld-prosessissa kuonaa syntyy n. 750 kg tonnia vanadiini- pitoista raakarautaa kohti, ja sen TiC^-pitoisuus on n.
30 % /5/. New Zealand Steel Ltd.: n prosessissa kuonan TiO2-pitoisuus on myös n. 30 %. Alkuperäisessä sulatus- prosessissa syntyi kuonaa 160 kg tonnia terästä kohti /12/
Tällaisetkin kuonat ovat jo potentiaalisia TiC^-lähteitä.
Kuonat, joiden titaanipitoisuus on korkea, syntyvät myös prosesseissa, joista saadaan rautaa, mutta nyt titaanipi- toinen kuona on prosessin päätuote. Mukana saatava rauta on sopiva lisätuote, koska se voi olla hyvin puhdasta.
Sorel-prosessin kuona myydään TiC^-pigmentin valmistajille jotka käyttävät sulfaattiprosessia. Kuonaa syntyy n. 1,4 t tonnia raakarautaa kohti. Kuona valetaan ja murskataan en
nen myyntiä. Kuonatuotanto oli v. 1969 669 000 t /20/.
Osaka Titanium Company Ltd.:n prosessissa syntyvä kuona on rutiilin veroista, ja se käytetään kloridiprosessissa /21/
б.3. Kuonan käyttö sulfaattiprosessissa
Seuraavassa tarkastellaan kuonalta vaadittavia ominaisuuk
sia , jotta siitä voidaan valmistaa Ti02-pigmenttiä sul
faa ttiprosessi 11a . Lisäksi käsitellään, miten Uuden-Seelän
nin titaanipitoisesta magnetiitista laboratoriossa sähkö
uuni sulatuksessa syntynyt kuona sopii sulfaattiprosessiin.
6.3.1. Kuonalta vaadittavia ominaisuuksia
Kuonan peruskomponentti on anosoviitti, kun kuonan titaa
nipi toisuus on korkea. Anosoviitin stökiömetrisyys on tär
keä vaatimus, jotta kuona sopii hyvin sulfaattiprosessiin.
Kuonan peruspiirteitä on suurempi Ti02-määrä kuin stökiö- metrisessä anosoviitiissa. Vapaa Ti02 rutiilina vaikuttaa voimakkaasti kuonan liukenevuuteen rikkihappoon kuonan TiC>2-pitoisuuden ollessa 75... 90 % /30/.
Sorel-prosessin ja japanilaisten Ti02-pigmentiksi kuonan
sa jalostavien prosessien kuonassa ei ole vapaata TiC>2 : ta, ja kuonan epäpuhtauspitoisuudet ovat hyvin vakioita. Nämä kuonat liukenevat hyvin rikkihappoon, ja syntyvä Ti02~
pigmentti on peitto-ominaisuuksiltaan hyvää /30/. On
edullisempaa, että kuonassa on oikeita kationeja alhaisilla 2+ 2+ 2+
hapetusasteillä (Mg , Fe , Ti ), kuin että kuonan ti-taanipitoisuus on välttämättä erikoisen korkea. Sorel-kuona on anosoviittia, jonka Fe -pitoisuus on korkea. Japani2 +
laisten prosessien kuonat sisältävät magnesiumdititanaatin stabiloimia jähmeitä liuoksia /73/.
Kuonan liukeneminen rikkihappoon riippuu paljon kuonan komponenteista ja näiden kidehilasta. Ortotitanaatit ja
titaanimonoksidi, joilla on erilainen kuutiollinen hila, liukenevat eri tavalla. Titanaatit, joilla on kuutiollinen hila, ovat sopivia komponentteja, koska ne liukenevat täy
sin 50 % í^SO^-liuokseen lämpötilassa 70...110 °C. , jolla on heksagonaalinen hila, liukenee erittäin huonosti /73/.
Jäähdytettäessä kuona ilmassa raudan ja titaanin alemmat oksidit hapettuvat, jolloin kuonalohkareet hajoavat pin
nastaan. Kun valmistetaan titaanimetallia kloridimenetel- mällä, hapettumisesta ei juuri ole haittaa, mutta tästä on haittaa, kun jatkojalostus tehdään sulfaattiprosessilla Jäähdytettäessä kuona vesihöyryssä hapettumista ei tapah
du yhtä paljon /74,75/.
TiC>2-pigmentin raaka-aineelta vaaditaan, ettei se sisällä metalleja, jotka värjäävät pigmentin. Näitä ovat esim.
kromi, vanadiini ja mangaani. Myös rautaoksidit värjäävät pigmenttiä. On esitetty, että suurin sallittu C^O^-pitoi- suus olisi 0,12 % ja V-pitoisuus 0,3 % sulfaattiprosessiin menevissä ilmeniiteissä /76/.
