Основы металлургии (стр. 26 )

Недостатки 1)сложность подготовки сырья, 2) Высокое содержание ТiO2 в остатке. 3) периодичность процесса (необходимость выгрузки непрохлорированного остатка)

Хлорирование в шахтных хлораторах непрерывного действия. Основным отличием этого аппарата oт ШЭП является отсутствие электрообогрева и сложной насадочной зоны, а также наличие в нижней его части герметичног разгрузочного устройства для непрерывного удаления непрохлорированного ocтатка. Последнее обстоятельство пзволяет коренным образом улучшить газодинамические параметры и резко интенсифицировать процесс, так как температурный режим в хлораторе и аппаратах конденсационной системы легко регулируется количеством подаваемого хлора, загрузкой брикетов и выгрузкой непрохлорированного остатка. Это в значительной степени упрощает процесс и облегчает его автоматизацию. Благодаря этому проиходит непрерывное обновление реакционной поверхности по позволяет резко интенсифицировать процесс хлорирования, при этом в рез-те высокой скорости газового потока происходит расслаивание шихты: мелкие частицы брикетов пыль, частицы непрохлорированного остатка выносятся из слоя шихты, образуя в верхней зоне псевдосжиженный слой, крпные брикеты опускаются на дно реактора, образуя своего рода «распределительную решетку». Эти обстоятельства позволяют увеличить удельную производительность шахтных хлораторов непрерывного действия в несколько раз по сравнению с аппаратами хлорирования других типов. Основным недостатком данного способа является применение дорогостоящих брикетов. Недостатки 1) Требование к cocтaвy 2) Сложность подготовки сырья.

Хлорирование измельченной или гранулированной шихты в КС. В настоящее время в КС хлорируют преимущественно рутил - высококачественное сырье, содержащее более 95% TiO2. Содержание окислов шелочных и щелочноземечьныч металлов в нем высокое, что очень важно для работы реактора КС. Для хлорирования используют реакторы с керамическими газораспределительными решетками или конусные реакторы с фурменным газораспределением. При хлорировании рутила шихта унесенная из реактора, улавливается в циклонах и возвращается в слой. Возврат уловленной в циклонах пыли, имеющей меньшую тем-ру, чем кипящий слой, дает возможность регулировать тепловую работу реактора. При работе с кипящим слоем очень важна его гомогенность, когда в каждой точке объема слоя сохраняется одно и то же отношение концешрации TiO2 и С. Для устойчивой работы реактора КС необходимо применение эффективной системы пылеулавливания с возвратом уловленной шихты в кипящий слой.. В целях предотвращения расслаивания шихты аппарате КС вследствие разности плотностей тигансодержащих материалов и углеродистого восстановителя измельчение этих материалов производят до строго заданной крупности.

Недостатки 1) присутствие в сырье щелочных и щелочно-земельных металлов ухудшает процесс, т. к. легкоплавкие хлориды сплавляют частички шихты, приводят к проскоку хлора и к остановке aппарата 2)в огарке повышенное содержание TiO2.

Хлорирование измельченной шихты в расплаве хлоридов. Измельченный титановый шлак и кокс загружают в солевой хлоротор на поверхность расплава (отработанный электролит магниевых электролизеров). В нижнюю часть аппарата подают хлор, к~рый нагревается в расплаве и вступает в р-цию со шлаком и коксом. Газообразные продукты направляются вверх. Непрохлорированный остаток периодически вместе с расплавом удаляют ч/з нижнюю летку. Два раза в сутки расплав частично обновляют. Хлорирование титановых шлаков происходит в расплаве хлористых солей при тем-ре 750~850*С. Состав рабочего расплава хлоратора зависит от содержания примесей в титановом шлаке (Fе, Fе2О3, CaO, MgO, SiO2 и др.), а также oт состава загружаемых в хлоратор солей. Основная часть образующихся хлоридов, имеющих высокое давление паров (TiCl4, SiCl4, AIC13, FeCl3) в парообразном состоянии удаляется из расплава и покидает хлоратор. Хлориды с низким давлением паров (СаС12, MgC12, FeСl2) накапливаются в расплаве. Увеличение в расплаве содержания СаС12 и MgC12 вследствие хлорирования окислов несущественно снижают скорость хлорирования. При хлорировании металлического и окисного железа, вносимого шлаком, образующиеся хлориды железа являются очень важными компонентами расплава, определяющими скорость хлорирования. В отходящих газах может появиться хлор. Это связанно с высоким содержанием непрохлорированных окислов кремния, когда процессы массопередачи в расплаве замедляются и хлор не успевает вступить во взаимодействие с шихтой. Чтобы процесс хлорирования не нарушался и хлор не проскакивал ч/з расплав, его приходится частично выводить из хлоратора и тем самым поддерживать содержание SiO2 в регламентируемых пределах В зависимоти от удельной производительности хлоратоpa в расплаве может быть восстановительная или окислительная среда. Экспериментально установлено, чю расплав однороден по составу во всем объеме хлоратора. Исключение, очевидно, составляет сравнительно небольшой обьем расплава на входе струи хлора в расплав, где он всегда насыщен по хлору и преобладает окислительная среда. При невысокой удельной производительности хлоратора среда в расплаве восстановительная, в ней расстворен трехвалентный титан. В этом случае на поверхности расплава вокруг пузырьков газа абсорбируется хлор, к-рый взаимодействует с низшими хлоридами титана с получением TiC12 При высокой удельной производительности хлоратора среда в расплаве - окислительная, в ней содержится хлорное железо. При высокой нагрузке хлоратор работает неустойчиво, часто наблюдается проскоки хлора через расплав, xoтя каплеуноса расплава нет. При paботe хлоратора с сухой системой конденсации могут образовыватся возгоны хлоридов с высоким содержанием TiO2, что обуславливает безвозвратные потери титана. Эти потери титана зависят от режима работы хлоратора.

