Производство хлора, каустической соды и неорганических хлорпродуктов - Якименко Л.М.
Скачать (прямая ссылка):
Важное значение для процесса хлорирования в шахтной печи имеет правильное распределение и движение шихты и газов, поддержание оптимального температурного режима по всей высоте печи. В нижней зоне от подины до фурм, где собираются расплавленные хлориды, температура должна быть порядка 600—700 0C; между фурмами и верхним уровнем угольной насадки поддерживают температуру 700—800 0C В эту зону поступают расплавленные хлориды из реакционного пространства, здесь же происходит предварительный разогрев хлора. Температура в реакционной зоне колеблется от 800 до 1150 °С. По мере накопления над поверхностью насадки непрохлорированного остатка зона хлорирования перемещается по направлению к своду печи. Границы реакционной зоны зависят также от температуры поступающего хлора: при подаче холодного хлора зона реакции растягивается, при цодаче нагретого хлора — сокращается.
При хлорировании в шахтных печах достигается довольно полное (не менее 97—98%) извлечение титана. Степень извлe?eния других V окислов из шихты зависит от температуры хлорирования и свойств извлекаемого компонента. Например, если окись кремния находится в виде кварца, степень хлорирования SiO2^ составляет 10—20%, а окись кремния, входящая в состав силиката, хлорируется на 80% и более. Окись алюминия в виде корунда хлорируется незначительно, алюмосиликаты — почти полностью.
Производительность шахтной электропечи определяется ее внутренним диаметром и высотой слоя шихты. Верхний предел производительности с учетом устойчивости футеровки в зоне реакции ограничен максимально допустимой температурой, которая самопроизвольно возрастает (до определенного уровня) за счет экзотер-мичности процесса. Продолжительность пребывания брикетов в печи колеблется от 8 до 12 ч, средняя скорость опускания шихты от 0,1
¦ ч
до 0,5 см/мин, удельный съем TiCl4 с 1 м2 сечения печи составляет 2—2,5 т/сут. -
Режим работы печи чувствителен к высоте слоя шихты. При завышенном слое шихты между образующимися хлоридами и окислами, входящими в состав шлаков, протекают вторичные реакции. Кроме того, возгоны высокоплавких хлоридов осаждаются на брикетах верхних слоев шихты и увеличивают сопротивление печи. При заниженном уровне шихты непрореагировавший хлор взаимодействует с окисью углерода, образуя фосген, который конденсируется вместе с TiCl4. Низкий уровень шихты обусловливает увеличение пылеуноса возгона хлоридов и возрастание температуры реакционных газов на выходе из печи.
От температурного режима печи и высоты слоя шихты зависит также отношение СО : CO2 в отходящих газах. Чем выше эти параметры, тем больше относительное содержание СО, Если для хлорирования применяют ашэдный хлоргаз, в отходящих газах содержится азот. Примерный состав газовой смеси после конденсационной системы (в %):
СО ..... 59 O2 ..... . 1,5
N2 ..... 28 COCl2 . , , 0,5
CO2 ..... 7 Cl2 ..... Следы
HCl ..... 3
Окись углерода, содержащаяся в отходящих газах, может образовывать взрывоопасную смесь при смешении с воздухом, проникающим в печь. Вследствие этого хлоратор и аппараты конденсационной системы должны работать под небольшим избыточным давлением.
Хлорирование в расплаве солей. Накопление непрореагировавшего остатка в шахтных печах создает весьма серьезные затруднения. Так, в случае применения титанового концентрата с повышенным содержанием кальция или других видов титанового сырья (перов-скиты и др,) хлорирование в печах шахтного типа становится невозможным из-за спекания шихты хлоридом кальция.
Распространенный в Советском Союзе способ хлорирования в среде расплавленных солей особенно важен при использовании титанового сырья, содержащего значительное количество примесей, образующих легкоплавкие хлориды. В качестве среды при хлорировании применяют расплав хлоридов калия и натрия. Эвтектическая смесь этих солей плавится при 660 0C На титаномагниевых комбинатах в производстве TiCl4 используют отработанный расплав магниевых ванн примерного состава (в %):
KCl ..... 75-80 MgCl2 .... 5—7
CaCl2.....8-10 FeCl2+ MnCl2 1—3
NaCl .... 5—10
Хлоратор представляет собой прямоугольную шахту, выложенную шамотным кирпичом. Шахты бывают однокамерными и многокамерными. Производительность одного аппарата может достигать
W
50 т/сут TiCl4. В нижней части хлоратора имеются фурмы для подачи хлора в газораспределительные устройства. В боковые стенки вмонтированы графитовые токоподводящие электроды для поддержания электролита в расплавленном состоянии в пусковой период или при временной остановке хлоратора. Для слива плава имеются летки. В верхней крышке хлоратора размещены штуцера для загрузки шихты и для добавления расплава, а также патрубок для отвода реакционных газов.
Особенностью конструкции хлоратора являются теплоотводящие элементы, позволяющие интенсифицировать процесс за счет отвода избыточного тепла. Элементы представляют собой графитовые блоки, внутри которых проходят стальные охлаждаемые водой штанги.
Шихту (титановый шлак и нефтяной кокс) загружают на поверхность расплава или вдувают ее под уровень расплава через канал в боковой стенке хлоратора. Для проведения хлорирования в расплаве важное значение имеет степень помола восстановителя. Оптимальный размер зерен нефтяного кокса равен 0,1 мм. При более крупном помоле не обеспечивается достаточное извлечение титана, при более тонком помоле наблюдается заметный унос восстановителя реакционными газами.
