(57)【要約】【課題】湿式法によるチタン製錬原料の効率的な高品位化方法を提供する。【解決手段】湿式法におけるチタン製錬原料の高品位化方法であって、チタン製錬原料の酸化処理を行い、続いて反応容器内に前記チタン製錬原料および酸を投入し、チタン製錬原料の高品位化処理を行うことを特徴とするチタン製錬原料の高品位化方法。【選択図】図１
2014234548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
湿式法におけるチタン製錬原料の高品位化方法であって、
前記チタン製錬原料の酸化処理を行い、
続いて反応容器内に前記チタン製錬原料および酸を投入し、
前記チタン製錬原料の高品位化処理を行うことを特徴とするチタン製錬原料の高品位化方法。
【請求項２】
前記高品位化処理を行うための複数の反応容器を直列接続して配置し、前記反応容器の後段で高品位化処理を終えた廃塩酸を前段の反応容器に戻すことを特徴とする請求項１に記載のチタン製錬原料の高品位化方法。
【請求項３】
前記多段反応器の後段で高品位化処理されたチタン製錬原料を前段の反応容器に戻すことを特徴とする請求項２に記載のチタン製錬原料の高品位化方法。
【請求項４】
前記多段反応容器のそれぞれの反応容器に対して、別個独立にチタン製錬原料を供給することを特徴とする請求項２に記載のチタン製錬原料の高品位化方法。
【請求項５】
前記湿式法が、酸リーチングであることを特徴とする請求項１に記載のチタン製錬原料の高品位化方法。
【請求項６】
前記酸リーチング処理を行なう鉱石が、チタン製錬原料であることを特徴とする請求項１に記載のチタン製錬原料の高品位化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チタン製錬原料の高品位化方法に係り、特に、リーチング処理によるチタン製錬原料の高品位化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
チタン含有量の高い高品位なチタン製錬用原料は、近年の原料価格の高騰により、入手が困難な状況にある。このような背景において、比較的安価な低品位のチタン製錬用原料を購入して、これをユーザーの方でチタン含有率を高める処理を行って高品位チタン製錬用原料とし、これを四塩化チタン原料として利用するという考え方もある。
【０００３】
チタン製錬原料の高品位化技術は、いわゆるリーチングにより不純物を溶解分離してチタン鉱石中に含まれている酸化チタン分を濃縮する方法や、チタン製錬原料中の不純物を塩素化反応により分離除去する方法が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
これらの方法のうち、リーチング処理方法においては、Ｂｅｎｉｌｉｔｅ法やＢｅｃｈｅｒ法が知られており、既に商用化されている方法である。
【０００５】
一方、後者の乾式法においては、チタン製錬原料中の不純物を選択的に塩素化して分離除去する方法であるが、塩素化反応の完結性や、塩素化反応で生成した不純物金属塩化物の酸化焙焼による塩素ガスの回収方法においても反応の完結性の点で課題が残されており、実用化には至っていないのが実情である。
【０００６】
このような背景の中でも、リーチング処理の実用化方法においても、リーチングの効率の点では、改善の余地が残されている。
【０００７】
チタン製錬原料のリーチングによる処理方法においては、チタン製錬原料の種類によってリーチング処理の方法も異なってくる。例えば、イルメナイト鉱石に対しては硫酸によるリーチング処理に先立って、事前に還元処理を施すことにより、リーチング処理速度を効果的に高めることができることが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００８】
前記したチタン鉱石の予備処理方法においては、当該記載の範囲のイルメナイト鉱石について有効ではあるが、例えばスラグのようなチタン製錬における副生物をチタン製錬原料として再利用する場合に対する予備処理方法に関する開示はない。
【０００９】
