Визначення умов одержання синтетичного рутилу при вилуговуванні відновленого Самотканського ільменіту розчинами ферум(ІІІ) сульфату

Автор(и)

  • Олег Вікторович Кожура Український державний університет науки і технологій, Україна https://orcid.org/0000-0002-6426-8941
  • Євген Олександрович Цибуля Український державний університет науки і технологій, Україна https://orcid.org/0009-0000-3644-5616
  • Альона Вадимівна Дерімова Український державний університет науки і технологій, Україна https://orcid.org/0000-0002-6092-1392
  • Вікторія Сергіївна Ярошенко Український державний університет науки і технологій, Україна https://orcid.org/0009-0005-8360-7143

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.328308

Ключові слова:

Самотканський змінений ільменіт, синтетичний рутил, ферум(ІІІ) сульфат, гідроксосульфат, утилізація, TiO2

Анотація

Об’єктом дослідження є процеси хімічного збагачення Самотканських ільменітових концентратів, регенерації реагентів та утилізації вилучених сполук заліза. Вирішувалась проблема розробки технології отримання синтетичного рутилу та  утилізації побічних сполук феруму у продукти, на які наявний попит. Встановлено кінетичні параметри вилуговування заліза розчинами ферум (ІІІ) сульфату із металізованого ільменіту, отриманого відновленням Самотканського ільменітового концентрату вуглецем протягом 4 год при 1200 ℃. До ступеня вилучення заліза 8 % хід кінетичних кривих узгоджується з автокаталітичною моделлю Prout Tompkins kt=ln(a/(1–a)) з уявною енергією активації Еapp=62.7 kJ/mol. При більших вилученнях заліза процес переходить до моделі сфери, що стискається kt=1–(1–a)1/3, з уявно енергією активації Еapp=47.3 kJ/mol. Порядок реакції по Fe3+ близький до першого. Додатковим вилученням домішок із осаду окиснювального вилуговування при 65 ℃ у 15 % розчини H2SO4 та прожарюванням залишку при 800 ℃ отримано синтетичний рутил з вмістом ТіО2 92 %. Виявлено, що регенерацію розчинів окиснювального вилуговування можна здійснювати каталітичним окисненням киснем розчинів FeSO4. При рН 1,1−1,5 та 60 ℃ у присутності NO ферум (ІІ) кількісно окиснювали протягом 0,5−1,5 год. Інтенсивний масообмін при високому вмісті газу у газорідинній суміші дозволяє провести окиснення без підвищеного тиску кисню та температури. Частина феруму (ІІІ) утилізована у осади кристалічного гідроксосульфату високої чистоти, прожарюванням їх при 750 ℃ одержано 99,4 % Fe2O3, придатного для отримання пігментів. Низькі витрати реагентів та утилізація феруму у продукти, що мають попит на ринку, визначають перспективність промислового впровадження процесу

Біографії авторів

Олег Вікторович Кожура, Український державний університет науки і технологій

Кандидат хімічних наук

Кафедра технології неорганічних речовин та екології

Євген Олександрович Цибуля, Український державний університет науки і технологій

Аспірант

Кафедра технології неорганічних речовин та екології

Альона Вадимівна Дерімова, Український державний університет науки і технологій

Асистент

Кафедра технології неорганічних речовин та екології

Вікторія Сергіївна Ярошенко, Український державний університет науки і технологій

