Способ получения тетрахлорида титана с использованием титановых сырьевых материалов низкого качества


 


Владельцы патента RU 2470868:

ПАНЬГАН ГРУП КО., ЛТД. (CN)
ПАНЬГАН ГРУП СТИЛ ВАНАДИУМ ЭНД ТИТАНИУМ КО., ЛТД. (CN)
ПАНЬГАН ГРУП РИСЁЧ ИНСТИТЬЮТ КО., ЛТД. (CN)
ПАНЬГАН ГРУП ПАНЬЧЖИХУА АЙРОН ЭНД СТИЛ РИСЁЧ ИНСТИТЬЮТ КО., ЛТД. (CN)

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Для получения тетрахлорида титана титановый материал низкого качества помещают в печь и нагревают, продолжают добавлять указанный титановый материал после того, как печь прогреется до температуры 420±40°С. Затем подают хлор с объемной концентрацией 75-85% и контролируют температуру в печи на уровне 610-650°С по мере того, как температура в печи медленно увеличивается после начала реакции. Накапливают газ, содержащий тетрахлорид титана, образующийся во время реакции, и конденсируют с получением жидкого тетрахлорида титана и остаточного газа. Далее извлекают инертный хлоридный остаток. Титановый материал низкого качества представляет собой карбидный шлак из шахтных печей и содержит 6-16% карбида титана. Изобретение позволяет сократить расходы, организовать непрерывное и стабильное получение тетрахлорида титана, повысить полноту использования титановых материалов низкого качества. 5 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 4 пр.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение принадлежит области химии и относится к способу получения тетрахлорида титана, в частности к способу получения тетрахлорида титана с использованием титановых сырьевых материалов низкого качества.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

С быстрым развитием мировой титановой промышленности одним из ключевых факторов, сдерживающих титановую промышленность, становится запас титановой руды. Но поскольку источники титановой руды высокого качества интенсивно разрабатывались с первых дней возникновения титановой промышленности, титановой руды высокого качества добывается все меньше и меньше, и такие источники титановой руды высокого качества сосредоточены на местах производства и монополизированы небольшим числом крупных компаний, тогда как запасы титановой руды низкого качества отличаются широким распространением, многообразием месторождений и значительными запасами. Вследствие этого развитие процесса хлорирования применительно к титановым материалам низкого качества может разрешить существующую проблему дефицита ресурсов, значительно активизировать их применение, всесторонне усовершенствовать мировую титановую промышленность и увеличить выход соответствующих целевых продуктов.

В китайской заявке на патент 200610021468.4 "Method for extracting iron, titanium and vanadium from high titanium-bearing ferro-vanadium concentrate (Способ извлечения железа, титана и ванадия из высокотитанистого феррованадиевого концентрата)" раскрыт способ хлорирования карбидного шлака с содержанием ванадия, титана, хрома, однако способ включает в себя использование титанистого феррованадиевого концентрата и не позволяет осуществлять крупномасштабное непрерывное промышленное производство.

В китайском патентном документе ZL87107488.5 "Method for preparing titanium tetrachloride by using titanium-bearing blast furnace slag (Способ получения тетрахлорида титана с использованием титанистого доменного шлака)" раскрыт способ получения тетрахлорида титана с использованием титанистого доменного шлака, содержащего 15-30% диоксида титана. Способ включает в себя следующие основные стадии: науглероживания титанистого доменного шлака при температуре 1600-1800°С и получения тетрахлорида титана путем хлорирования в псевдосжиженном слое при температуре 250-600°С, предпочтительно 400-550°С. Способ непригоден для обработки сырьевых материалов с более низким содержанием диоксида титана, кроме того, его применение предполагает, что продукты в псевдосжиженном слое не могут образовываться при температуре выше 600°С.

Вообще говоря, титановый материал низкого качества относится к титансодержащему шлаку из шахтных печей, образующемуся при получении большинства титансодержащих продуктов, либо к другим титановым материалам низкого качества с содержанием TiO2, как правило, менее 25%, и перед использованием должен быть подвергнут высокотемпературному науглероживанию при температуре 1800-2000°С. Другие релевантные технические сообщения, касающиеся получения тетрахлорида титана хлорированием титановой руды низкого качества, на сегодняшний день отсутствуют.

