Способ получения тетрахлорида титана
Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения тетрахлорида титана включает процесс хлорирования, в котором титансодержащее сырье приводят в реакцию с коксом и хлором и получают тетрахлорид титана. Затем проводят процесс извлечения, в котором извлекают газообразный хлор, оксид титана и кокс посредством обработки твердого вторичного материала, получаемого как побочный продукт в процессе хлорирования. Далее осуществляют процесс повторного использования, в котором извлеченные материалы вновь используют как сырье для процесса хлорирования. В процессе выделения газообразные хлориды и тонкодисперсные твердые компоненты разделяют путем нагревания твердого вторичного материала. Примеси газообразных хлоридов выделяют, окисляют и обжигают, чтобы выделить из них газообразный хлор. Изобретение позволяет эффективно использовать в качестве сырья для получения тетрахлорида титана титансодержащее сырье с высоким содержанием примесей. 10 з.п. ф-лы, 7 ил., 3 пр.
Область техники
Настоящее изобретение относится к способу, в котором тетрахлорид титана получают реакцией хлорирования титансодержащего сырья, в частности, оно относится к способу, в котором можно эффективно повторно использовать побочный продукт реакции хлорирования и твердый вторичный материал, переносимый с предыдущего процесса (далее называемый также "перенесенным остатком").
Уровень техники
Тетрахлорид титана, являющийся основным сырьем для получения титана, получают реакцией хлорирования титансодержащего сырья. Эта реакция хлорирования сопровождается побочным получением хлоридов таких примесей, как железо, марганец и магний, присутствующих в титансодержащем сырье.
Кроме того, когда титансодержащее сырье расходуется и превращается в тонкодисперсный порошок в реакции хлорирования с использованием газообразного хлора и кокса в печи для хлорирования, оно может переноситься непрореагировавшим на следующий процесс и может извлекаться как твердый компонент.
Кроме того, могут переноситься и извлекаться такие оксиды, как оксид кремния в титансодержащем сырье, которые имеют минимальную степень хлорирования.
Кроме того, когда используется сырье с высоким содержанием титана, то количество побочных продуктов мало, однако такое сырье с высоким содержанием титана становится все более дорогим ввиду возрастающей во всем мире потребности в титане и титановых сплавах, и его приобретение становится все более сложным.
Учитывая эти обстоятельства, требуется способ, в котором вполне реально использовать титансодержащее сырье, доступное по более низкой цене, чем сырье с высоким содержанием титана, но при котором попутно образуется больше примесей.
В случае, когда титансодержащее сырье хлорируется, количество твердого вторичного материала, образованного в реакции хлорирования титансодержащего сырья, обычно повышается при снижении качества руды.
В этих условиях важной проблемой, на которую следует обратить внимание, является, помимо самой реакции хлорирования руды, то, как обращаются с твердым вторичным материалом, содержащим в основном хлориды примесных компонентов, получаемые как побочные продукты реакции хлорирования руды.
Кроме того, в качестве близкой задачи также определяется способ обработки вторичного материала, то есть непрореагировавшего материала, перенесенного с предыдущего процесса.
Твердый вторичный материал, содержащий побочный продукт и вторичный материал, перенесенный с реакции хлорирования титансодержащего сырья, обычно обрабатывают во влажном состоянии и затем разделяют на твердый и жидкий компоненты, пропуская через фильтр-пресс. Твердый компонент рассматривается как отходы. С другой стороны, жидкий компонент делают безвредным путем такой обработки, как нейтрализация, и его спускают как отходы в коммунальную канализационную систему.
Твердый вторичный материал является нежелательным с точки зрения воздействия на окружающую среду, и в этом отношении есть еще простор для улучшения.
Что касается обработки твердого вторичного материала, полученного из титансодержащего сырья, например, публикация японской нерассмотренной патентной заявки 2005-015250 раскрывает способ, согласно которому хлориды примесных компонентов, получаемые попутно с тетрахлоридом титана при реакции хлорирования титансодержащего сырья, приводят в реакцию с титановым ломом при высокой температуре, чтобы хлор из хлоридов примесей перешел в титан, и тем самым титан получают в виде тетрахлорида титана.
Однако, хотя в этой публикации описан способ рециркуляции хлоридов в твердом вторичном материале, ничего не говорится о способе обработки твердого материала, содержащегося в твердом вторичном материале, таком как тонкодисперсный порошок титансодержащего сырья и кокс, которые являются непрореагировавшим перенесенным вторичным материалом, оксид кремния и т.п.