Кафедра технології неорганічних речовин та екології

Посилання

  1. Mineral commodity summaries 2024 (2024). US Geological Survey. https://doi.org/10.3133/mcs2024
  2. Joy, M., Bhat, K. H. (2025). An overview of phase analysis and strategies on the development of acid soluble titania for sulphate process. Discover Chemistry, 2 (1). https://doi.org/10.1007/s44371-025-00110-5
  3. Interim Report. For The Half-Year Ended 30 June 2024 (2024). Iluka Resources Limited. Available at: https://www.iluka.com/media/pannp5i3/2024-half-year-results-interim-report.pdf
  4. Jung, E. J., Kim, J., Lee, Y. R. (2021). A comparative study on the chloride effectiveness of synthetic rutile and natural rutile manufactured from ilmenite ore. Scientific Reports, 11 (1). https://doi.org/10.1038/s41598-021-83485-6
  5. Middlemas, S. C. (2014). Energy-conscious production of titania and titanium powders from slag. The University of Utah . Available at: https://core.ac.uk/download/276265554.pdf
  6. Reck, E., Richards, M. (1997). Titanium dioxide – Manufacture, environment and life cycle analysis: The tioxide experience. Surface Coatings International, 80 (12), 568–572. https://doi.org/10.1007/bf02693848
  7. Zhang, S., Liu, S., Ma, W., Dai, Y. (2018). Review of TiO2-Rich Materials Preparation for the Chlorination Process. Rare Metal Technology 2018, 225–234. https://doi.org/10.1007/978-3-319-72350-1_21
  8. Ganzha, O., Kuzmanenko, H., Okholina, T., Remezova, O. (2022). Current State Of Mineral Base Of Titanium Deposits Of Ukraine. Visnyk of Taras Shevchenko National University of Kyiv. Geology, 4 (99), 60–66. https://doi.org/10.17721/1728-2713.99.08
  9. Ganzha, O. A., Kovalchuk, M. S., Kroshko, Yu. V. (2024). Ore-Bearing Of The Vovchansk Zircon-Rutil-Ilmenite Deposit. Geochemistry and Ore Formation, 45, 30–43. https://doi.org/10.15407/gof.2024.45.030
  10. Filippou, D., Hudon, G. (2009). Iron removal and recovery in the titanium dioxide feedstock and pigment industries. JOM, 61 (10), 36–42. https://doi.org/10.1007/s11837-009-0150-3
  11. Thambiliyagodage, C., Wijesekera, R., Bakker, M. G. (2021). Leaching of ilmenite to produce titanium based materials: a review. Discover Materials, 1 (1). https://doi.org/10.1007/s43939-021-00020-0
  12. Lakshmanan, V. I., Bhowmick, A., Halim, A.; Brown, J. (Ed.) (2014). Titanium Dioxide - Production, Properties and Applications. New York: Nova Science, 75–130.
  13. Walpole, E. A., Winter, J. D. (2002). The Austpac ERMS and EARS Processes for the Manufacture of High-Grade Synthetic Rutile by the Hydrochloric Acid Leaching of Ilmenite. Chloride Metallurgy 2002 – International Conference on the Practice and Theory of Chloride/Metal Interaction. Available at: https://www.austpacresources.com/pdfs/techpub/EJW%20Paper%20Oct%202002.pdf
  14. Verhulst, D., Sabachy, B., Spitler, T., Duyvesteyn, W. (2002). New development in the Altair hydrochloride TiO2 pigment process. Hydrometallurgy Fifth International Conference in Honor of Professor Ian Ritchie, 565–575.
  15. Farrow, J. B., Ritchie, I. M., Mangano, P. (1987). The reaction between reduced ilmenite and oxygen in ammonium chloride solutions. Hydrometallurgy, 18 (1), 21–38. https://doi.org/10.1016/0304-386x(87)90014-4
  16. Shiah, C. D. (1966). Pat. No. US3252787A. Process for prodúcing titanium dioxide concentrate and other useful products from ilmenite and similar ores. Available at: https://patents.google.com/patent/US3252787A/en
  17. Ward, C. B. (1990). The production of synthetic rutile and by-product iron oxide pigments from ilmenite processing. Materials Science, 309–322.
  18. Gok, O. (2011). Catalytic oxidation mechanism of oxy-nitrogen species (NOx) in FeSO4 electrolyte. Nitric Oxide, 25 (1), 47–53. https://doi.org/10.1016/j.niox.2011.05.003
