chemicallytechFine Chemical TechnologiesТонкие химические технологии2410-65932686-7575MIREA – Russian Technological University (RTU MIREA).10.32362/2410-6593-2023-18-6-572-582chemicallytech-2015Research ArticleCHEMISTRY AND TECHNOLOGY OF INORGANIC MATERIALSХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВFluorination of titanomagnetite concentrate with ammonium bifluorideИсследование процесса фторирования титаномагнетитового концентрата дифторидом аммонияhttps://orcid.org/0000-0003-3490-4713ДьяченкоА. Н.DyachenkoA. N.

Дьяченко Александр Николаевич, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой химии и технологии редких элементов им. К.А. Большакова, Институт тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова

119571, Москва, пр-т Вернадского, д. 86

Scopus Author ID 7006148917

Alexander N. Dyachenko, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Head of the K.A. Bol’shakov Department of Chemistry and Technology Rare Elements, M.V. Lomonosov Institute of Fine Chemical Technologies

86, Vernadskogo pr., Moscow, 119571

Scopus Author ID 7006148917

dyachenko@mirea.ruМИРЭА – Российский технологический университет (Институт тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова)РоссияMIREA – Russian Technological UniversityRussian Federation202318012024186572582Copyright © Dyachenko A.N., 20242024Дьяченко А.Н.Dyachenko A.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.finechem-mirea.ru/jour/article/view/2015Objectives

Objectives. To study the technological features of a new fluoride technology for the production of titanium dioxide by the decomposition of titanomagnetite concentrate with ammonium fluorides.

Methods

Methods. The chemical species of the titanium and iron components in the fluorination of titanomagnetite concentrate and sublimation separation of components were determined by means of X-ray powder diffraction analysis and inductively coupled plasma mass spectrometry. The kinetics of sublimation of the titanium component by the thermal decomposition of ammonium hexafluorotitanate was experimentally studied.

Results

Results. The products of the fluorination of titanomagnetite concentrate with ammonium bifluoride are compounds (NH4)2TiF6 and (NH4)3FeF6, as proven by chemical analysis and X-ray powder diffraction analysis. The subsequent sublimation separation of the titanium component produced the target product: a mixture of ammonium fluorotitanates. The desublimation of the titanium-containing fraction gave an NH4TiF5–(NH4)2TiF6–(NH4)3TiF7 mixture, the titanium content of which is 30.6% and the content of impurities (Fe, V, Si) is a minimum (0.45%). The activation energy of the heterogeneous reaction and the rate-limiting step of the process were also determined.

Conclusions

Conclusions. A high-purity titanium product (a mixture of ammonium fluorotitanates) is obtained. This is a valuable commercial product for the industrial production of titanium dioxide pigment from titanomagnetite concentrate and ilmenite.

Цели

Цели. Исследование технологических особенностей новой фторидной технологии производства диоксида титана методом разложения титаномагнетитового концентрата с помощью фторидов аммония.

Методы

Методы. Формы нахождения титановых и железистых составляющих в процессе фторирования титаномагнетитового концентрата и сублимационного разделения компонентов определялись рентгенофазовым анализом и масс-спектрометрией с индуктивно-связанной плазмой. Кинетика сублимации титановой составляющей экспериментально изучена термическим разложением гексафторотитаната аммония.

Результаты

Результаты. В результате фторирования титаномагнетитового концентрата дифторидом аммония образуются продукты реакции в виде соединений (NH4)2TiF6 и (NH4)3FeF6, что доказано химическим и рентгенофазовым анализом. С помощью последующего сублимационного отделения титановой составляющей получен целевой продукт, представленный смесью фторотитанатов аммония. Методом десублимации титансодержащей фракции выделена смесь NH4TiF5–(NH4)2TiF6–(NH4)3TiF7, содержание титана в которой находится на уровне 30.6%, а содержание примесей (Fe, V, Si) минимально (0.45%). Определена энергия активации гетерогенной реакции и лимитирующая стадия процесса.

Выводы

Выводы. Получен высокочистый титановый продукт (смесь фторотитанатов аммония), который является ценным коммерческим продуктом для промышленного производства пигментного диоксида титана из титаномагнетитового концентрата и ильменита.

фториды аммониягексафторотитанат аммониятитаномагнетитовый концентратдиоксид титанаammonium fluoridesammonium hexafluorotitanatetitanomagnetite concentratetitanium dioxideРабота выполнена с использованием оборудования Центра коллективного пользования РТУ МИРЭА при поддержке Минобрнауки России в рамках Соглашения № 075-15-2021-689 от 01.09.2021 г.This work was conducted using the equipment of the RTU MIREA Center for Collective Use and supported by the Ministry of Education and Science of Russia (Agreement No. 075-15-2021-689 dated September 01, 2021, unique identification number 2296.61321X0010).ReferencesДьяченко А.Н., Дьяченко Е.Н., Крайденко Р.И. Диоксид титана: рынок, производство, новые технологии. Лакокрасочные материалы и их применение. 2021;(7–8):41–50.Dyachenko A.N., Dyachenko E.N., Kraidenko R.I. Titanium dioxide: market, production, new technologies. Lakokrasochnye materialy i ikh primenenie = Russ. Coating J. 2021;(7–8):41–50 (in Russ.).Фомина Н.Н., Исмагилов А.В., Фомин В.Г. Дисперсность пигментного диоксида титана. Строительство и реконструкция. 2020;88(2):136–142.Fomina N.N., Ismagilov A.R., Fomin V.G. Titanium pigment dioxide dispersity. Stroitel’stvo i rekonstruktsiya = Building and Reconstruction. 2020;(2):136–142 (in Russ.).Павлуненко Л.Е., Губа Л.Н. Характеристика свойств титановых пигментов для лакокрасочных материалов. Строительство и техногенная безопасность. 2013;(46):56–62.Pavlunenko L.E., Guba L.N. Characterization of the properties of titanium pigments for paints and varnishes. Stroitel’stvo i tekhnogennaya bezopasnost’ = Construction and Industrial Safety. 2013;(46):56–62 (in Russ.).Раков Э.Г., Мельниченко Е.И. Свойства и реакции фторидов аммония. Успехи химии. 1984;53(9):1463–1492.Rakov E.G., Mel’nichenko E.I. The Properties and Reactions of Ammonium Fluorides. Russ. Chem. Rev. 1984;53(9):851–869. https://doi.org/10.1070/rc1984v053n09abeh003126 [Original Russian Text: Rakov E.G., Mel’nichenko E.I. The Properties and Reactions of Ammonium Fluorides. Uspekhi Khimii. 1984;53(9):1463–1492 (in Russ.).]Дьяченко А.Н. Способ получения диоксида титана из ильменита: Пат. 2770576 РФ. Заявка № 2021121156; заявл. 17.07.2021; опубл. 18.04.2022.Dyachenko A.N. Method for Producing Titanium Dioxide from Ilmenite: RF Pat. 2770576. Publ. 04.18.2022.Крайденко Р.И., Кантаев А.С., Лаштур А.Л. Способ получения диоксида титана рутильной модификации: Пат. 2643555 РФ. Заявка № 2017100238; заявл. 09.01.2017. опубл. 02.02.2018.Kraidenko R.I., Kantaev A.S., Lashtur A.L. Method for Obtaining Titanium Dioxide of Rutile Modification: RF Pat. 2643555. Publ. 02.02.2018.Дмитриев А.Н., Смороков А.А., Кантаев А.С., Никитин Д.С., Витькина Г.Ю. Фтороаммонийный способ переработки титановых шлаков. Известия вузов. Черная металлургия. 2021;64(3):178–183. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-3-178-183Dmitriev A.N., Smorokov A.A., Kantaev A.S., Nikitin D.S., Vit’kina G.Yu. Fluoroammonium method of titanium slag processing. Izvestiya vuzov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 20214;64(3):178–183 (in Russ.). https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-3-178-183Смороков А.А., Кантаев А.С., Брянкин Д.В., Миклашевич А.А. Разработка способа низкотемпературного обескремнивания лекоксенового концентрата Ярегского месторождения раствором гидродифторида аммония. Известия вузов. Химия и химическая технология. 2022;65(2):127–133. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20226502.6551Smorokov A.A., Kantaev A.S., Bryankin D.V., Miklashevich A.A. Development of a low-temperature desiliconization method for the leucoxene concentrate of the Yarega deposit with a solution of ammonium hydrogen fluoride. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. = ChemChemTech. 2022;65(2):127−133 (in Russ.). https://doi.org/10.6060/ivkkt.20226502.6551Гордиенко П.С., Пашнина Е.В., Буланова С.Б., Достовалов Д.В., Курявый В.Г., Шабалин И.А., Карабцов А.А. Получение диоксида титана из системы аммония гексафторотитанат – диоксид кремния. Хим. технология. 2021;22(12):530–542. https://doi.org/10.31044/1684-5811-2021-22-12-530-542Gordienko, P.S., Pashnina, E.V., Bulanova, S.B., et al. Preparation of Titanium Dioxide from the Ammonium Hexafluorotitanate–Silicon Dioxide System. Theor. Found. Chem. Eng. 2022;56(5):819–829. https://doi.org/10.1134/S0040579522050062 [Original Russian Text: Gordienko P.S., Pashnina E.V., Bulanova S.B., Dostovalov D.V., Kuryavyi V.G., Shabalin I.A., Karabtsov A.A. Khimicheskaya tekhnologiya. Production of titanium dioxide from the ammonium hexafluorotitanate – silicon dioxide system. Khimicheskaya Tekhnologiya. 2021;22(12):530–542 (in Russ.).]Mel’nichenko E.I., Epov D.G., Krysenko G.F. Ammonium oxofluorotitanates. Russ. J. Inorg. Chem. 2002;47(2):155–158.Mel’nichenko E.I., Epov D.G., Krysenko G.F. Ammonium oxofluorotitanates. Russ. J. Inorg. Chem. 2002;47(2):155–158.Mel’nichenko E.I., Krysenko G.F., Epov D.G., Rakov E.G. Titanium oxyfluorides. Russ. J. Inorg. Chem. 2001;46(12):1769–1774.Mel’nichenko E.I., Krysenko G.F., Epov D.G., Rakov E.G. Titanium oxyfluorides. Russ. J. Inorg. Chem. 2001;46(12):1769–1774.Laptash N.M., Maslennikova I.G. Fluoride processing of titanium-containing minerals. Adv. Mater. Phys. Chem. 2013;2(4):21–24. http://doi.org/10.4236/ampc.2012.24B006Laptash N.M., Maslennikova I.G. Fluoride processing of titanium-containing minerals. Adv. Mater. Phys. Chem. 2013;2(4):21–24. http://dx.doi.org/10.4236/ampc.2012.24B006Habashi F. Kinetics of Metallurgical Processes. Sainte Foy, Québec City: Métallurgie Extractive Québec, distributed by Laval University Bookstore; 1999. ISBN 2-980-3247-6-0. URL: https://works.bepress.com/fathi_habashi/5/. Дата обращения 10.10.2023.Habashi F. Kinetics of Metallurgical Processes. Sainte Foy, Québec City: Métallurgie Extractive Québec, distributed by Laval University Bookstore; 1999. ISBN 2-980-3247-6-0. URL: https://works.bepress.com/fathi_habashi/5/. Accessed October 10, 2023.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.