Kuonan TÍO2-pitoisuuden ollessa alhainen sitä on mahdollis ta nostaa ennen sulfaattiprosessia käsittelemällä kuonaa laimealla rikkihapolla hyvin pienillä Ti02-tappioilla
(n. 1 %). Näin saadaan kuonan TÍO2-pitoisuus nousemaan esim. 50 % :sta yli 60 %:n. Laimeaa rikkihappoa kuluu erit täin paljon, mutta se saadaan helposti pigmenttiprosessin hydrolyysivaiheesta /77/. Menetelmä sopii tietenkin myös kuonan TÍO2-pitoisuuden nostamiseksi kloridiprosessia var
ten .
6.3.2. Titaanipitoisesta magnetiitista syntynyt kuona sulfaattiprosessissa
Seuraavassa käsitellään, miten Uuden-Seelannin titaani- pitoisesta magnetiitista syntynyt kuona sopii sulfaatti- prosessiin. Tulokset on saatu laboratoriokokeissa /78/.
Esipelkistetty ja pelletoitu rikaste sulatettiin valokaa
riuunissa. Syntyneen kuonan analyysi oli seuraava:
Ti02 45,8 % A12°3 22,8 %
FeO 2,6 % CaO 5,3 %
V2°5 0,4 % MgO 12,2 %
Cr2°3 0,03 % C 1,0 %
sio2 6,7 %
Huomattavaa on kuonan AI2O3- ja MgO-pitoisuuden korkeus, joka laskee Ti C>2-pi tois uutta.
Kuonalta vaaditaan alhainen rautapitoisuus, koska tällöin syntyy mahdollisimman vähän ferrosulfaattia, FeSO^, joka on jäte ja kuluttaa kuitenkin rikkihappoa. Kuonan FeO- pitoisuus on alhainen, ja syntyvää ferrosulfaattia ei tar vitse kiteyttää jäähdyttämällä. Rauta on kaksiarvoisena, joten se ei joudu Ti02:n saostuksessa Ti02:n hilaan, jos
sa se aiheuttaisi pigmentin värjääntyrnisen.
Kromi ja vanadiini ovat hyvin haitallisia sulfaattiproses sissa, koska ne saostuvat titaanin mukana hydrolyysissä ja muodostavat kalsinoinnissa värillisiä oksideja, minkä seurauksena syntyy likaista pigmenttiä. Kromia pidetään vanadiiniakin pahempana värjääjänä. Kromi- ja vanadiini- määrät kuonassa riippuvat kuonaan jäävän rautaoksidin määrästä. Rautaoksidin vähentyessä V ja Cr siirtyvät kuo
nasta metalliin. Vähentämällä rautaoksidin määrää kuonassa ei näitä kuitenkaan saada kokonaan metallitaasiin, koska kuona tulee hyvin viskoosiksi ja mahdottomaksi käsitellä,
jos sen FeO-pitoisuus laskee liian alas. Nyt kuonan Cr- ja V-pitoisuus eivät ole liian korkeita.
Kuonan A^Og- ja SiC>2-pitoisuudet ovat korkeita. Nämä kom
ponentit eivät liukene rikkihappoliuotuksessa. Ne voivat kuitenkin vaikeuttaa suspensoituneen aineksen poistoa.
AI2O3 ja SÍO2 kuonan komponentteina vähentävät titaanin täydelliseen reaktioon tarvittavan hapon määrää.
Liuenneen kuonan tulee olla reaktiivista, eli reaktiossa rikkihapon kanssa on synnyttävä mahdollisimman paljon yh
distettä TiSO^. Titaanipitoisesta magnetiitista saadun kuonan reaktiivisuus oli 84,8 % määritettynä happoliuotuk- sessa reagoineen TiC^m prosentuaalisena osuutena siihen menevästä TiC>2:sta. Reaktiivisuus todettiin paremmaksi kuin
ilmeniitillä. Fe20g:n poissaolo ja FeO:n suuri määrä nos
tanevat kuonan reaktiivisuutta.
Kuonasta saadun TiC>2:n analyysi oli seuraava:
Ti02 99,00 % AI 0,06 %
Fe 0,04 % Ca 0,04 %
Cr 0,004 % maks. Zn 0,2 % maks.
V 0,02 % Ni 0,02 %
Si 0,04 % Sn 0,06 %
Cu 0,03 % muut 0,06 % maks.
Koostumus täyttää TiC^-pigmentille asetetut vaatimukset.
TiC>2-pigmentin valmistuksessa prosessiolosuhteet ovat tärkeämmät kuin pienet epäpuhtausmäärät. Tulosten perus
teella kuona siis sopii sulfaattiprosessiin pigmentin val
mistamiseksi .
Myös Etelä-Afrikassa on tutkittu titaanipitoisen kuonan sopivuutta sulfaattiprosessiin. Kuonan koostumus oli seu- raava: Ti02 n. 50 %, FeO n. 10 % ja V20,- n. 1,2 %. Kuona liukeni väkevään rikkihappoon n. 90 %:sti, mutta happoa tarvittiin hyvin paljon. Ti02:n saanti liuoksesta oli
90...95 % ja puhtaus yli 99 %. Mukana oli kuitenkin liikaa värjääviä epäpuhtauksia, jotta tuote olisi sopivaa TiC^- pigmentiksi /79/.