Кроме того, публикация японской нерассмотренной патентной заявки № Hei 02(1990)-026828 раскрывает способ, согласно которому оксид титана отделяют от сырья, выгруженного из печи для хлорирования, путем электростатического обогащения, чтобы повторно использовать в печи для хлорирования.
Однако отсутствует описание метода рециркуляции хлоридов из примесей, образованных как побочные продукты в реакции хлорирования титансодержащего сырья или непрореагировавшего переносимого вторичного материала.
Кроме того, публикация японской нерассмотренной патентной заявки № Sho 52(1977)-114491 описывает способ, согласно которому газообразный хлор приводят в реакцию со смесью, содержащей хлориды металлов и твердый остаток, полученный как побочный продукт в реакции хлорирования титансодержащего сырья, чтобы хлорид железа(II), содержащийся в остатке, превратить в газообразный хлорид железа(III) и извлечь газообразный хлор путем окисления и обжига газообразного хлорида железа(III).
Однако отсутствует описание способа обработки твердого остатка, включающего извлеченный непрореагировавший переносимый материал, оставшийся после реакции, и есть простор для исследований с точки зрения снижения влияния на окружающую среду.
Как пояснялось, требуется способ, в котором не только газообразный хлор, но и непрореагировавшее титансодержащее сырье и кокс, содержащийся в твердом вторичном материале, можно было бы эффективно выделить из твердого вторичного материала, образованного в процессах получения тетрахлорида титана реакцией хлорирования титансодержащего сырья.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение относится к способу выделения ценного материала из твердого вторичного материала, образованного в процессе хлорирования титансодержащего сырья, в частности, задачей настоящего изобретения является разработка способа, в котором газообразный хлор и титансодержащее сырье можно эффективно разделить и выделить из твердого вторичного материала.
Авторы изобретения исследовали средства для решения вышеуказанных проблем в свете вышеупомянутых обстоятельств и предложили нагревать твердый вторичный материал, образованный в процессе хлорирования титансодержащего сырья, для отделения хлоридов примесных компонентов, содержащихся в твердом вторичном материале, в газообразной форме, газообразные хлориды подвергнуть окислению и обжигу, чтобы выделить газообразный хлор, и чтобы этот газообразный хлор можно было вернуть в цикл как агент хлорирования титансодержащего сырья, авторы предложили также гранулировать тонкодисперсный твердый материал, который переносится как непрореагировавший материал и остается в твердом вторичном материале, чтобы его можно было повторно использовать как титансодержащее сырье, и в этом состоит настоящее изобретение.
Таким образом, способ получения тетрахлорида титана согласно настоящему изобретению включает: процесс хлорирования, в котором вводятся в реакцию титансодержащее сырье, кокс и хлор; процесс извлечения, в котором извлекают газообразный хлор, оксид титана и кокс, обрабатывая твердый вторичный материал, полученный в процессе хлорирования как побочный продукт; и процесс повторного использования, в котором этот вторичный материал снова используют в качестве сырья для процесса хлорирования.
В способе получения тетрахлорида титана согласно настоящему изобретению, желательно разделять в процессе извлечения газообразные хлориды и тонкодисперсный твердый компонент путем нагрева твердого вторичного материала, и газообразные хлориды извлекать, окислять и обжигать, чтобы выделить из хлоридов газообразный хлор.
В способе получения тетрахлорида титана согласно настоящему изобретению, желательно использовать газообразный хлор, извлеченный вышеуказанными средствами, в качестве агента хлорирования сырья для получения тетрахлорида титана или титансодержащего сырья.
В способе получения тетрахлорида титана согласно настоящему изобретению, желательно гранулировать тонкодисперсный твердый компонент, оставшийся после удаления газообразных хлоридов из твердого вторичного материала, для его применения в качестве сырья для получения тетрахлорида титана.
В способе получения тетрахлорида титана согласно настоящему изобретению, желательно использовать тонкодисперсный твердый компонент, оставшийся после удаления газообразных хлоридов из твердого вторичного материала, в качестве источника тепла для процесса нагревания.
В способе получения тетрахлорида титана согласно настоящему изобретению, желательно сжигать часть тонкодисперсного твердого компонента, оставшегося после удаления газообразных хлоридов из твердого вторичного материала, для его применения в качестве источника тепла для процесса нагревания.
В способе получения тетрахлорида титана согласно настоящему изобретению, желательно использовать тонкодисперсный твердый компонент, оставшийся после удаления газообразных хлоридов из твердого вторичного материала, как ценное сырье.
В способе получения тетрахлорида титана согласно настоящему изобретению, желательно привести титановую руду, содержащуюся в тонкодисперсном твердом компоненте, оставшемся после удаления газообразных хлоридов из твердого вторичного материала, в реакцию с газообразным хлором с получением тетрахлорида титана.