В настоящее время необходимо развивать способы получения тетрахлорида титана с использованием титановых материалов низкого качества, которые позволяли бы осуществлять непрерывное промышленное производство более простым способом при более низких затратах в условиях эксплуатации.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая проблема, разрешаемая с помощью изобретения, заключается в обеспечении способа получения тетрахлорида титана с использованием титановых сырьевых материалов низкого качества, позволяющего осуществлять непрерывное промышленное производство. Техническое предложение способа относится к прямому взамодействию титанового материала низкого качества с хлором при температуре 600-700°С с получением тетрахлорида титана.

Титановый материал низкого качества содержит 6%-16% карбида титана.

Предпочтительно титановый материал низкого качества содержит 7%-12% карбида титана.

Реакционная температура, при которой титановый материал низкого качества напрямую реагирует с хлором, предпочтительно составляет 610-650°С, более предпочтительно 640±10°С.

Объемная концентрация хлора согласно способу составляет 50%-100%, предпочтительно 75%-85%.

Способ включает следующие стадии:

а) помещение титанового материала низкого качества в печь и нагревание для запуска печи;

b) добавление остального титанового материала низкого качества, после того как печь прогреется до температуры 420±40°С, и подача хлора с объемной концентрацией 50%-100% для реакции, исходя из скорости реакции в соответствии с содержанием TiC в титановом материале низкого качества;

с) контроль температуры в печи на уровне 600-700°С по мере того, как температура в печи медленно увеличивается после начала реакции;

d) накапливание газа, содержащего тетрахлорид титана, образующегося во время реакции, для конденсации с получением жидкого тетрахлорида титана и остаточного газа, и извлечение прореагировавшего инертного хлоридного остатка, исходя из объема добавленного материала; и

е) обработка и выгрузка остатка после реакции.

Титановый материал низкого качества на стадии а) содержит 6%-16% карбида титана, предпочтительно 7%-12% карбида титана.

Для нагревания материала в печи и запуска печи на стадии а) используют горячий воздух, нагретый с помощью природного газа или керосина.

Реакционную температуру, при которой титановый материал низкого качества напрямую реагирует с хлором на стадии b), регулируют на уровне 610-650°С, предпочтительно 640±10°С.

Объемная концентрация хлора на стадии с) предпочтительно составляет 75%-85%.

Температуру регулируют путем извлечения из системы части инертного хлоридного остатка, образующегося при реакции, для его охлаждения и возвращения в систему на стадию с), или же регулируют путем переноса материала из реакционной печи во внешний каталитический холодильник для циркуляционного охлаждения. Разумеется, оба упомянутых выше способа могут применяться одновременно.

Способ получения тетрахлорида титана с использованием титановых сырьевых материалов низкого качества имеет преимущество, заключающееся в его удобстве, поскольку титановый материал низкого качества может напрямую реагировать с хлором при температуре 600-700°С с получением тетрахлорида титана. Способ согласно изобретению обеспечивает долговременную непрерывную и стабильную работу и позволяет осуществлять перевод в промышленное производство, причем скорость хлорирования карбида титана в титановом материале может превышать 90%. При этом способ не нуждается в пористой восстановительной среде, такой как пористый углерод, тем самым существенно сокращая расходы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Фиг.1 представляет собой блок-схему способа получения тетрахлорида титана с использованием титановых материалов низкого качества согласно изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение подробно описано со ссылкой на следующие примеры, но не ограничивается ими.

Титановый материал низкого качества согласно изобретению представляет собой титанистый доменный шлак либо другие титановые материалы низкого качества (с содержанием ТiO2 ниже 25%) и образован в результате карбонизации при высокой температуре 1800-2000°С. Обычно титановый материал низкого качества, используемый согласно изобретению, содержит 6%-16% карбида титана, при этом общее содержание титана (общее содержание элемента титана в сырьевом материале, где элемент титан может присутствовать в виде карбида титана, диоксида титана, триоксида титана, нитрида титана и т.д.) составляет 4,8%-14%.

При реакции для нагревания материала в печи и запуска печи используют горячий воздух от сгорания природного газа или керосина, после запуска печи в нее помещают 1/3 часть всего материала, требующегося для реакции. Обычно материал представляет собой смесь 1:1 карбида титана низкого качества, содержащего титан, подлежащего обработке, и хлоридных остатков, образовавшихся во время предыдущего выполнения способа. Для осуществления реакции горячий воздух в любой момент времени может быть заменен на реакционный газ после того, как температура в печи достигнет 400°С. Реакционный газ обычно представляет собой смесь хлора и воздуха, в котором объемная концентрация хлора составляет 50%-100%, предпочтительно 75%-85%. Реакционный газ также может быть смесью хлора и другого инертного газа, такого как азот и аргон, вместо воздуха.

