Войти  |  Регистрация
Авторизация
» » Технология хлорирования титана в расплавных и шахтных хлораторах

Технология хлорирования титана в расплавных и шахтных хлораторах


Хлорирование в расплаве солей ведут при 700—800 °С с непрерывным отводом избыточного тепла. Минимальная и максимальная температуры определяются оптимальной скоростью хлорирования TiO2 и оксидов примесей. При температуре ниже 700 °С заметно снижается скорость хлорирования TiO2. выше 800 °С — значительно повышается скорость хлорирования примесей. Температура процесса определяется и видом перерабатываемого сырья. Так, при хлорировании природного рутила поддерживают максимальную температуру, поскольку в нем оксиды титана плохо вскрываются хлором, а примесей меньше, чем в шлаке.
Частицы титанового шлака и кокса находятся в расплаве во взвешенном состоянии равномерно по всему объему. Для предотвращения осаждения частиц шихты на подине хлоратора в нем создается направленная циркуляция расплава. В хлорирующих отделениях расплав увлекается газовыми пузырьками вверх и попадает в переточные каналы, по которым движется вниз. По пути расплав освобождается от пузырьков газа. Внизу, у подины, расплав из переточных каналов вливается в хлорирующие отделения и как бы промывает подину, не позволяя осаждаться твердым частицам. Хлор подается при избыточном) давлении 70 кПа под углом к подине, дробится на мелкие пузырьки, которые сорбируются на поверхности частиц шихты и взаимодействуют с оксидами. Непрерывному барботажу расплава способствуют пузырьки хлора и хлоровоздушной смеси, а также газообразные продукты хлорирования. Уровень расплава в хлораторе поддерживают таким, чтобы хлор успевал полностью прореагировать в объеме расплава.
Массовая доля оксида титана в расплаве должна составлять 1,5—5 %, если же она менее 1,0 % — снижается скорость хлорирования TiO2. Накопление в расплаве TiO2 и других нерастворимых соединений приводит к ухудшению физических свойств расплава. Поэтому по мере накопления нерастворимых соединений расплав периодически обновляют, сливая часть расплава и взамен загружая в хлоратор чистые хлористые соли.
В качестве последних используют отходы калийной промышленности или отработанный электролит магниевых электролизеров состава %; KCl 50-80; NaCI 5—10; CaCl2 8—10; MgCl2 4—5. Оптимальный состав рабочего расплава следующий: TiO2 1,5—5; С 2—5; NaCl 15—20; KCI 30—40.
На процесс хлорирования существенное влияние оказывает количество хлора в хлорирующем хлоргазе. В анодном хлоргазе оно составляет 70—90 % (объемн.). Разбавление хлора воздухом приводит к уменьшению парциального давления хлора, снижению скорости хлорирования и увеличению потерь титана вследствие пылеуноса. Кроме того, повышается выход отходящих газов и увеличивается тепловыделение в хлораторе, что осложняет процессы хлорирования и конденсации хлоридов. В связи с этим концентрацию хлора в хлорирующем газе поддерживают по возможности максимальной путем улучшения организации его отвода от магниевых электролизеров либо обогащения анодного хлоргаза.

Основными нарушениями технологического режима хлоратора являются "проскоки" хлора через расплав, вспенивание последнего и образование плавких возгонов в системе конденсации.

"Проскоки" хлора через расппав [концентрация хлора в отходящих газах более 0,1-0,2 % (объемн.)] могут возникнуть вследствие пониженной концентрации (менее 1-1,5 %) диоксида титана или углерода в расплаве хлоратора, повышенного количества твердых частиц в расплаве, образования вязкого нежидкотекучего расплава. К появлению "проскоков" хлора приводит длительная работа хлоратора с повышенной температурой. При этом возрастает давление паров хлоралюминатов натрия и калия, а также хлороферрита натрия и калия. Вследствие испарения последних снижается количество сливаемого расплава. В нем накапливаются оксиды кремния и повышается содержание твердых частиц.
Обычно "проскоки" хлора через расплав сопровождаются повышенным образованием фосгена, что крайне нежелательно в связи с загрязнением окружающей среды.
Причины вспенивания расплава до настоящего времени окончательно не изучены, но установлено, что они наиболее часто совпадают с обеднением расплава диоксидом титана при повышенной подаче кокса.
Плавкие возгоны образуются эпизодически в системе конденсации и нарушают ее работу. Их образование возможно при использовании отработанного электролита магниевых электролизеров, а также хлорида натрия. Они возникают в период работы хлоратора, когда в расплаве имеется повышенная концентрация FеСl3. В таких возгонах по сравнению с неплавкими содержится меньше диоксида титана и больше AlCl3, NaCl.
Ниже приведен примерный состав возгонов при использовании хлорида натрия, % (по массе):
Технология хлорирования титана в расплавных и шахтных хлораторах