В способе получения тетрахлорида титана согласно настоящему изобретению, желательно смешивать гранулированный тонкодисперсный твердый компонент с титансодержащим сырьем и повторно использовать в качестве сырья для получения тетрахлорида титана.
В способе получения тетрахлорида титана согласно настоящему изобретению, желательно смешивать тонкодисперсный твердый компонент, оставшийся после удаления газообразных хлоридов из твердого вторичного материала, с титансодержащим сырьем, гранулировать их вместе и повторно использовать как сырье для получения тетрахлорида титана.
В вышеуказанном аспекте, когда тонкодисперсный твердый материал и титансодержащее сырье гранулируют вместе, желательно, чтобы титансодержащее сырье для смешения соответствовало материалу, отсеянному и удаленному из продукта в процессе регулирования размера частиц руды для получения тетрахлорида титана, и у которого распределение частиц по размерам соответствует области более мелких частиц.
В способе получения тетрахлорида титана согласно настоящему изобретению, желательно, чтобы оксид титана был оксидом титана, выделенным из сырья, выгружаемого из печи для хлорирования для получения тетрахлорида титана.
Согласно способу по настоящему изобретению, можно не только эффективно отделить и извлечь хлориды примесных компонентов и непрореагировавшее титансодержащее сырье и кокс, которые обычно считаются твердыми рекуперированными отходами, но можно также эффективно повторно использовать выделенный хлор, титансодержащее сырье и кокс как сырье для тетрахлорида титана.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 является принципиальной схемой, показывающей первый вариант осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2 является принципиальной схемой, показывающей второй вариант осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 3 является принципиальной схемой, показывающей третий вариант осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 4 является принципиальной схемой, показывающей четвертый вариант осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 5 является принципиальной схемой, показывающей пятый вариант осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 6 является принципиальной схемой, показывающей шестой вариант осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 7 является принципиальной схемой, показывающей седьмой вариант осуществления настоящего изобретения.
Воплощение изобретения
Далее подробнее поясняется наилучший вариант осуществления изобретения.
Настоящее изобретение относится к способу получения тетрахлорида титана путем хлорирования, этот способ отличается тем, что газообразный хлор, оксид титана и кокс, которые создаются при обработке твердого вторичного материала, образующегося в процессе хлорирования как побочный продукт, можно повторно использовать в качестве сырья для получения тетрахлорида титана.
При этом процесс хлорирования означает здесь процесс, в котором газообразный хлор и кокс приводятся в реакцию с титансодержащим сырьем, содержащим оксид титана, для хлорирования титансодержащего сырья, чтобы получить тетрахлорид титана.
Иллюстрация самого процесса хлорирования не приводится. В этом процессе можно использовать обычную печь для хлорирования, причем титансодержащее сырье и кокс подаются в почти цилиндрическую печь для хлорирования и при этом нагреваются, одновременно газообразный хлор втекает в печь для хлорирования, распределяясь при этом от рассеивающего основания на дне печи для хлорирования, образуя псевдоожиженный слой, включающий титансодержащее сырье, кокс и хлор, чтобы получить тетрахлорид титана.
Тетрахлорид титана, образованный в псевдоожиженном слое в печи для хлорирования, течет вверх по печи в форме газа и перемещается в систему рекуперации по трубе, соединенной с верхней частью печи для хлорирования. Система рекуперации охлаждается до температуры не выше температуры кипения тетрахлорида титана 136,4°C, и тетрахлорид титана извлекают в жидкой фазе.
Так как хлорид железа, образующийся как побочный продукт в печи для хлорирования, имеет точку кипения выше, чем у тетрахлорида титана, газообразный хлорид железа, имеющий температуру 800-900°C, выпускаемый из печи для хлорирования, охлаждается до примерно 300°C, так что его можно отделить и удалить в твердой фазе из тетрахлорида титана, находящегося в газовой фазе.
С другой стороны, так как точка кипения хлорида кремния ниже, чем у тетрахлорида титана, то даже в случае, если газообразный тетрахлорид титана, содержащийся в газе, выпускаемом из печи для хлорирования, охлаждается до примерно 130°C и извлекается в жидкой фазе, в газовой фазе все еще присутствует хлорид кремния.
Термин "твердый вторичный материал", который является объектом настоящего изобретения, означает не только твердый материал, содержащий примесные хлориды, образованные как побочные продукты в реакции хлорирования так называемого титансодержащего сырья, кокс и титансодержащее сырье, которое переносится из печи для хлорирования в систему рекуперации непрореагировавшим, но также означает необогащенную руду, выгружаемую из печи для хлорирования через заданные промежутки времени.