Поскольку при хлорировании карбида титана во время реакции выделяется большое количество тепла, температуру системы невозможно регулировать в приемлемом диапазоне без своевременного отвода тепла. Вследствие этого тепло из реакционной системы следует отводить с помощью подходящего способа. Согласно способу изобретения можно извлекать часть инертного хлоридного остатка, образующегося при реакции, из системы для охлаждения и возвращения хлоридного остатка в систему, тем самым ослабляя тепловой эффект реакции и регулируя температуру реакционной системы. При этом температура системы может регулироваться и с помощью переноса материала из печи во внешний каталитический холодильник для циркуляционного охлаждения. Соответственно, оба эти способа могут использоваться по отдельности либо вместе. Во время хлорирования температуру реакции регулируют на уровне 600-700°С, предпочтительно 610-650°С, более предпочтительно 640±10°С.

Изобретение может быть использовано для печей для хлорирования при кипячении с диаметром в диапазоне от 50 мм до 10000 мм или больше путем регулирования времени пребывания твердых материалов в печах и средней скорости потока газа в слоях. Время пребывания твердых материалов регулируют на уровне 28-60 мин, а среднюю скорость потока газа регулируют на уровне 0,05-0,5 м/с, в соответствии с требованиями производительности на конкретном производстве.

Во время реакции остаточный газ, содержащий тетрахлорид титана, поступает в системы пылеулавливания и конденсации с верхней части печи для хлорирования, мелкозернистая шихта, уносимая остаточным газом, накапливается в системе пылеулавливания, газообразный тетрахлорид титана охлаждается ниже точки кипения в системе конденсации и накапливается в специальном резервуаре для хранения. После конденсации остаточный газ поступает в систему обработки остаточного газа, и кислотные газы выпускаются после промывки щелочным раствором. При этом остаток, выгружаемый из реакционной печи и не возвращаемый в систему, поступает в систему обработки остатка и после очистки в соответствии с существующими способами обработки может быть использован в качестве сырьевого материала для получения цемента.

Титановый материал низкого качества, используемый в примерах согласно изобретению, представляет собой карбидный шлак из шахтных печей, полученный в результате карбонизации титанистого шлака из шахтных печей при высокой температуре, при этом типичные компоненты титанового материала низкого качества такие, как представлены в Таблице 1.

Таблица 1
Типичный состав компонентов титанового материала низкого качества
Компонент TiC Аl2O3 CaO MgO MnO SiO2 TFe V2O5 H2O
% 13,95 17,50 28,40 6,85 0,35 24,95 0,50 0,10 ≤0,5

Пример 1

Получение тетрахлорида титана способом согласно изобретению

В качестве сырьевых материалов для реакции использовали карбидный шлак из шатных печей (см. Таблицу 1 для типичных компонентов) и хлор, диаметр корпуса печи составлял 200 мм.

В печь для хлорирования добавляли в общей сложности 20 кг свежего карбидного шлака и хлоридных остатков в соотношении 1:1 и нагревали. Хлор и воздух подавали в соотношении 75%, после того как температура материалов в печи достигала 400°С, таким образом, скорость загрузки хлора составляла 6 м3/ч, скорость подачи сухого воздуха составляла 2 м3/ч, скорость подачи свежего материала составляла 30 кг/ч и скорость возврата остатков составляла 10 кг/ч. Время пребывания твердых материалов составило 40 мин, температуру регулировали на уровне 640±10°С. Система стабильно работала в течение более чем 8 ч. Скорость хлорирования карбида титана в сырьевых материалах составила 91%, выход неочищенного тетрахлорида титана, собранного при помощи системы конденсации, составил 76 кг.

Пример 2

Получение тетрахлорида титана способом согласно изобретению

В качестве сырьевых материалов для реакции использовали карбидный шлак из шахтных печей (см. Таблицу 1 для типичных компонентов) и хлор, диаметр корпуса печи составлял 200 мм.