Образование плавких возгонов не зависит от количества соли, загружаемой в хлоратор; основная причина их образования — обеднение рабочего расплава хлоратора диоксидом титана (ниже 1 %).
Для снижения концентрации FeCl3 и AlCl3 необходимо увеличить содержание шлака и кокса в расплаве (при постоянном гранулометрическом составе шлака и кокса). При возросшей хлорной нагрузке и большей концентрации TiO2 в расплаве обеспечивается работа хлоратора без образования плавких возгонов.
Распределение основных компонентов по продуктам хлорирования при работе хлоратора с сухой системой конденсации и загрузке в него хлорида натрия показано в табл. 12. Извлечение титана в тетрахлорид достигает 93 %. Потери титана с расплавом обусловлены периодическим обновлением последнего и определяются концентрацией титана в рабочем расплаве.
Технология хлорирования титана в расплавных и шахтных хлораторах

Потери титана с возгонами зависят от режима работы хлоратора. Титан в возгонах может находиться в виде диоксидатитана, тетрахлорида титана и его гидролизованных форм, низших хлоридов титана. Основные потери титана вызваны присутствием в возгонах тонкодисперсного диоксидатитана рутильной формы, который является продуктом химического взаимодействия, а не рутилизованным шлаком. Потери титана вследствие пылеуноса шихты составляют до 1/3 общих потерь титана с возгонами. При низких концентрациях TiO2 в расплаве потери титана с возгонами снижаются в результате большей степени хлорирования оксидов кремния и алюминия в расплаве и протекания вторичных реакций их хлоридов с диоксидом титана в парогазовой смеси. Возможно, что TiO2 образуется в области фурм в пузырьках газа при взаимодействии кислорода хлоровоздушной смеси с парами TiCl4, Десорбирующимися из расплава. Часть образовавшегося тонкодисперсного TiO2 выносится пузырьками газа из расплава и попадает в систему конденсации.
Основная масса железа (75 %) и почти половина алюминия удаляется из хлоратора со сливаемым расплавом.
При получении тетрахлорида титана в расплавном хлораторе, как и в хлораторах других типов (кипящий и подвижный слой). происходит образование фосгена (CoCl2). Частично фосген образуется в пузырьках расплава, возможно его образование в трубных камерах системы конденсации. В трубных камерах вследствие термической диссоциации хлорного железа может протекать реакция, обратная реакции (39):
FeCl3 ⇔ FeCl2 + 1/2Cl2.

Выделившийся хлор может частично взаимодействовать с оксидом углерода с образованием фосгена. Однако в связи с тем, что в газах расплавного хлоратора концентрация CO в несколько раз ниже [5 % (объемн.)], чем в газах хлораторов других типов (около 60 %), в нем фосгена образуется очень мало. Он всегда присутствует во время работы хлоратора с "проскоксами" хлора. В этот период концентрация фосгена в отходящих газах может составлять 40 мг/л. Если хлоратор работает без нарушения технологического режима (без "проскоков" хлора через расплав), в отходящих газах фосген практически не обнаруживается.
В шахтных хлораторах осуществляется непрерывное хлорирование в подвижном слое титансодержащих брикетов. При установившемся ходе процесса в таком хлораторе образуются две зоны. В нижней части выше пояса фурм находится зона активного хлорирования, где связывается основное количество хлора и выделяется тепло вследствие протекания реакций хлорирования и горения углерода в кислороде хлоровоздушной смеси. В верхней части слоя шихты находится зона, в которой можно выделить область кипения слоя — поверхностный слой шихты — и область подогрева брикетов и начала их хлорирования. Проследим прохождение брикета через реактор сверху вниз.
Загружаемый брикет погружается в кипящий слой, возникший поверх брикетированной шихты, укладывается на нее и нагревается вследствие теплообмена с частицами кипящего слоя. Подогрев брикета происходит также горячими газами, поступающими из нижней зоны. По мере хлорирования брикета и выгрузки огарка, подогретый до 500—700 °С брикет опускается в нижнюю зону активного хлорирования, где хлорируется и разогревается до 900—1000 °С. Крупные остатки брикетов, пройдя фурменную зону, теряют часть тепла и непрерывно или периодически выгружаются. Мелкие частицы брикетов и огарка выносятся из слоя брикетированной шихты и образуется кипящий слой. Пылевидные частицы из кипящего слоя с парогазовой смесью поступают в систему конденсации. Образующиеся в активной зоне хлорирования хлориды поднимаются в зону подогрева, где часть из них (TiCl4, SiCl4, AlCl3) может взаимодействовать с оксидами железа, кальция, магния и др.
Благодаря непрерывной выгрузке огарка брикетированнея шихта непрерывно движется вниз с большой скоростью. Это снижает возможность спекания шихты и образования свищей в ее слое, но не исключает последнее. Подвижность шихты позволяет регулировать температурный режим в хлораторе и аппаратах конденсационной системы путем изменения количеств подаваемого хлора, загружаемых брикетов и выгружаемого непрохлорированного остатка. Тем самым в значительной степени упрощается процесс и облегчается его автоматизация.
Уровень шихты в хлораторе поддерживают в интервале 1,2—3,2 м.
Удельная производительность промышленных хлораторов составляет 20-25 т/(м3*сут).
Извлечение титана в тетрахлорид находится примерно на том же уровне, что и при хлорировании в расплавных хлораторах. Основные потери титана связаны с выносом шихты в систему конденсации и вторичным окислением TiCl4, вызываемым подсосами воздуха в аппараты конденсации. Потери титана с пылями составляют 6—7 %. С огарком выводится из хлоратора около 1 % титана.
Добавлено Serxio 26-02-2017, 12:45 Просмотров: 915
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent