СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТРЕХХЛОРИСТОГО ТИТАНА
METHOD OF PRODUCING TITANIUM TRICHLORIDE

Изобретение относится к получению треххлористого титана, используемого в качестве компонента активного покрытия анодов, катализатора в органическом синтезе, а также в процессах очистки воды.
Известны способы получения треххлористого титана, включающие взаимодействие металлического титана с водным раствором соляной кислоты концентрацией при нагревании [Пат. РФ 2316475 02.02.2008; JP 080208227, опубл. 13.08.1996].
Недостатками известных способов являются технологические затруднения ведения процесса, сложность и дороговизна аппаратурного оформления, дорогостоящее сырье.
Известны способы получения хлоридов титана (II и III) (ст. Низшие хлориды титана, их свойства, получение и применение (обзор литературы и патентов). - В.Г. Гопиенко, Г.Н. Гопиенко. - Ж. Цветная металлургия. - 1964. - №4, стр. 26-29; ст. Разработка технологии получения и очистки титансодержащих расплавов с применением механического перемешивания. - Р.А. Сандлер, А.И. Гулякин, Д.С. Абрамов, Е.Н. Пинаев, Э.И. Яскеляйнен, Л.М. Бердникова, Г.С. Лукашенко, Б.А. Карпов. - Труды ВАМИ Производство магния и титана, №83, Ленинград, 1972, стр. 94-98; ст. Разработка технологических основ процесса получения низших хлоридов титана. - С.В. Александровский, Л.М. Бердникова, А.И. Гулякин, Е.Н. Пинаев, Д.С. Абрамов. - Ж. Цветная металлургия, №12, 1977, - стр. 29-31; Пат РФ №: 2370445 от 20.10.2009), включающий подачу в герметичный реактор расплава хлоридов металлов, металлического титана (отход) и подачу тетрахлорида титана в реактор. Процесс ведут в инертной атмосфере хлориды титана извлекают из реактора отстаиванием или фильтрованием.
Недостатком данных способов является высокая стоимость сырья, сложность аппаратурной схемы, высокие энергетические затраты (расплав
солей) и значительные количества трудноутилизируемого остатка (сброс в отвал).
Известны способы получения катализатора на основе треххлористого титана (Патент СССР 504496, кл. C08F 10/14, 1972; Патент США 4235745, кл. C08F 4/64, 1980; Патент США 4199474, кл. C08F 4/64, 1980; Патент РФ 2053841, кл. B01J 37/00, 1993), включающие восстановление тетрахлорида титана органическими соединениями.
Недостатками данных способов являются: большая длительность процесса синтеза; низкая стабильность катализатора при его хранении (температура хранения), высокая стоимость исходных реагентов.
Наиболее близким по технической сущности (прототип) и достигаемому результату является способ получения треххлористого титана, включающий обработку концентрированного тетрахлорида титана металлом (алюминий, магний, титан) при температуре от 200 до 900°С (Лучинский Г.П. Химия титана. - М.: Издательство "Химия", 1971. - 471 с.):
Недостатками данного способа являются сложное аппаратурное оформление процесса и высокие энергозатраты на нагрев реакционной смеси. Помимо этого концентрированный тетрахлорид титана не реагирует с металлическим железом даже при температуре каления.
Существенным недостатком прототипа является работа с концентрированным безводным тетрахлоридом титана, который при контакте с воздухом гидролизируются с образованием паров соляной кислоты (белый дым). Образование летучих ядовитых паров, обладающих высокой коррозионной активностью требует применения герметичных реакторов, а также дополнительных мер безопасности персонала.
Задачей данного изобретения является разработка технологии получения треххлористого титана со сниженными энергозатратами, упрощенной аппаратурной схемой и повышенной экологической и производственной безопасностью, который может быть использован в процессах очистки сточных вод.
Поставленная задача решается способом получения треххлористого титана, включающим восстановление тетрахлорида титана металлом, при котором процесс восстановления ведут анодным растворением металлического электрода, в водном растворе тетрахлорида титана с концентрацией 1-60 масс. %., при этом в качестве металла используют алюминий или титан или железо и процесс анодного растворения ведут при напряжении 2-10 вольт в течение 5-180 минут.
К основным достоинствам предлагаемого способа следует отнести снижение энергозатрат (за счет отсутствия нагрева реакционной смеси до высоких температур), а также значительное упрощение аппаратурной схемы процесса, за счет отказа от герметичных сосудов, работающих под высоким давлением и при высокой температуре. Помимо этого становится возможным использование металлических отходов процессов сжигания твердых бытовых отходов. Водные растворы тетрахлорида титана подвержены гидролизу в меньшей степени, а количество выделяемых паров соляной кислоты снижается в 100 и более раз.