このように、リーチング処理によるチタン製錬原料の高品位化処理方法においては、必ずしも、全てのチタン製錬原料に対して有効な方法がなく、その改善の余地が残されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭５８−１９９７２０号公報
【特許文献２】特開昭６２−１９１４２５号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】素材物性学雑誌  第６巻  第２号  ｐ５４−６４、  １９９３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、湿式法によるチタン製錬原料の高品位化方法に関し、特に、効率的な高品位化処理方法の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
かかる実情に鑑み前記課題の解決手段について鋭意検討を重ねてきたところ、チタン製錬原料の高品位化処理に先立って、該チタン製錬原料を酸化処理しておくことにより、高品位化処理において効率よくチタン製錬原料中の不純物を溶解させることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
即ち、本発明は、湿式法におけるチタン製錬原料の高品位化方法であって、チタン製錬原料の酸化処理を行い、続いて反応容器内にチタン製錬原料および酸を投入し、チタン製錬原料の高品位化処理を行うことを特徴とするものである。
【００１５】
本発明に係るチタン製錬原料の高品位化方法においては、高品位化処理を行うための複数の反応容器を直列接続して配置し、反応容器の後段で高品位化処理を終えた廃塩酸を前段の反応容器に戻すことを好ましい態様とするものである。
【００１６】
本発明に係るチタン製錬原料の高品位化方法においては、多段反応器の後段で高品位化処理されたチタン製錬原料を前段の反応容器に戻すことを好ましい態様とするものである。
【００１７】
本発明に係るチタン鉱石の高品位化方法においては、多段反応容器のそれぞれの反応容器に対して、別個独立にチタン製錬原料を供給することを好ましい態様とするものである。
【００１８】
本発明に係るチタン製錬原料の高品位化方法においては、湿式法が、酸リーチングであることを好ましい態様とするものである。
【００１９】
本発明に係るチタン製錬原料の高品位化方法においては、酸リーチング処理を行なう鉱石が、チタン製錬原料であることを好ましい態様とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る方法に従うことで、チタン製錬原料の高品位化処理を効果的に進めることができるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の高品位化処理工程の一実施形態を示す模式図である。
【図２】本発明の高品位化処理工程の他の実施形態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の最良の実施形態について図面を用いながら以下に詳細に説明する。
本発明のチタン製錬原料の高品位化方法では、まず、チタン製錬原料の酸化処理を行い、続いて高品位化処理が行われる。
【００２３】
１．酸化処理
まず、チタン製錬原料には、酸化処理が行われる。この処理により、亜酸化チタンが酸化チタンまで酸化される。この酸化処理を行わない場合、続いて後述の高品位化処理を行った際に、鉱石から亜酸化チタンが失われるが、酸化チタンまで酸化されていると、鉱石に残留させることができ、鉱石のチタン成分をより向上させることができる。
【００２４】
前記の酸化処理は、具体的には、チタン製錬原料を大気中で高温に保持することが好ましく、具体的には、８５０℃〜９５０℃の範囲に維持することを好ましい態様とするものである。
【００２５】
処理時間は、チタン製錬原料中の亜酸化チタンが、ほぼ全量酸化チタンになるまで継続することが好ましく、本願発明の場合には、２Ｈｒ〜４Ｈｒの範囲で前記温度範囲に維持することが好ましい。
