Производство хлора, каустической соды и неорганических хлорпродуктов - Якименко Л.М.
Скачать (прямая ссылка):
Кислород окислов, содержащихся в титановом шлаке, в условиях хлорирования-в расплаве взаимодействует с восстановителем преимущественно до CO2, а не СО, как это происходит в шахтных печах. В результате повышается концентрация TiCl4 в реакционных газах и соответственно улучшаются условия конденсации. Резкое уменьшение содержания СО увеличивает безопасность процесса и снижает вероятность образования фосгена.
В ходе хлорирования расплав постепенно обогащается хлоридами кальция, магния и других металлов, в результате чего повышается его вязкость и ухудшаются условия реакции. В связи с этим необходимо периодически обновлять плав. При сливе части плава попутно выводится непрохлорированный остаток, что является важным преимуществом этого процесса по сравнению с хлорированием в шахтных печах. Отработанный расплав имеет примерно следующий состав (в %):
KCI ........ 30-40 SiO2........3-6
MgCU ....... 25-35 NaCi .......2-5
FeCl2"+ FeCl3 + MnCl2 10-20 CaCl2........2-4
С . . . ¦...... 7—9 TiO2........0,5—1
Таким образом, хлорирование титансодержащего сырья в расплаве солей позволяет создавать высокопроизводительные аппараты, отказаться от громоздких операций приготовления и прокаливания брикетов, частично улучшить условия конденсации, резко снизить концентрацию СО в отходящих газах и непрерывно выводить непрохлорированный остаток.
К недостаткам способа относится увеличение потерь титана с отработанным расплавом за счет вторичных реакций TiCl4 с кислоро-
дом или окислами шихты, а также в результате уноса мелких (пылевидных) частиц шихты с реакционными газами и др. Возрастает также количество твердых возгонов, что повышает нагрузку на пылевые камеры. В дальнейшем усовершенствовании нуждаются конструкции хлораторов, в частности их теплоотводящие устройства.
Хлорирование в кипящем слое. Использование аппаратов кипящего слоя для хлорирования титансодержащего сырья — одно из возможных направлений интенсификации производства четыреххлористого титана.
В аппаратах с кипящим слоем достигается эффективный массо-и теплообмен, быстрое выравнивание температуры по всему слою и высокая скорость процесса даже при сравнительно низких температурах. Так же, как при хлорировании в расплаве, при ведении процесса в кипящем слое отпадает необходимость брикетирования шихты и создаются условия для осуществления непрерывного процесса.
Аппарат КС для хлорирования титансодержащего сырья представляет собой цилиндрическую шахту, футерованную плотным динасовым кирпичом. В ее нижней части расположена газораспределительная решетка. Кроме того, для лучшего использования хлора и более полного извлечения титана в аппарате имеется несколько полок, размещенных друг над другом. Исходная шихта поступает на верхнюю полку, где частично хлорируется поступающим снизу непрорёагировавшим хлором, и через сливной канал пересыпается на следующую полку. Наиболее интенсивно протекает хлорирование на нижней полке.,
Размеры частиц титанового сырья и восстановителя должны быть подобраны с учетом плотностей этих материалов таким образом, чтобы под воздействием газового потока не происходило преимущественного выноса из слоя одного из компонентов шихты.
При повышенном содержании в сырье кальция, магния, марганца и других примесей образование хлоридов этих металлов может привести к увеличению слипания частиц и нарушению режима кипящего слоя. В результате резко изменяются условия массо- и теплообмена и возникает необходимость остановки процесса. Поэтому хлорирование шлаков, включающих значительные количества окислов кальция и магния, проводят при 600 °С, т. е. при температуре, не выше температуры образования наиболее легкоплавкой эвтектической смеси получающихся хлоридов. Скорость процесса в таких условиях заметно уменьшается.
При хлорировании автоклавного или флотационного рутиловых концентратов, которые почти не содержат примесей, образующих плавкие хлориды, температуру процесса можно повысить до 900— 1000 °С и тем самым увеличить его скорость.
Эффективным сырьем для хлорирования в аппаратах кипящего слоя являются карбид титана и оксикарбонитрид (последний образуется попутно при карбидизации в промышленных условиях). Порошкообразный карбид титана представляет собой тугоплавкий неспекающийся материал, т. пл. 3140 0C Он может хлорироваться
¦ t
без восстановителя. При этом отпадает необходимость в составлении шихты и главным образом в подборе такого гранулометрического состава хлорируемой массы, при котором можно избежать избирательного уноса ее отдельных компонентов. Хлорирование протекает с достаточной скоростью при более низких температурах (300-400 °С).
Как и для всех процессов в кипящем слое, серьезная проблема заключается в устранении пылеуноса. Для улавливания пыли применяют циклоны, размещаемые в верхней широкой части аппарата. При использовании выносного циклона его обогревают для предотвращения конденсации низкокипящих хлоридов. Уменьшение пылеуноса может быть также достигнуто с помощью специальной . инертной насадки.