Вышеупомянутые примесные хлориды включают различные виды хлоридов, которые образовались в результате хлорирования различных металлических компонентов, кроме титана, присутствующих в титансодержащем сырье, в частности, основными компонентами являются хлорид железа, хлорид магния и хлорид марганца. Так как примесные хлориды имеют низкую точку кипения, они переносятся вместе с тетрахлоридом титана в газовой фазе в систему рекуперации, находящуюся после процесса хлорирования, и их охлаждают, чтобы выделить и извлечь в жидкой или твердой фазе.
Кроме того, твердый материал содержит главным образом непрореагировавший кокс и титансодержащее сырье. Они образуются в результате расхода в реакции хлорирования и превращения в тонкодисперсный порошок, уносятся в потоке газообразного хлора и тетрахлорида титана и переносятся в систему рекуперации ниже процесса хлорирования непрореагировавшими, там они отделяются и собираются в виде порошка.
Первый вариант осуществления
Первый вариант осуществления настоящего изобретения поясняется со ссылкой на фиг. 1. На фиг. 1 название материала и условия материала выделены подчеркиванием, а операции и процесс, которым подвергается материал, обозначены квадратами. Сначала в твердом вторичном материале 1, который собирается в печи для хлорирования системы охлаждения и рекуперации, содержатся различные примесные хлориды 2, отличные от хлоридов титана, и непрореагировавший тонкодисперсный твердый материал 3, в частности, основными компонентами собранных примесных хлоридов 2 являются хлорид железа, хлорид магния и хлорид марганца.
Согласно настоящему изобретению, в процессе 4 нагревания, показанном на фиг. 1, желательно нагревать твердый вторичный материал 1 до высокой температуры, не ниже точки кипения примесных хлоридов 2, чтобы испарить хлориды 2, содержащиеся в твердом вторичном материале 1, чтобы разделить хлориды 2 и твердый компонент 3, содержащиеся в твердом вторичном материале 1.
Согласно настоящему изобретению, газообразный хлорид 2, образующийся в процессе 4 нагревания твердого вторичного материала, непрерывно движется на процесс 5 окисления и обжига. В этом процессе газообразный кислород взаимодействует с газообразными хлоридами 2. При осуществлении процесса 5 окисления и обжига при взаимодействии примесных хлоридов 2 и газообразного кислорода образуются примесные оксиды и газообразный хлор, в результате газообразный хлор можно эффективно выделить из твердого вторичного материала 1.
Выделенный газообразный хлор можно использовать повторно в реакции хлорирования титансодержащего сырья в печи для хлорирования C1, как показано на фиг. 1. Кроме того, этот газообразный хлор можно также использовать как агент селективного хлорирования, который используется в бедной титановой руде, чтобы хлорировались только примеси (главным образом железо) и удалялись в форме хлорида, без хлорирования титана, содержащегося в руде.
Следует отметить, что, поскольку примесные оксиды, получаемые в вышеописанном процессе 5 окисления и обжига как побочные продукты, содержат в качестве основных компонентов оксид железа, оксид магния и оксид марганца, их можно эффективно повторно использовать как керамический материал, материал для дорожного основания, цементное сырье или подобное.
В твердом материале 3, который отделяется операцией разделения в вышеупомянутом процессе 4 нагревания, содержатся в основном тонкодисперсные порошки непрореагировавшего титансодержащего сырья и кокс, которые переносятся потоком газообразного хлора и газообразного тетрахлорида титана на процесс хлорирования.
Согласно настоящему изобретению, желательно подвергнуть это непрореагировавшее титансодержащее сырье и кокс, и вышеуказанный твердый материал 3, гранулированию в процессе 6 грануляции. Посредством обработки гранулята вышеуказанным способом его можно эффективно использовать повторно как сырье для тетрахлорида титана.
Согласно настоящему изобретению, желательно, чтобы диаметр гранул гранулированного твердого материала 3 находился в интервале от 250 до 2000 мкм.
В случае, когда добавляют негранулированный твердый материал 3 и повторно используют в новом сырье в печи для хлорирования для получения тетрахлорида титана, этот материал может снова уноситься с газовым потоком; однако, при грануляции в указанном диапазоне размеров, потери на унос из печи для хлорирования в случае, когда материал используется повторно, можно эффективно контролировать.
Желательно, чтобы гранулят, используемый согласно настоящему изобретению, имел определенную прочность, чтобы не ломаться при подаче в псевдоожиженный слой. На практике желателен диапазон прочности от 100 гс/мм2 (10 атм.) до 5000 гс/мм2 (500 атм.).
