鈦原料沸騰氯化概述

1、鈦原料沸騰氯化的機(jī)鈦原料沸騰氯化的機(jī)理過程研究理過程研究（氯化反應(yīng)熱力學(xué)和動力學(xué)）1 1 沸騰氯化概述沸騰氯化概述2 2 單因素法研究沸騰氯化的影響因素單因素法研究沸騰氯化的影響因素3 3 沸騰氯化工藝技術(shù)問題沸騰氯化工藝技術(shù)問題4 4 下階段規(guī)劃下階段規(guī)劃目錄1 1 沸騰氯化概述沸騰氯化概述2 2 單因素法研究沸騰氯化的影響因素單因素法研究沸騰氯化的影響因素3 3 沸騰氯化工藝技術(shù)問題沸騰氯化工藝技術(shù)問題4 4 下階段規(guī)劃下階段規(guī)劃沸騰氯化反應(yīng)機(jī)理沸騰氯化反應(yīng)機(jī)理 TiO2+2Cl2+C=TiCl4+CO2 （1） TiO2+2Cl2+2C=TiCl4+2CO （2） TiO2+2Cl2+2

2、CO=TiCl4+2CO2 （3） 1 1 沸騰氯化概述沸騰氯化概述沸騰氯化工藝制取粗四氯化欽的基本原理是把高鈦渣與石油焦按一定比例配制成混合料，加入沸騰爐內(nèi)與氯氣在流態(tài)化的狀態(tài)下進(jìn)行氯化反應(yīng).主要反應(yīng)式如下：當(dāng)氯化溫度低于707時(shí),反應(yīng)主要按(1)和(3)式進(jìn)行,高于707時(shí),反應(yīng)主要按(2)式進(jìn)行。高鈦渣沸騰氯化工藝流程如右圖所示，高鈦渣和石油焦混合后由氯化爐中部送入沸騰氯化爐內(nèi)，氯氣由氯化爐底部進(jìn)入。氯化爐頂部排出物為夾帶有少量粉塵和雜質(zhì)的四氯化鈦氣體，經(jīng)過旋風(fēng)分離器除塵和噴霧冷凝器除雜后進(jìn)入冷凝塔， 得到粗四氯化鈦液體。高鈦渣沸騰氯化工藝流程1 1 沸騰氯化概述沸騰氯化概述沸騰氯化原料

3、化學(xué)成分分析 高鈦渣在900-1150的高溫氯化條件下，其中的Ca0和Mg0被氯化生成CaCl2和MgCl2 ， CaCl2的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)分別為772 ,1600, MgCl2的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)分別為708 ,1412 ,在通常反應(yīng)溫度(900-1150 )下， CaCl2和MgCl2不是呈氣態(tài)而是呈熔融狀態(tài)粘著在爐料上，嚴(yán)重時(shí)可使?fàn)t料結(jié)塊，甚至使沸騰層遭到破壞。有資料顯示 ，當(dāng)床層中 CaCl2+Mg Cl2含量達(dá) 4%左右，沸騰流化床就遭到破壞！1 1 沸騰氯化概述沸騰氯化概述碳化渣低溫選擇性氯化技術(shù)1 1 沸騰氯化概述沸騰氯化概述利用碳化渣中TiCTiC在低溫條件下的氯化反應(yīng)速率遠(yuǎn)高于雜質(zhì)氧化物

4、的氯化反應(yīng)速率的特性，以達(dá)到其選擇性氯化的目的 ?；瘜W(xué)成分化學(xué)成分TiCTiCCaOCaOMgOMgOSiOSiO2 2AlAl2 2O O3 3G600 -242-11363.86158.73548.86表3 高鈦渣各主要組分在 600 下直接氯化標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能熱力學(xué)數(shù)據(jù)表明，碳化渣在600 直接氯化時(shí)，只有TiC和 CaO與氯氣的反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行，且TiC優(yōu)先氯化的趨勢非常明顯， MgO、Al2O3、SiO2則不能被直接氯化。1 1 沸騰氯化概述沸騰氯化概述2 2 單因素法研究沸騰氯化的影響因素單因素法研究沸騰氯化的影響因素3 3 沸騰氯化工藝技術(shù)問題沸騰氯化工藝技術(shù)問題4 4 下階段規(guī)

5、劃下階段規(guī)劃反應(yīng)溫度對沸騰氯化效果的影響 2 2 單因素法研究沸騰氯化的影響因素單因素法研究沸騰氯化的影響因素圖 2 反應(yīng)溫度對氯化率的影響 Fig.2 Effect of reaction temperature on chlorination rate 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)溫度小于 900時(shí)，金紅石的氯化效率隨溫度的上升而明顯提高，當(dāng)反應(yīng)溫度大于900時(shí)，隨著溫度的升高，轉(zhuǎn)化率上升的幅度減小。當(dāng)溫度小于 900時(shí)，金紅石的氯化過程受化學(xué)反應(yīng)控制；當(dāng)溫度大于 900時(shí)，氯化過程受擴(kuò)散控制，此時(shí)氯化率受溫度影響很小。綜合各種因素考慮，氯化過程的溫度不宜過高，工業(yè)上通常采用的溫度為 9001000.