【００２６】
本願発明においては、また、前記酸化処理雰囲気中の酸素分圧を高めることで、チタン製錬原料中の亜酸化チタンの酸化処理速度を高めることができる、という効果を奏するものである。
【００２７】
本願発明においては、酸化処理雰囲気中の酸素分圧は、０．２ＭＰａ〜０．９ＭＰａの範囲とすることが好ましいとされる。
【００２８】
前記したような酸素分圧処理は、例えば、空気中に酸素ガスを添加することで達成することができる。
【００２９】
２．高品位化処理
図１は、本発明に係るチタン製錬原料の高品位処理工程に関する好ましい実施態様を表している。高品位化の対象となるチタン含有量が相対的に低い低品位原料鉱石は、上述の酸化処理を受け、続いて、所定量の塩酸で満たされた第１段目の反応容器１ａに投入した後、前記反応容器１ａに設置した循環ポンプ２ａを稼動させて、チタン製錬原料が懸濁された塩酸を所定時間だけ反応容器１ａ内を循環させる。
【００３０】
前記操作によって、チタン製錬原料が懸濁された塩酸（スラリー）が生成する。このスラリー中では、原料中の酸化鉄が塩酸中に移行し、酸化チタンは鉱石中に留まるので、原料が高品位化される。また、このとき、亜酸化チタンが存在すると塩酸中に移行してしまうが、本発明では、事前に亜酸化チタンが酸化チタンに変換されているので、酸化チタンが塩酸中に移行することが抑制される。
【００３１】
このスラリーを一定時間循環させた後、反応容器１ａの底部に配設したバルブを開いて、該チタン製錬原料スラリーをベルトフィルター３ａに供給する。該ベルトフィルター３ａに供給されたチタン製錬原料スラリーは、廃酸と鉱石に分離され、廃酸は、次段の反応容器１ｂのリーチング液として再利用することができる。
【００３２】
一方、該ベルトフィルター３ａで固形分として分離されたチタン製錬原料は、塩酸リーチング処理を受けて不純物が溶解分離され、結果的に酸化チタンの含有率が向上したチタン製錬原料（以降、「ＵＧＳ」と表記する場合がある）として得ることができる。
【００３３】
前記ＵＧＳ中の酸化チタンは、９０％以上含有していることが好ましく、更には、９２％以上含有していることがより好ましいとされる。
【００３４】
本発明に使用するチタン製錬原料としては、イルメナイトや、チタン製錬の副生物であるチタンスラグに対して好適に適用することができる、という効果を奏するものである。
【００３５】
また、本願に使用するチタン製錬原料の粒度は、１００μｍ〜８５０μｍの範囲に整粒しておくことが好ましい。前記したような粒度範囲に整粒しておくことにより、チタン製錬原料のリーチング処理を効率よく進めることができる、という効果を奏するものである。
【００３６】
ベルトフィルター３ａで分離除去されたＵＧＳは、更に水洗後、乾燥し、高品位化された四塩化チタン製造用のチタン製錬原料として好適に供することができる。
【００３７】
ここで、本発明に用いる酸は、塩酸が好ましく、その濃度は、１０％以上が好ましいとされる。チタン製錬原料のリーチング処理に使用する塩酸の濃度が、１０％未満の場合には、リーチング処理に要する時間が長時間となり、リーチングの効率の点で改善の余地がある。一方、塩酸の濃度は、高い方がリーチング処理時間を短縮することは可能ではあるが、コストが嵩むという新たな検討課題が生じる。よって、本発明に用いる塩酸の濃度は、１０％〜２５％の範囲がより好ましいとされる。
【００３８】
本発明においては、図１に示すように、第１段目の反応容器１ａで発生した廃酸は、第２段目の反応容器１ｂに供給して、第２段目に供給されるチタン製錬原料のリーチング液として再利用することが好ましい。
【００３９】
本発明においては、第２段目の反応容器１ｂに供給するチタン製錬原料は、第１段目の反応容器１ａに供給したチタン製錬原料と同じ品位のチタン製錬原料を原料として使用することを好ましい態様とするものである。このような構成をとることで、第２段目の反応容器１ｂから抜き出されるチタン製錬原料の品位を第１段目の反応容器１ａから抜き出される鉱石の品位と同レベルに維持することができる、という効果を奏するものである。