Согласно настоящему изобретению, желательно помещать гранулят прямо в печь для хлорирования для получения тетрахлорида титана. Например, его можно ввести в печь для хлорирования вместе с газообразным хлором в псевдоожиженный слой через насадку, расположенную с боковой стороны псевдоожиженного слоя.
В результате улучшается эффективность контакта с газообразным хлором, и как результат, можно эффективно получать тетрахлорид титана.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения это непрореагировавшее титансодержащее сырье и кокс можно снова подать в печь для хлорирования, поскольку они представляют собой мелкий порошок. Этот вариант осуществления можно реализовать, вводя тонкое порошкообразное сырье в псевдоожиженный слой, который образуется в печи для хлорирования C1 (фиг. 1), C3 (фиг. 2) или C4 (фиг. 3), например, распределенным в потоке газообразного хлора.
Если осуществляется вышеуказанная операция, можно не проводить процесс грануляции тонкодисперсного сырья, и по сравнению со случаем, когда такой процесс грануляции проводится, расходы дополнительно снижаются.
Кроме того, как другое предпочтительное воплощение, твердый материал 3, который отделяется в операции разделения в процессе 4 нагревания, снова возвращают на процесс 4 нагревания, когда он осуществляется без процесса грануляции, так что кокс, содержащийся во вторичном материале, может использоваться в качестве источника тепла для процесса 4 нагревания.
Второй вариант осуществления
Согласно настоящему изобретению, вместо непрореагировавшего тонкодисперсного твердого материала 3 как исходного материала для грануляции, можно использовать тонкодисперсный порошок титансодержащего сырья, который был получен другим способом. Так, согласно настоящему изобретению можно использовать тонкодисперсный порошок титансодержащего сырья, который неизбежно образуется при предварительной обработке титансодержащего сырья для получения тетрахлорида титана и собирается, и который обычно обрабатывается как отходы.
При традиционном получении тетрахлорида титана, в котором в качестве сырья для реакции хлорирования используется сырье с высоким содержанием титана, это титансодержащее сырье дробят и превращают в порошок, порошок просеивают, и используют материал с размерами частиц больше определенного значения, как показано на графике распределения частиц по размерам на фиг. 2.
Так как титансодержащее сырье с размерами частиц меньше определенного размера может увлекаться в газовый поток и непрореагировавшим переноситься из печи для хлорирования в систему рекуперации и превращаться там в отходы, как упоминалось выше, оно не используется в реакции хлорирования, а без пользы закапывается в шахте.
Эта проблема решается вторым вариантом осуществления настоящего изобретения, показанным на фиг. 2. Как показано на фиг. 2, сначала более крупное сырье подается в печь C2 для хлорирования, чтобы осуществить реакцию хлорирования. Затем образованный тетрахлорид титана и неизбежные примеси перемещаются в систему R рекуперации, тетрахлорид титана в газовой фазе отбирают из верхней части системы R рекуперации, а твердый вторичный материал 1 извлекают снизу.
Блок-схема рециркуляции твердого вторичного материала 1 показывает, что газообразный хлор, образованный из хлоридов 2 твердого вторичного материала 1, и тонкодисперсный порошок непрореагировавшего титансодержащего сырья и кокса, полученный из твердого вторичного материала 3, гранулируют в процессе 6 грануляции, чтобы вернуть в печь C3 для хлорирования, аналогично первому варианту осуществления, но, помимо этого, во втором варианте осуществления более тонкий порошок сырья, который обычно отправлялся в отходы при просеивании титансодержащего сырья на первом этапе, используется вместе с гранулятом твердого материала 3.
Согласно настоящему изобретению, поскольку титансодержащее сырье с более мелкими частицами, которое обычно закапывают в шахтах, гранулируют и добавляют к грануляту твердого материала 3, или так как титансодержащее сырье с малым размером частиц добавляют в твердый материал 3 и гранулируют вместе, тонкодисперсный порошок титансодержащего сырья можно использовать повторно. Таким образом, титансодержащее сырье с более мелкими частицами, которое обычно закапывали в шахтах, также можно с эффективностью использовать.
В этом варианте осуществления гранулы, полученные как описано выше, можно дополнительно обжечь, чтобы получить титановое сырье. В результате вышеописанного обжига гранулята можно предотвратить его повреждение при подаче в печь C3 для хлорирования для получения тетрахлорида титана. В результате можно эффективно уменьшить количество, уносимое из печи C3 для хлорирования до реакции с газообразным хлором.
