Study on chlorination of ilmenite ore were carried out by using PVC(polyvinyl chloride) as the chlorinating agent in a static bed reactor for selective removal of iron. The effect of amount of PVC and reaction temperature were investigated. It was found that the removal ratio of iron increased with amount of PVC and temperature. After reaction with HCl gas generated from PVC, porous surface of the specimens were observed. As a result, HCl gas could react with iron in the central portion of ilmenite particle through these pores. Examination of data using kinetic model suggest that the selective chlorination rate is controlled by chemical reaction at the interface of particles. The activation energy for the selective chlorination of ilmenite using PVC was calculated as 20.47 kJ/mol.
Titanium and iron are closely related in nature, although titanium is the ninth most abundant element in the Earth's crust. Iron in titanium ores must be removed for use as feedstocks in the manufacture of titanium dioxide pigments and pure $TiCl_4$ for metal titanium. In this study, various beneficiation processes of ilmenite for production of $TiO_2$ have been reviewed and compared. Most of these processes involve a combination of pyrometallurgy and hydrometallurgy. These beneficiation processes of ilmenite generate considerable quantities of wastes primarily in the form of iron salt, iron oxide and acidic effluents. Therefore, it is important that recovery of acid value from waste and conversion of iron bearing waste to useful materials for development of new beneficiation processes of ilmenite.
Photo-decomposition experiments to produce hydrogen from organic compound such as alcohols and organic acids were investigated using the Korean natural ilmenite, which was used as ore itself as well as the calcined in vacuum. The decomposition activities of alcohol on ore (30-60 mesh) which was not calcined did not decrease even if it was repeatedly used. But crushed ore which had newly formed ilmenite surface revealed enhanced activities. The ilmenite powder calcined in vacuum showed 3-8 times higher activies than the ore powder itself and also the decomposition activity of formic acid was much higher than that of alcohols.
Thermally treated Korean ilmenite was characterized and used for water splitting to obtain hydrogen by photo-catalytic reaction. Experiments on specific surface area, X-ray diffraction and EDS showed that the formation of FeO, $Fe_2O_3$ and $TiO_2$ ilmenite crystal surface increased the specific surface area with maximum value, phase change of $TiO_2$ at $600^{\circ}C$ and hetrogeneity. The hydrogen evolved in caustic soda solution on these ilmenites indicated that there was a maximum yield point at about $600^{\circ}C$. This point was explained with the change of the surface area due to sintering of newly formed FeO, $Fe_2O_3$ and $TiO_2$, as well as crystal phase change of anatase to rutile at $600^{\circ}C$. Produced hydrogen increased also as the concentration of caustic soda, but become constant at the near 1N solution.
Diamond anvil cell (DAC) interfaced with a YAG laser heating system has been used to study the phase transformations on perovskite structured titanates ($BaTiO_3$, and $PbTiO_3$) and to synthesize the silicate perovskite phase from the orthopyroxenes of $MgSiO_3$ and $(Mg_{0.87},\;Fe_{0.13})SiO_3$. $BaTiO_3$ and $PbTiO_3$ transform from tetragonal phase to cubic at the pressures of approximately 2.6 GPa and 4.0 GPa at room temperature, respectively. Cubic phases of the both show wide range of stability in the extended in-situ high pressures and high temperature regions. Starting orthoenstatite of $MgSiO_3$ has yielded the perovskite phase as the major structure with ilmenite, gamma-spinel, betta-spinel and stishovite phases at ~38 GPa and ${\sim}1,000^{\circ}C$. $(Mg_{0.87},\;Fe_{0.13})SiO_3$ has shown the perovskite as the major phase with betta-spinel, stishovite and enstatite phases at ~35 GPa and ${\sim}1,000^{\circ}C$. The ilmenite phase does not occur at this condition.
Chung, Dong-Kyu;Jung, Eun-Jin;Lee, Mi Sun;Kim, Jinyoung;Song, Duk-Yong
Clean Technology
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v.25
no.2
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pp.107-113
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2019
Numerical model that considered the shrinking core model and elutriation and degradation of particles was developed to predict selective chlorination of ilmenite and carbo-chlorination of $TiO_2$ in a two stage fluidized bed chlorination furnace. It is possible to analyze the fluidized bed chlorination reaction to be able to reflect particle distribution for mass balances and the chlorination reaction. The numerical model showed an accuracy with error less than 6% compared with fluidized bed experiments. The chlorination degree with particle size change was greater with a smaller particle size, and there was a 100 min difference to obtain a chlorination degree of 1 between $75{\mu}m$ and $275{\mu}m$. This was not shown to such a great extent with variation of temperature ($800{\sim}1000^{\circ}C$), and there was only a 10 min difference to obtain a chlorination degree of 0.9. In the first selective chlorination process, the mass reduction rate approached to the theoretical value of 0.4735 after 180 min, and chlorination changed the Fe component into $FeCl_2$ or $FeCl_3$ and showed nearly 1. In the second carbo-chlorination process, the chlorination degree of $TiO_2$ approached 0.98 and the mass fraction reached 0.02 with conversion into $TiCl_4$. In the first selective chlorination process, 98% of $TiO_2$ was produced at 180 min, and this was changed into 99% of $TiCl_4$ after an additional 90 min. Also the mass reduction rate of $TiO_2$ was reduced to 99% in the second continuous carbo-chlorination process.