В печь для хлорирования добавляли в общей сложности 20 кг свежего карбидного шлака и хлоридных остатков в соотношении 1:1 и нагревали. Хлор и воздух подавали в соотношении 50%, после того как температура материалов в печи достигала 400°С, таким образом, скорость загрузки хлора составляла 4 м3/ч, скорость подачи сухого воздуха составляла 4 м3/ч, скорость подачи свежего материала составляла 25 кг/ч, скорость возврата остатков составляла 15 кг/ч. Время пребывания твердых материалов составило 28 мин, температуру регулировали на уровне 610±10°С, система стабильно работала в течение более чем 8 ч. Скорость хлорирования карбида титана в сырьевых материалах составила 86%, выход неочищенного тетрахлорида титана, собранного при помощи системы конденсации, составил 63 кг.

Пример 3

Получение тетрахлорида титана способом согласно изобретению

В качестве сырьевых материалов для реакции использовали карбидный шлак из шахтных печей (см. Таблицу 1 для типичных компонентов) и хлор, диаметр корпуса печи составлял 200 мм.

В печь для хлорирования добавляли в общей сложности 20 кг свежих карбидных шлаков и хлоридных остатков в соотношении 1:1 и нагревали. Чистый хлор подавали со скоростью 6 м3/ч, после того как температура материалов в печи достигала 400°С. Скорость подачи свежего материала составила 35 кг/ч, скорость возврата остатков составила 5 кг/ч. Время пребывания твердых материалов составило 42 мин, температуру регулировали на уровне 610±10°С, система стабильно работала в течение более чем 8 ч. Скорость хлорирования карбида титана в сырьевых материалах составила 84%, выход неочищенного тетрахлорида титана, собранного при помощи системы конденсации, составил 88 кг.

Пример 4

Получение тетрахлорида титана способом согласно изобретению

В качестве сырьевых материалов для реакции использовали карбидный шлак из шихтных печей (см. Таблицу 1 для типичных компонентов) и хлор, диаметр корпуса печи составлял 200 мм.

В печь для хлорирования добавляли в общей сложности 2000 кг свежих карбидных шлаков и хлоридных остатков в соотношении 1:1 и нагревали. Хлор и воздух подавали в соотношении 78%, после того как температура материалов в печи достигала 400°С, таким образом, скорость загрузки хлора составляла 430 м3/ч, скорость подачи сухого воздуха составляла 186 м3/ч, скорость подачи свежего материала составляла 4000 кг/ч, скорость возврата остатков составляла 800 кг/ч, время пребывания твердых материалов составляло 45 мин. При этом использовали внешний каталитический холодильник для создания циркуляции материалов в печи и теплообмена с водой, циркулирующей в змеевиках внешнего каталитического холодильника. Реакционную температуру в печи регулировали на уровне 630±10°С, система стабильно работала в течение более чем 72 ч. Скорость хлорирования карбида титана в сырьевых материалах составила 90%, выход неочищенного тетрахлорида титана, собранного при помощи системы конденсации, составил 120 т.

1. Способ получения тетрахлорида титана с использованием титановых сырьевых материалов низкого качества, характеризующийся тем, что включает в себя следующие стадии:
a. помещение титанового материала низкого качества в печь и нагревание для запуска печи;
b. продолжение добавления титанового материала низкого качества после того, как печь прогреется до температуры 420±40°С и подачу хлора с объемной концентрацией 75-85% для реакции, исходя из скорости реакции в соответствии с содержанием TiC в титановом материале низкого качества;
с. контроль температуры в печи на уровне 610-650°С по мере того, как температура в печи медленно увеличивается после начала реакции;
d. накопление газа, содержащего тетрахлорид титана, образующегося во время реакции, для конденсации с получением жидкого тетрахлорида титана и остаточного газа, и извлечение прореагировавшего инертного хлоридного остатка, исходя из объема добавленного материала; и
е. обработку и выгрузку остатка после реакции.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии а) используют титановый материал низкого качества, содержащий 6-16% карбида титана.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что на стадии а) используют титановый материал низкого качества, содержащий 7-12% карбида титана.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для нагревания материала в печи и запуска печи на стадии а) используют горячий воздух, нагретый с помощью природного газа или керосина.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что контроль температуры реакции на стадии с) осуществляют путем извлечения части инертного хлоридного остатка, образовавшегося при реакции, из системы для охлаждения и возвращения в систему.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что контроль температуры реакции на стадии с) осуществляют путем переноса материала из печи во внешний каталитический холодильник для циркуляционного охлаждения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к получению низших хлоридов титана, применяемых в качестве флюса для очистки магния или магниевых сплавов от примесей. .
Изобретение относится к способу, позволяющему рециркулировать ценные химические реагенты из потока отходов для снижения количества отходов и/или уменьшения источников опасности, связанных с конечными отходами.
Изобретение относится к получению треххлористого титана, используемого в качестве компонента активного покрытия анодов в электролитическом производстве хлора и каустической соды и в качестве катализатора в процессах органического синтеза.
Изобретение относится к области электрохимических производств. .
Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к металлургии титана, а именно к составу титансодержащей шихты для процесса хлорирования в расплаве хлористых солей.