Следует отметить, что хотя, как поясняется выше, процесс обжига проводится после процесса грануляции, можно обойтись без процесса грануляции и подавать тонкодисперсное порошкообразное сырье прямо в печь C3 для хлорирования сразу после обжига.
Третий вариант осуществления
Фиг. 3 показывает третий вариант осуществления настоящего изобретения. В третьем варианте предпочтительно проводить твердый материал 3, выделенный из твердого вторичного материала 1, на процесс 7 электростатического разделения. Так как другие составные элементы такие же, как в первом варианте осуществления, их объяснение опускается. Подавая твердый материал 3 на процесс 7 электростатического разделения перед процессом 6 грануляции, можно отделить титансодержащее сырье и кокс, которые содержатся в твердом материале 3 и выносятся из печи для хлорирования, от других компонентов (хлорида кремния или подобного) и сконцентрировать.
В первом варианте осуществления, хотя относительное содержание оксида кремния в твердом материале 3 низкое, и таким образом, не возникает проблем при работе, но так как грануляция твердого материала 3 проводится, когда твердый материал 3 содержит и другие компоненты, такие как оксид кремния или подобное, концентрация этих других компонентов может повыситься в результате неоднократной рециркуляции из-за непрерывной подачи титансодержащего сырья, тем самым снижая эффективность реакции хлорирования.
С другой стороны, в третьем варианте осуществления, осуществляя, как указано, отбор путем процесса 7 электростатического разделения, можно повысить количество титансодержащего сырья и кокса, и в печь C4 для хлорирования можно подавать высокосортное сырье, из которого удалены другие компоненты, чтобы использовать его как сырье для получения тетрахлорида титана.
Четвертый вариант осуществления
В четвертом варианте осуществления желательно, чтобы сырье, выгружаемое из печи C5 для хлорирования для получения тетрахлорида титана, обрабатывалось в процессе 7 электростатического разделения. Благодаря процессу электростатического разделения можно увеличить количество титансодержащего сырья и кокса и можно получить высокосортный твердый материал, из которого удалены другие компоненты.
Если размер частиц твердого материала, имеющего высокую концентрацию титансодержащего сырья и кокса, достаточно большой, его можно повторно использовать без дополнительной обработки в качестве сырья для тетрахлорида титана.
Что касается тонкодисперсного твердого материала, имеющего низкую концентрацию титансодержащего сырья, гранулят определенного качества можно получить, добавляя подходящим образом высокосортное титансодержащее сырье.
Кроме того, в случае твердого материала с низкой концентрацией титансодержащего сырья, его гранулируют до получения определенного размера, чтобы использовать как сырье для получения тетрахлорида титана.
Согласно настоящему изобретению, желательно, чтобы размер частиц руды для гранулирования составлял от 250 мкм до 2000 мкм.
Кроме того, в четвертом варианте осуществления благодаря обработке сырья, выгружаемого из печи для хлорирования, в процессе 7 электростатического разделения, можно также эффективно отделить хлорид кальция, содержащийся в выгруженном материале и не подходящий для применения в качестве сырья, и как результат можно эффективно контролировать явление ослабления движения псевдоожиженного слоя из-за осаждения хлорида кальция в печи для хлорирования.
Пятый вариант осуществления
Фиг. 5 показывает пятый вариант осуществления настоящего изобретения. В этом варианте желательно вводить твердый материал 3, отделенный в процессе 4 нагревания, в установленную отдельно обжиговую печь 8, а кокс, содержащийся в твердом материале, обжигать путем добавления газообразного кислорода или воздуха в обжиговую печь 8. В результате, из вторичного материала можно извлечь обожженный остаток, содержащий оксид титана и оксид кремния и не содержащий кокса.
Желательно, чтобы обожженный остаток, в котором содержатся оксид титана и оксид кремния, а кокс удален в результате обжига, обрабатывался затем в устройстве электростатического обогащения (процесс 7 электростатического разделения). В результате можно эффективно удалить оксид кремния из обожженного остатка, содержащего оксид титана и оксид кремния, и обожженный остаток, содержащий в основном оксид титана, можно подать в печь C7 для хлорирования как сырье для получения тетрахлорида титана. Этот аспект значительно способствует повышению выхода титансодержащего сырья.
Кроме того, желательно возвращать газообразный CO2, образующийся в реакции сжигания кокса, протекающей в обжиговой печи 8, на процесс 4 нагревания твердого вторичного материала 3. В результате теплоту газообразного CO2 можно использовать как источник тепла в процессе 4 нагревания.