Сущность предлагаемого способа и достигаемые результаты более наглядно могут быть проиллюстрированы следующими примерами
Содержание треххлористого титана определяют по данным титрования полученного раствора сульфатом аммония-железа в присутствии индикатора роданида или метиленовой сини (Лучинский Г.П. Химия титана. - М.: Издательство "Химия", 1971. - 471 с; стр. 397)
ПРИМЕР №1
В водный раствор тетрахлорида титана (3 масс. %) массой 250 грамм, погружают железные (Сталь 3) электроды и проводят анодное растворение металла при напряжении 2 В. Реакционную смесь постоянно перешивают в течение 180 минут. Содержание треххлористого титана в полученном растворе 0,025%. Содержание хлорида железа 0,078%. Реагент может быть использован в процессах очистки сточных вод от соединений хрома.
В промывные сточные воды процесса нанесения гальванических покрытий объемом 1 литр и содержанием соединений хрома (VI) - 2,2 мг/л вводят 1,5 мл полученного раствора. Эффективность удаления соединений хрома (VI)составляет 99,9%.
ПРИМЕР №2
В водный раствор тетрахлорида титана (60 масс. %) массой 100 грамм, погружают титановые (ВТ 1-0) электроды и проводят анодное растворение металла при напряжении 10 В. Реакционную смесь постоянно перешивают в течение 90 минут. Содержание треххлористого титана в полученном растворе 48,8%. Содержание примесей других металлов в полученном реагенте не превышает 0,1% (х.ч.). Реагент пригоден для применения в качестве катализатора в органическом синтезе, а также в аналитических целях.
ПРИМЕР №3
В водный раствор тетрахлорида титана (1 масс. %) массой 500 грамм, погружают железные электроды и проводят анодное растворение металла при напряжении 3 В. Реакционную смесь постоянно перешивают в течение 180 минут. Содержание треххлористого титана в полученном растворе 0,008
%. Содержание хлорида железа 1,01%. Реагент может быть использован в процессах очистки сточных вод от соединений хрома.
В промывные сточные воды процесса нанесения гальванических покрытий объемом 1 литр и содержанием соединений хрома (VI) - 0,9 мг/л вводят 1,1 мл полученного раствора. Эффективность удаления соединений хрома (VI) составляет 99,85%.
ПРИМЕР №4
В водный раствор тетрахлорида титана (25 масс. %) массой 150 грамм, погружают алюминиевые электроды и проводят анодное растворение металла при напряжении 4 В. Реакционную смесь постоянно перешивают в течение 120 минут. Содержание треххлористого титана в полученном растворе 20,3%. Содержание хлорида алюминия 12,1%.
В промывные сточные воды процесса нанесения гальванических покрытий объемом 1 литр и содержанием соединений хрома (VI) - 5,4 мг/л вводят 0,25 мл полученного раствора. Эффективность удаления соединений хрома (VI) составляет 99,9%.
ПРИМЕР №5
В водный раствор тетрахлорида титана (15 масс. %) массой 150 грамм, погружают алюминиевые гранулы, разменные в полимерной сетке (анод) размешенные и проводят анодное растворение металла при напряжении 2 В. Реакционную смесь постоянно перешивают в течение 5 минут. Содержание треххлористого титана в полученном растворе 1,3%. Содержание хлорида алюминия 0,6%.
В промывные сточные воды процесса нанесения гальванических покрытий объемом 1 литр и содержанием соединений хрома (VI) - 3,2 мг/л вводят 0,8 мл полученного раствора. Эффективность удаления соединений хрома (VI)составляет 99,9%.
ПРИМЕР №6
В водный раствор тетрахлорида титана (40 масс. %) массой 150 грамм, погружают алюминиевую проволоку (анод) и проводят анодное растворение металла при напряжении 6 В. Реакционную смесь постоянно перешивают в течение 45 минут. Содержание треххлористого титана в полученном растворе 28,3%. Содержание хлорида алюминия 17,1%.
В промывные сточные воды процесса нанесения гальванических покрытий объемом 1 литр и содержанием соединений хрома (VI) - 3,2 мг/л вводят 0,8 мл полученного раствора. Эффективность удаления соединений хрома (VI)составляет 99,9%.
Как видно из примеров технический результат от вышеперечисленного снижение температуры проведения процесса, упрощение аппаратурной схемы (отказ от высоких температур и сосудов, работающих под давлением), а также повышение экологической и производственной безопасности, за счет использования разбавленных растворов. При использовании предлагаемого изобретения возможно получение широкой линейки реагентов для процессов органического синтеза и процессов очистки сточных вод различного происхождения (в т.ч. гальваники).
Помимо этого была установлена возможность использования железа для восстановления тетрахлорида титана, что также отличает предполагаемый способ от прототипа.