【００４０】
図２は、本発明に係る別の好ましい実施形態を表している。本実施形態においては、酸リーチングのための反応容器を１ａ〜１ｃの３基使用した場合の例を表している。
【００４１】
当該実施態様においては、まずは、所定量の塩酸（図２の例では、一例として濃度２０％）を満たした第１段目の反応容器１ａに対してチタン製錬原料を投入すると同時に、第１段目の反応容器１ａに付設したポンプ２ａを作動させて、第１段目の反応容器１ａに充填されている鉱石スラリーを所定時間だけ循環させる。
【００４２】
第１段目の反応容器１ａ内で所定時間だけリーチング処理を受けたチタン製錬原料は、ベルトフィルター３ａにて廃酸と分離されて、系外に抜き出された後、水洗乾燥されて、四塩化チタン製造用原料として供される。
【００４３】
一方、第１段目のベルトフィルター３ａで濾過された廃塩酸は、第１段目で酸化鉄との反応で消費されて濃度が低下しているものの（図２の例では１２％）、第２段目のリーチング液として再利用することができる。勿論、ここで一部あるいは全部新規な塩酸を調製して用いることもできるが、第１段目からの廃塩酸を第２段目の反応容器１ｂに供給し、該反応容器１ｂに供給されたチタン製錬原料のリーチング液として再利用すれば、省資源の観点から好ましい。
【００４４】
本発明においては、第２段目の反応容器１ｂに使用するチタン製錬原料としては、第１段目、２段目で使用される通常の鉱石に加え、第３段目の反応容器１ｃでリーチング処理された鉱石をも使用することを好ましい態様とするものである。
【００４５】
通常、後段に行くほど塩酸濃度が低下してリーチング処理能力が低下しており、第３段目で得られる処理済の鉱石は第１段目、第２段目と比較して高品位化の程度が低いので、これを第２段目の原料として戻すことで、さらに高品位化することができる。
【００４６】
また、前記したような形態をとることで、第２段目で精製されるチタン製錬原料の純度を第１段目のチタン製錬原料の純度に揃えることができる、という効果を奏するものである。
【００４７】
第２段目の反応容器１ｂ内で所定時間だけリーチング処理を受けたチタン製錬原料は、ベルトフィルター３ｂにて廃酸と分離されて、系外に抜き出された後、水洗乾燥されて、四塩化チタン製造用原料として供される。
【００４８】
一方、第２段目のベルトフィルター３ｂで濾過された廃塩酸は、第２段目で消費されて濃度が低下しているものの（図２の例では７％）、第３段目のリーチング液として再利用することができるのは、上述と同様であり、この廃塩酸が第３段目の反応容器１ｃに供給され、チタン製錬原料も反応容器１ｃに供給される。
【００４９】
第３段目の反応容器１ｃ内で所定時間だけリーチング処理を受けたチタン製錬原料は、ベルトフィルター３ｃにて廃酸と分離されて、系外に抜き出された後、水洗乾燥されて、四塩化チタン製造用原料として供されるか、上述の通り、第２段目のチタン製錬原料として反応容器１ｂに戻される。
【００５０】
前記したような装置構成と原料フローを構成することにより、チタン製錬原料中の酸化チタン品位を効率よく高めることができる、という効果を奏するものである。
【００５１】
図１および図２に示した工程で副生した廃塩酸は、酸の再生工程において、塩酸分を高めた後、図１または図２に示した反応容器の原料として再利用することができる、という効果を奏するものである。
【００５２】
本発明においては、第１段目あるいは第２段目の反応容器内の温度は、１１０〜１５０℃の範囲で行なうことが好ましい。前記したような高温下での反応を行なうことにより、チタン製錬原料の酸リーチング処理を効果的に進めることができる。
【００５３】
該酸リーチングの際の温度が１１０℃以下の場合には、上記した酸リーチング処理速度が低くリーチング効率が悪い。一方、上記酸リーチング温度が、１５０℃以上においては、酸リーチング処理速度が飽和し、その改善効果が鈍化することおよび、反応容器内の酸の沸騰を抑制するための圧力を余計に高めることが必要となる。その結果、反応容器の耐圧に配慮する必要があると共に、反応容器の温度を必要以上に加熱するための、エネルギーコスト増にも繋がる。よって、本発明においては、酸リーチング処理温度は、１１０℃〜１５０℃が好ましい範囲とされる。