Шестой вариант осуществления
Фиг. 6 показывает шестой вариант осуществления настоящего изобретения. В этом варианте желательно использовать остаток от процесса 4 нагревания как сырье для ценного материала. Термин "ценный материал" означает здесь вещество, улучшающее горение, используемое в печи для обжига цемента или подобном, или сырье для материала для дорожного основания.
В данном варианте осуществления, получая ценный материал из остатков, можно материал, который обычно обрабатывался как отходы, что влекло расходы, продавать как ценный материал, и как результат, можно не только снизить расходы на обработку отходов, но и получить доход от продажи.
Седьмой вариант осуществления
Фиг. 7 показывает седьмой вариант осуществления настоящего изобретения. В этом варианте желательно вводить твердый материал 3, выделенный в процессе 4 нагревания, в малую печь CS для хлорирования для его взаимодействия с газообразным хлором, а тетрахлорид титана, образующийся из руды и кокса, содержащихся в твердом материале, вводить в печь C9 для хлорирования. В результате можно эффективно улучшить эффективность хлорирования титановой руды.
Следует отметить, что, хотя тетрахлорид титана и оксид кремния могут подаваться как есть в печь C9 для хлорирования после обработки в малой печи CS для хлорирования, оксид кремния, который не участвовал в реакции хлорирования в малой печи CS, можно отделить, например, таким средствами разделения, как циклон 9 или подобное, и обработать по другой схеме, как показано на фиг. 7.
Как пояснялось выше, согласно настоящему изобретению благодаря обработке твердого вторичного материала, образующегося в процессе получения тетрахлорида титана как побочного продукта, рядом способов, можно извлечь такие металлические компоненты, как железо и кремний, и хлор, содержащийся в твердом материале, в форме оксида металла и в форме газообразного хлора, соответственно.
Примеры
Ниже настоящее изобретение подробнее объясняется на примерах и сравнительных примерах. Общие условия в примерах следующие.
1) Твердый вторичный материал
состав: титансодержащее сырье, кокс, примесные хлориды
средний диаметр частиц: 10-50 мкм
2) Газообразный кислород
чистота: 99,99%
форма: баллонный газ
3) Условия нагревания твердого вторичного материала
атмосфера: инертный газ
температура: 400-1000°C
4) Окисление и обжиг хлоридов
температура обжига: 400-1000°C
атмосфера: атмосфера газообразного кислорода
5) Грануляция твердого компонента
температура: комнатная температура
связующее: вода/жидкое стекло
целевой размер частиц: 250-2000 мкм
Пример 1 (схема фиг. 1)
Твердый вторичный материал 1, извлеченный в системе охлаждения печи для хлорирования для получения тетрахлорида титана, нагревали до заданной температуры, чтобы испарить и отделить хлориды 2, содержащиеся в твердом вторичном материале 1. Затем материал нагревали до 800°C и приводили в контакт с газообразным кислородом, чтобы образовать газообразный хлор в ходе окисления и обжига хлоридов 2. Газообразный хлор вводили в печь для хлорирования для получения тетрахлорида титана, так что он повторно использовался как агент хлорирования титансодержащего сырья. С другой стороны, твердый компонент, оставшийся от хлорирования и обжига твердого вторичного материала 1, гранулировали до получения размеров от 250 мкм до 2000 мкм, чтобы использовать его повторно как титановое сырье в печи для хлорирования для получения тетрахлорида титана. В результате, степень извлечения газообразного хлора и титансодержащего сырья составляла 80% и 95%, соответственно. Кроме того, удельная потребность руды, удельная потребность кокса и удельная потребность хлора (на единицу продукции), улучшенные в результате повторного использования каждого извлеченного сырья в печи для хлорирования для получения хлорида титана, составляли 95%, 95% и 98%, соответственно, если принимать каждую удельную потребность (на единицу продукции) за 100% для случая, когда вторичное сырье не использовалось.
Пример 2 (схема фиг. 2)
За исключением того, что тонкодисперсную порошкообразную руду, которую отсеивали и отделяли от руды, используемой в печи для хлорирования для получения тетрахлорида титана, смешивали с твердыми компонентами 3 примера 1 и гранулировали вместе в примере 1, возврат сырья в печь для хлорирования для получения тетрахлорида титана осуществляли аналогично примеру 1. В результате дополнительно улучшалась удельная потребность кокса по сравнению с примером 1 на 68%.
Пример 3 (схема фиг. 4)
В примере 1 сырье выгружали из печи для хлорирования для получения тетрахлорида титана, чтобы контролировать состав компонентов в печи. Выгруженное сырье обрабатывали в электростатическом сепараторе, чтобы выделить титансодержащее сырье и кокс из выгруженного сырья. Их возвращали в печь для хлорирования для получения тетрахлорида титана. В результате удельная потребность руды и удельная потребность кокса дополнительно улучшались по сравнению с примером 1, оба на 93%.