The chlorination kinetics of synthetic rutile prepared by selective chlorination of ilmenite with Cl2 and CO gas mixture were studied in a fluidized bed. Th e effects of reaction temperature, reaction time, and the ratio of Cl2 and CO partial pressure ($p_{Cl_2}/p_{CO}$) on the conversion rate of TiCl4 were investigated. The conversion rate of TiC4 was low under the high $p_{Cl_2}/p_{CO}$ conditions. Moreover, it was considered that the partial pressure of CO gas was more effective than that of Cl2 gas when comparing the stoichiometric conversion rate and experimental results of high CO partial pressure. Considering the porous structure of particles, the rate controlling step of the chlorination of synthetic rutile was determined to be chemical reaction and the activation energy was calculated as 53.77 kJ/mol.
Kim, Joon-Soo;Kim, Sung-Don;Park, Hyung-Kyu;Sohn, Hong-Yong
Resources Recycling
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v.13
no.5
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pp.17-22
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2004
It has been carried our for establishing the methodology to upgrade $TiO_2$ by carbothermal reduction of iron oxide in ilmenite. Based on present experimental results, the possibility for substitution with rutile has been investigated. It could by proposed that the 2 wt.% $FeCl_3$ of sample and carbon of 2 equivalents are optimum conditions as a feeding materials. And also appropriate reducing temperature and reduction time were about $1100^{\circ}C$ and 30 minutes. The product obtained by the processes of carbon reduction and magnetic separation may be used the substitute mineral of rutile.
Global fitting functions for Fe-selective chlorination in ilmenite($FeTiO_2$) and successive chlorination of beneficiated $TiO_2$ are proposed and validated based on a comparison with experimental data collected from the literature. The Fe-selective chlorination reaction is expressed by the unreacted shrinking core model, which covers the diffusion-controlling step of chlorinated Fe gas that escapes through porous materials of beneficiated $TiO_2$ formed by Fe-selective chlorination, and the chemical reaction-controlling step of the surface reaction of unreacted solid ilmenite. The fitting function is applied for both chemical controlling steps of the unreacted shrinking core model. The validation shows that our fitting function is quite effective to fit with experimental data by minimum and maximum values of determination coefficients of $R^2$ as low as 0.9698 and 0.9988, respectively, for operating parameters such as temperature, $Cl_2$ pressure, carbon ratio and particle size that change comprehensively. The global fitting functions proposed in this study are expressed simply as exponential functions of chlorination rate(X) vs. time(t), and each of them are validated by a single equation for various reaction conditions. There is therefore a certain practical merit for the optimal process design and performance analysis for field engineers of chlorination reactions of ilmenite and $TiO_2$.
The northeastern part of the Gyeongsang Basin is widely covered by the Cretaceous Hayang Group (Aptian to Albian). The Hayang Group consists of the IIjig. Hupyeongdong, Jeomgog, and Sagog formations. Heavy mineral analysis was carried out to define the possible source rocks of the Haynag Group snadstones. Heavy minerals separated from IIjig, Hupyeongdong, and Jeomgog sandstones are hematite, ilmenite, leucoxene, magnetite, pyrite, actinolite, andalusite, apatite, biotite, chlorite, epidote, garnet, hornblende, kyanite, monazite, muscovite, rutile, sphene, spinel, staurolite, tourmaline, and zircon. Based on their close association and sensitiveness, the heavy mineral assemblages can be classified into 6 syutes: 1)apatite-green tourmaline-sphene-colorless/yellowish zircon; 2) colorless garnet-epidote-rutile-brown tourmaline; 3) rounded purple zircon-rounded tourmaline-rounded rutile; 4) augite-hornblende-color- less zircon; 5) epidote-garnet-sphene; and 6) blue tourmaline. The possible source rocks corresponding to each assemblage are 1) granitic rocks; 2) metamorphic rocks (schist and gneiss) ; 3) older sedimentary rocks; 4) andesitic rocks; 5) metamorphosed impure limestone; and 6) pegmatite, respectively. Previous paleocurrent data suggest that the sediments of the study area were mainly derived from the northeastern to southeastern directions. Thus, the most possible source areas would be the east extension part of the sobaegsan metamorphic complex to the northeast and the Cheongsong Ridge to the southeast.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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