Преимущества: I) Менее жесткие требования по составу исходного сырья. 2) процесс хлорирования идет в основном с образованием СО2 а не СО, что исключает образование взрывоопасных смесей, 3) Процесс ведется при более низких тем-рах; 4) Упрощается технологическая схема подготовки шихты, 5) Интенсивный барботаж хлора ч/з расплав обеспечивает эффективный теплообмен и высокую удельную производительность

Недостатки: I) незначительный срок службы; 2) Кол-во отработанного расплава достигает до 200 kг на 1т TiCI4. Их складируют.

4.15 Ректификационный способ очистки технического тетрахлорида титана.

Хлорирование титансодержащего сырья в различных хлораторах сопровождается образованием хлоридов и окислов углерода. Полученные хлориды имели различные физ-хим-кие свойства. Смесь хлоридов Ti, Si, A1, Mg, V наз-ся парогазовой смесью (ПГС). Тем-ра ПГС на выходе из хлоратора может находиться в пределах 600-800*С. она зависит от типа хлоратора и его производительности. При этом часть хлоридов может находиться в парообразном, а часть в твердом или жидком состоянии. Эта смесь направляется на отделение и конденсацию. Под конденсацией понимают переход вещ-ва из парообразного состояния в жидкое. Если вещ-во из парообразного состояния сразу переходит в твердое, минуя жидкое состояние, то такой процесс наз-ся асублимацией. При конденсации и асублимации всегда выделяется тепло. В промышленном производстве TiCl4 наибольшее развитие получили две системы конденсации сухая (раздельная) и комбинированная.

Раздельную схему можно применять при конденсации ПГС полученной при ее хлорировании в любом аппарате. ПГС поступает из хлоратора в первую пылевую камеру, где охлаждается, а затем во вторую, где снова охлаждаются до 130*С при этом происходит конденсация и асублимация паров хлоридов Са, Mg, Мn, Сг, Fе и A1, с образованием тонкодисперсных частиц. Неконденсированные газы направляют в газоочистку. Охлажденная ПГС поступает в рукавный фильтр для отделения твердых частиц высококипящих хлоридов и шихты от ПГС. Тем-ра на фильтре всегда должна быть на несколько градусов выше тем-ры, отвечающей точке росы паров ТiCl4. Осевшие на рукава твердые хлориды удаляют встряхиванием или обратной отдувкой оборотными сухими газами. Очищенную oт твердых частиц на фильтре ПГС подают на охлаждение и конденсацию в два оросительных конденсатора. Чем ниже тем-ра охлаждения ПГС во втором конденсаторе, тем меньше безвозвратные потери TiCI4 с отходящими газами. Конденсаторы орошаются TiCl4, к-рый с помощью погруженных центробежных насосов подается в теплообменники типа труба в трубе для охлаждения. Охлажденный TiCl4 ч/з форсунки поступает в конденсаторы, где на поверхности капель и конденсируются пары TiCI4. Сконденсировавшийся TiCl4 непрерывно выводят из цикркуляционного контура и после контрольной фильтрации от твердых хлоридов направляют на передел очистки от примесей.

Принципиальным отличием комбинированной схемы является отсутствие рукавного фильтра. Поэтому в конденсируемом продукте содержится много твердых частиц высококипящих хлоридов. ПГС из хлоратора поступает в систему двух последовательных конденсаторов, для охлаждения и улавливания сконденсированных хлоридов и пыли - возгонов. Тем-ра на выходе из первого конденсатора 300-350*С, из второго 120-200*С в первом конденсаторе осаждаются хлориды Са, Mg, Fе(II), Mn. во втором - Al, Fe (III). Соединения типа КFеС14 и КА1С14 образуют жидкие возгоны. Стенки конденсаторов защищают от возгонов. Возгоны направляются в oтвал. Дальше ПГС направляют в оросительный конденсатор. Для охлаждения и конденсации используют жидкий TiCl4, к-рый нагнетается ч/з форсунки в верхней части конденсатора. Образующаяся пульпа стекает в спец баки, часть TiC14 качают насосом, охлаждают направляют в оросительные конденсаторы, а другая часть стекает в сгустители Дорра. Верхний слив технического TiCI4 идет на дальнейшую переработку, а нижний слив - осадок твердых хлоридов в TiCi4 перерабатывают с целью отгонки TiCl4.

«Тотальная» система конденсации. По этой схеме все хлориды в ПГС сразу конденсируются в рез-тe охлаждения жидким TiCl4 в оросительном конденсаторе. Полученная пульпа содержит до 250 г/дм3 твердого и дальнейшая ее переработкам затруднена.

«Солевая» система конденсации., ПГС пропускают ч/з пылевые камеры, где тем-pa падает до 300*С, а далее ч/з насадку с NaCI или ч/з расплав хлоридов FeCl3, А1С13 и NaCl. При этом хлориды Fe и А1 образуют легкоплавкие соединения типа NaFeCl4 и NaAlCl4, к-рые отделяются от ПГС и стекают вниз. Далее ПГС направляется в оросительные конденсаторы.