  19. Baldwin, S. A., Van Weert, G. (1996). On the catalysis of ferrous sulphate oxidation in autoclaves by nitrates and nitrites. Hydrometallurgy, 42 (2), 209–219. https://doi.org/10.1016/0304-386x(95)00092-u
  20. Kozhura, O. V., Tsybulya, E. O., Kovalenko, I. L. (2025). Leaching of reduced ilmenite concentrate from the Samotkan deposit using sulfuric acid solutions. Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii, 2, 150–157. https://doi.org/10.32434/0321-4095-2025-159-2-150-157
  21. Lv, W., Lv, X., Xiang, J., Hu, K., Zhao, S., Dang, J. et al. (2019). Effect of preoxidation on the reduction of ilmenite concentrate powder by hydrogen. International Journal of Hydrogen Energy, 44 (8), 4031–4040. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.12.139
  22. Sarker, M. K., Rashid, A. K. M. B., Kurny, A. S. W. (2006). Kinetics of leaching of oxidized and reduced ilmenite in dilute hydrochloric acid solutions. International Journal of Mineral Processing, 80 (2-4), 223–228. https://doi.org/10.1016/j.minpro.2006.04.005
  23. House, J. E. (2007). Principles of chemical kinetics. Academic Press, 336.
  24. Nikiforova, A., Kozhura, O., Pasenko, O. (2016). Leaching of vanadium by sulfur dioxide from spent catalysts for sulfuric acid production. Hydrometallurgy, 164, 31–37. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2016.05.004
  25. Gok, O. (2012). Ferrous oxidation catalyzed by oxy-nitrogen species (NOX). Asian Journal of Chemistry, 24 (12), 5485–5489. Available at: https://asianpubs.org/index.php/ajchem/article/view/9911
  26. El-Guindy, M. I., Davenport, W. G. (1970). Kinetics and mechanism of llmenite reduction with graphite. Metallurgical Transactions, 1 (6), 1729–1734. https://doi.org/10.1007/bf02642023
  27. Rhamdhani, M. A., Ahmad, S., Pownceby, M. I., Bruckard, W. J., Harjanto, S. (2018). Selective sulphidation of impurities in weathered ilmenite. Part 1 – Applicability to different ilmenite deposits and simulated Becher kiln conditions. Minerals Engineering, 121, 55–65. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2018.03.005
  28. Xiang, J., Pei, G., Lv, W., Liu, S., Lv, X., Qiu, G. (2020). Preparation of synthetic rutile from reduced ilmenite through the aeration leaching process. Chemical Engineering and Processing - Process Intensification, 147, 107774. https://doi.org/10.1016/j.cep.2019.107774
  29. Duong, B. N., Truong, T. N., Nguyen, T. T. (2020). The Upgrading of Ha Tinh Ilmenite to Synthetic Rutile by Becher Process. Materials Science Forum, 985, 115–123. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.985.115
  30. Abdelgalil, M. S., El-Barawy, K., Ge, Y., Xia, L. (2023). The Recovery of TiO2 from Ilmenite Ore by Ammonium Sulfate Roasting–Leaching Process. Processes, 11 (9), 2570. https://doi.org/10.3390/pr11092570
  31. Matijević, E., Sapieszko, R. S., Melville, J. B. (1975). Ferric hydrous oxide sols I. Monodispersed basic iron(III) sulfate particles. Journal of Colloid and Interface Science, 50 (3), 567–581. https://doi.org/10.1016/0021-9797(75)90180-0
Визначення умов одержання синтетичного рутилу при вилуговуванні відновленого Самотканського ільменіту розчинами ферум(ІІІ) сульфату

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-04-30

Як цитувати

Кожура, О. В., Цибуля, Є. О., Дерімова, А. В., & Ярошенко, В. С. (2025). Визначення умов одержання синтетичного рутилу при вилуговуванні відновленого Самотканського ільменіту розчинами ферум(ІІІ) сульфату. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(6 (134), 14–23. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.328308

Номер

Том 2 № 6 (134) (2025): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Oleg Kozhura, Yevhen Tsybulia, Alona Derimova, Viktoriia Yaroshenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.