【００５４】
本発明においては、また、前記した反応温度を維持するために、各反応容器内は、加圧状態に維持しておくこと好ましい。反応容器内の圧力は、同容器内に保持した塩酸の沸騰を抑制するためのもので、本発明においては、０．１ＭＰａ〜０．４ＭＰａに加圧しておくことを好ましい態様とするものである。
【００５５】
また、本発明に従うことにより、塩酸の利用率も７５％以上という高いレベルを達成することができるという効果を奏するものである。ここでいうところの塩酸の利用率とは、使用前の塩酸濃度から使用後の塩酸濃度を差し引いたものを使用前の塩酸濃度で除した値で定義したものである。よって、この数値が大きいほど、塩酸がリーチング処理に対して有効に利用されたことを意味する。
【００５６】
以上述べたように、本発明により、チタン分の低いチタン製錬原料に対しても、効率よく高品位化処理することができる、という効果を奏するものである。
【実施例】
【００５７】
以下、実施例および比較例により本発明をより詳細に説明する。実施例および比較例において、特記しない限り、共通条件は、以下のとおりである。
１）低品位チタン製錬原料（主原料）
ＴｉＯ２品位：８０％
粒度：１００μｍ〜８５０μｍ
２）酸化処理
雰囲気：大気
温度：８５０℃〜９５０℃
亜酸化チタン含有量：酸化処理前２５ｗｔ％、酸化処理後０ｗｔ％
３）塩酸（副原料）
濃度：１５％〜２５％
４）反応容器
材質：テフロン（登録商標）コーティングステンレス容器
運転圧力：０．１〜０．４ＭＰａ
運転温度：１１０℃〜１５０℃
【００５８】
［実施例１］
図１に示す装置構成を利用して、１段目の反応容器１ａに対して濃度２０％の塩酸を充填した後、同容器内を、塩酸の沸騰を抑制すべく適宜加圧しつつ、反応容器内の温度を１３０℃まで昇温した。
同温度まで昇温された反応容器１ａ内に所定量のチタン製錬原料を投入して、固形物濃度が５００ｇ／１の鉱石スラリーとして、これを、反応容器１ａに付設したポンプ２ａを使用して、上記のチタン製錬原料スラリーを反応容器出口側の塩酸濃度が一定になるまで循環させた。
反応容器１ａの出口側の塩酸濃度が一定に達した時点で、同ポンプの循環を停止した後、反応容器１ａの底部に向けた図示しないバルブを開放して、反応容器１ａ内のスラリーから鉱石を分離すると共に、後段の反応容器１ｂのリーチング液として再利用した。
一方、反応容器１ａから高品位化された鉱石を抜き出した後、水洗乾燥して、四塩化チタン製造用の原料に供した。
一方、第２段目の反応容器１ｂ内に充填された塩酸浴に対して、新規なチタン製錬原料を投入することにより、新たな鉱石のリーチング処理を行ない、２段目の反応容器１ｂからチタン品位の高められたチタン製錬原料を抜き出した。該抜き出されたチタン製錬原料を水洗乾燥後、該鉱石も四塩化チタン製造用のチタン製錬原料に供された。
【００５９】
この結果、第１段目ではチタン製錬原料のチタン濃度は９９％にまで高められ、第２段目においても９２％まで高められた。
【００６０】
［実施例２］
反応容器が直列に３段接続された図２の装置構成を使用して、実施例１と同様にチタン製錬原料に高品位化処理を行なった。
当該実施例においても、第１段目と第２段目から、酸化チタン分として９３％を有するチタン製錬原料を得ることができることが確認された。また、第３段目からは８９％のチタン製錬原料が得られた。さらに、工程最後の廃塩酸の濃度も、３％となり、塩酸の利用率も８０％に達して効率の良いリーチング操作が可能であることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、四塩化チタン製造用のチタン製錬原料の高品位化に好適な技術および手段に関する。
【符号の説明】
【００６２】
１…反応容器
２…循環ポンプ
３…ベルトフィルター
添字ａ…１段目
添字ｂ…２段目
添字ｃ…３段目
【図１】
2014234548.tif 000003
【図２】
2014234548.tif 000004