Изобретение относится к области экологии, в частности к обезвреживанию промышленных отходов, и может быть использовано для обезвреживания хлорорганических отходов диоксиноподобных соединений, например полихлордифенилов.
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к подготовке сырья для хлорирования. .
Изобретение относится к металлургии титана и может быть использовано при переработке титансодержащего сырья хлорным методом. .

Изобретение относится к способу получения титаносодержащих соединений типа хлорида титана из комплексной матрицы, одним из компонентов которой является нитрид титана.

Изобретение относится к химической очистке тетрахлорида титана от примесей. Установка включает емкость для хранения тетрахлорида титана, группу установленных в ряд и соединенными между собой наклонными переливными трубами реакторов, сгуститель, емкость для очищенного тетрахлорида титана и кюбель для твердого остатка. Каждый реактор выполнен с герметичной крышкой, с патрубками для ввода и патрубками для вывода тетрахлорида титана. На крышке каждого реактора закреплена мешалка пропеллерного типа, состоящая из двигателя, привода и лопастей. В первом реакторе установлен нагреватель, а второй и последующие реакторы снабжены диффузорами. Диффузор выполнен в виде полой цилиндрической обечайки, установленной соосно с приводами мешалок и жестко прикрепленной с помощью держателей к крышке реактора и к приводу мешалки. На внешней стороне цилиндрической обечайки жестко закреплены попарно друг напротив друга ребра. В крышке второго реактора выполнен патрубок для подачи медного реагента. Обеспечивается повышение качества очистки тетрахлорида титана за счет исключения образования застойных зон и воронки при перемешивании, а также за счет уменьшения попадания воздуха в реактор. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ химической очистки тетрахлорида титана от примесей включает последовательную подачу тетрахлорида титана в каскад реакторов при перемешивании, нагрев тетрахлорида титана, обработку его медным порошком. Затем смесь отстаивают и разделяют на тетрахлорид титана и твердые отходы. В первом по ходу движения реакторе тетрахлорид титана нагревают до температуры 60°С в течение 0,5-0,7 часа. Во втором по ходу движения реакторе тетрахлорид титана обрабатывают медным порошком при расходном коэффициенте, равном 1,3-2,45 кг порошка на 1 тонну тетрахлорида титана. Время контакта медного порошка с тетрахлоридом титана составляет 1,2-1,95 ч. Изобретение позволяет повысить степень очистки тетрахлорида титана от примесей, в частности от хлора, ванадия и серы, снизить расход медного порошка. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к способу переработки титанового лома. Способ заключается в том, что в нагретый до температуры от 673 до 773 К реактор помещают титановый лом на кварцевой лодочке, подкладывая под него углеродное волокно. Далее пропускают через реактор пары тетрахлорида углерода с контролируемой скоростью, а к титановому лому - потенциал от источника напряжения постоянного тока величиной более 6000 В любого знака, используя для его подвода углеродное волокно. Извлеченный из лома тетрахлорид титана (TiCl4) конденсируют совместно с избыточным тетрахлоридом углерода (CCl4) и получают раствор (TiCl4-CCl4). Затем методом возгонки отделяют тетрахлорид титана от тетрахлорида углерода и барботируют тетрахлорид титана влажным воздухом. При этом в осадок выпадает дигидроксид-оксид титана TiO(OH)2, который прокаливают при температуре 873-973 К с получением диоксида титана (TiO2). Техническим результатом является увеличение скорости реакций в 2-4 раза и соответственно во столько же раз увеличивается производительность переработки титанового лома.
Наверх