Сравнительный пример 1
Твердый вторичный материал 1, как в примере 1, промывали водой и нейтрализовали, чтобы обработать твердый компонент и жидкие отходы. Потери руды и газообразного хлора в процессе сводили на нет улучшение, достигнутое в примере 1. Кроме того, потребовались дополнительные затраты, чтобы сделать отходы безопасными для утилизации.
Благодаря настоящему изобретению можно эффективно снизить расходы на получение тетрахлорида титана, получаемого с применением печи для хлорирования, можно также уменьшить воздействие на окружающую среду.
Пояснение позиций для ссылок
C: печь для хлорирования, R: система рекуперации, 1: твердый вторичный материал, 2: примесные хлориды, 3: тонкодисперсный твердый материал, 4: процесс нагревания, 5: процесс окисления и обжига, 6: процесс грануляции, 7: процесс электростатического разделения, 8: обжиговая печь, 9: циклон.
1. Способ получения тетрахлорида титана, включающий
- процесс хлорирования, в котором титансодержащее сырье приводят в реакцию с коксом и хлором с получением тетрахлорида титана,
- процесс извлечения, в котором извлекают газообразный хлор, оксид титана и кокс посредством обработки твердого вторичного материала, получаемого как побочный продукт в процессе хлорирования, и
- процесс повторного использования, в котором данные извлеченные материалы вновь используют как сырье для процесса хлорирования,
причем в процессе выделения газообразные хлориды и тонкодисперсные твердые компоненты разделяют путем нагревания твердого вторичного материала и примеси газообразных хлоридов выделяют, окисляют и обжигают так, чтобы из хлоридов выделился газообразный хлор.
2. Способ получения тетрахлорида титана по п. 1, где выделенный газообразный хлор используется в качестве агента хлорирования сырья для получения тетрахлорида титана или титансодержащего сырья.
3. Способ получения тетрахлорида титана по п. 1, где тонкодисперсный твердый компонент, оставшийся после отделения примесей газообразных хлоридов от твердого вторичного материала, гранулируют для повторного использования в качестве сырья для получения тетрахлорида титана.
4. Способ получения тетрахлорида титана по п. 1, где часть тонкодисперсного твердого компонента, оставшегося после отделения примесей газообразных хлоридов от твердого вторичного материала, сжигают, чтобы использовать их в качестве источника тепла для процесса нагревания.
5. Способ получения тетрахлорида титана по п. 1, где тонкодисперсный твердый компонент, оставшийся после отделения примесей газообразных хлоридов от твердого вторичного материала, используют в качестве ценного сырья.
6. Способ получения тетрахлорида титана по п. 1, где оксид титана, который содержится в тонкодисперсном твердом компоненте, оставшемся после отделения примесей газообразных хлоридов от твердого вторичного материала, приводят в реакцию с газообразным хлором, чтобы получить тетрахлорид титана.
7. Способ получения тетрахлорида титана по п. 3, где гранулированный тонкодисперсный твердый компонент смешивают с титансодержащим сырьем и возвращают в производство в качестве сырья для получения тетрахлорида титана.
8. Способ получения тетрахлорида титана по п. 1, где тонкодисперсный твердый компонент, оставшийся после отделения примесей газообразных хлоридов от твердого вторичного материала, смешивают с титансодержащим сырьем, гранулируют вместе и возвращают в производство в качестве сырья для получения тетрахлорида титана.
9. Способ получения тетрахлорида титана по п. 8, где добавляемое титансодержащее сырье представляет собой материал, у которого распределение частиц по размерам соответствует области более мелких частиц в распределении частиц по размерам и который отсеян и удален из процесса регулирования размера частиц руды для получения тетрахлорида титана.
10. Способ получения тетрахлорида титана по п. 1, который дополнительно включает следующие стадии:
осуществление процесса электростатической сепарации сырья, выгруженного из печи хлорирования, в которой происходит получение тетрахлорида титана, так чтобы повысить в нем количество выделяемого титансодержащего сырья и кокса, и
повторное использование данного сырья для получения тетрахлорида титана, в том виде как оно есть или путем добавления его к тонкодисперсному твердому компоненту, оставшемуся после отделения примесей газообразных хлоридов.
11. Способ получения тетрахлорида титана по п. 1, где тонкодисперсный твердый компонент, оставшийся после отделения примесей газообразных хлоридов, вводят напрямую в псевдоожиженный слой внутри печи хлорирования для получения тетрахлорида титана.