6、礦石粒度對沸騰氯化效果的影響 圖3礦石粒度對天然金紅石氯化率的影響Fig.3 Effect of natural ruble particle size on chlorination rate2 2 單因素法研究沸騰氯化的影響因素單因素法研究沸騰氯化的影響因素對圖3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析表明，礦石粒度對天然金紅石轉(zhuǎn)化率影響十分顯著，隨著礦石粒度的減小，大然金紅石的氯化效率顯著提高。金紅石的粒度越細(xì)，單位重量礦粉的比表面積就越大，因而反應(yīng)過程中礦粉與氣體的接觸而積就越大，反應(yīng)的動力學(xué)條件越好，但礦粉過細(xì)時(shí)不易建立良好的流態(tài)化，易發(fā)生溝流、騰涌等現(xiàn)象，造成氣固接觸不好，動力學(xué)條件不充分。氣體流量對氯化效果

7、的影響圖 4 氣體流量對氯化率的影響 Fig.4 Effect of gas flow rate on chlorination rate 由圖 4 分析結(jié)果可見，所選用的流化速度條件下可以建立良好的流態(tài)化，且取得了較好的轉(zhuǎn)化率，隨著流量的繼續(xù)增大，轉(zhuǎn)化率的變化不明顯，綜合考慮氯氣的利用率及動力消耗，后續(xù)實(shí)驗(yàn)選用氣體流量 0.036 m3/h 進(jìn)行，該流量條件下流化效果較好。2 2 單因素法研究沸騰氯化的影響因素單因素法研究沸騰氯化的影響因素結(jié)果與討論其氯化率可達(dá)95%以上.天然金紅石與高鈦渣的對比實(shí)驗(yàn)表明，鈣、鎂是影響氯化反應(yīng)進(jìn)行和最終氯化率的關(guān)鍵元素.天然金紅石沸騰氯化過程動力學(xué)研究表明，

8、該過程滿足無固體產(chǎn)物層的收縮未反應(yīng)核模型，在900-1000 0C范圍內(nèi)，反應(yīng)的活化能為9.17 kJ/mol，反應(yīng)受擴(kuò)散過程控制，因此，增強(qiáng)傳質(zhì)、擴(kuò)大有效反應(yīng)而積是提高反應(yīng)活性的有效途徑.2 2 單因素法研究沸騰氯化的影響因素單因素法研究沸騰氯化的影響因素1 牛麗萍天然金紅石粉體沸騰氯化工藝條件優(yōu)化研究 J過程工程學(xué)報(bào)，2011，12反應(yīng)溫度/天然金紅石粒徑/gym鍛后石油焦粒徑/um配碳比入口氯氣流量/m3/h氯化時(shí)間/ min入口氯氣壓力/Mpa氯氣濃度9509615030:1000.036400.14100%結(jié)果表明，天然金紅石的表而結(jié)構(gòu)致密，沸騰氯化適宜的工藝參數(shù)為1 1 沸騰氯化概

9、述沸騰氯化概述2 2 單因素法研究沸騰氯化的影響因素單因素法研究沸騰氯化的影響因素3 3 沸騰氯化工藝技術(shù)問題沸騰氯化工藝技術(shù)問題4 4 下階段規(guī)劃下階段規(guī)劃3 3 沸騰氯化工藝技術(shù)問題沸騰氯化工藝技術(shù)問題由于工藝本身的不完善,造成生產(chǎn)實(shí)踐中部分操作困難,對沸騰氯化生產(chǎn)造成一定影響,產(chǎn)生一定酸性氣體給周邊環(huán)境造成污染,使職工操作環(huán)境惡劣、勞動強(qiáng)度增大,在以下幾個(gè)方面顯得尤為突出。1.混合料配制不均勻2.爐底篩板通氯孔堵塞頻繁3.四氯化鈦淋洗筒體堵塞3 3 沸騰氯化工藝技術(shù)問題沸騰氯化工藝技術(shù)問題 改動前工藝路線改動前工藝路線 改進(jìn)后工藝路線改進(jìn)后工藝路線2 陳輝沸騰氯化生產(chǎn)四氯化鈦工藝技術(shù)J現(xiàn)代機(jī)械，2010，51 1 沸騰氯化