ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ТИТАНСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ

Полезная модель относится к цветной металлургии, в частности к технологической линии для переработки титансодержащего сырья для получения тетрахлорида титана.
Известна технологическая линия для переработки титансодержащего сырья (кн. Металлургия тугоплавких редких металлов. - Зеликман А.Н. Учебник для вузов. М. Металлургия, 1986, с.298-334), включающая руднотермическую печь, снабженную установкой для приготовления шихты для хлорирования титановых шлаков, солевой хлоратор, снабженный линией подачи хлорсодержащего газа в фурму хлоратора, узел загрузки шихты, ванну гидроудаления отработанного расплава, систему конденсации парогазовой смеси и оборудование для очистки тетрахлорида титана. При этом в солевой хлоратор при хлорировании титансодержащего сырья подают в качестве хлорсодержащего газа либо 100% жидкий хлор из хлорных цистерн по ГОСТ 6718-93 (ИСО 2120-72, ИСО 2121-720) при содержании хлора не менее 99,6 мас.% и воды - не менее 0,01 мас.%, либо анодный хлор, содержащий 70-90% хлора, остальное - воздух, получаемый в процессе электролитического получения магния и хлора. При хлорировании титанового сырья анодным хлором возрастает суммарный тепловой эффект процесса, происходит образование диоксида углерода и фосгена за счет взаимодействия свободного кислорода с углеродом и хлором и общий объем отходящих газов. Эти факторы усложняют процесс хлорирования и конденсации, очистки отходящих газов и, как следствие, снижает безопасность технологии и производительность хлоратора. В связи с этим концентрацию хлора в анодном хлоре электролизеров повышают до 85-90% или же получают 100-ных хлор из анодного хлогаза. Однако это повышает стоимость производства, а также связано с усложнением конструкции электролизеров при их герметизации, особенно при получении хлора и магния по карналлитовой схеме (связано с необходимостью откачки отработанного электролита и шламо-электролитной смеси).
Недостатком данной технологической линии является то, что в процессе переработки титансодержащего сырья в известной технологии предусмотрена подача в шахтный хлоратор или жидкого хлора или анодного хлора. Анодный хлор, применяемый для хлорирования титансодержащего сырья, содержит обычно 70-90% общ. хлора. Разбавление хлора кислородом воздуха снижает извлечение титана, ухудшает качество тетрахлорида титана, снижает производительность хлоратора и системы конденсации, осложняет систему очистки тетрахлорида титана от примесей (особенно от оксихлоридов). Кроме того, кислород, взаимодействует с восстановителем (углеродом) с образованием оксида углерода и фосгена, что снижает безопасность работы технологической линии. С другой стороны, работа только на жидком хлоре осложнена возможностью конденсации хлора в трубопроводах при низких температурах (ниже -33,6°С) с последующим выходом из строя трубопроводов и особенно запорной арматуры, кроме того, при попадании жидкого хлора в хлоратор произойдет резкое «вскипание» расплава в хлораторе с возможными выбросами расплава. Жидкий хлор получают, в основном, электролизом водных растворов с обязательным наличием в нем треххлористого азота (азидохлора) - крайне взрывоопасного вещества. При взаимодействии четыреххлористого титана с азидо-хлором при 0°С (температуры, при которой происходит конденсация) образуется трихлоразид титана, который при ударе или резком нагревании взрывается. Технология работы только на жидком хлоре осложняется наличием высоких требований к безопасному ведению процесса.
Известна технологическая линия для переработки титансодержащего сырья (кн. Металлургия титана. - Сергеев В.В., Галицкий Н.В., Киселев В.П., Козлов В.М.: М Металлургия, 1971, стр.31-139), по количеству общих признаков принятая за ближайший аналог-прототип и включающая руднотермическую печь, снабженную установкой для приготовления шихты для хлорирования титановых шлаков, солевым хлоратором с фурмами, к которым подсоединена линия подачи хлорсодержащего газа, узлом загрузки шихты, ванной гидроудаления отработанного расплава, системой конденсации парогазовой смеси и оборудованием для ректификационно-химической очистки тетрахлорида титана. В качестве хлорсодержащего газа используют или жидкий хлор или анодный хлоргаз.
Недостатком данной технологической линии является то, что в процессе переработки титансодержащего сырья в известной технологии предусмотрена подача в шахтный хлоратор или анодного хлоргаза или жидкого хлора. Анодный хлор, применяемый для хлорирования титансодержащего сырья, содержит обычно 70-90% общ. хлора. Разбавление хлора кислородом воздуха снижает извлечение титана, ухудшает качество тетрахлорида титана, снижает производительность хлоратора и системы конденсации, осложняет очистку тетрахлорида титана от примесей (особенно оксихлоридов). Кроме того, кислород, взаимодействует с восстановителем (углеродом) с образованием оксида углерода и фосгена, что снижает безопасность работы технологической линии. С другой стороны, работа только на жидком хлоре осложнена возможностью конденсации хлора в трубопроводах при низких температурах (ниже -33,6°С) с последующим выходом из строя трубопроводов и особенно запорной арматуры, кроме того, при попадании жидкого хлора в хлоратор произойдет резкое «вскипание» расплава в хлораторе с возможными выбросами расплава. Жидкий хлор получают, в основном, электролизом водных растворов с обязательным наличием в нем треххлористого азота (азидохлора) - крайне взрывоопасного вещества. При взаимодействии четыреххлористого титана с азидохлором при 0°С (температуры, при которой происходит конденсация) образуется трихлоразид титана, который при ударе или резком нагревании взрывается. Технология работы только на жидком хлоре осложняется наличием высоких требований к безопасному ведению процесса.
Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и позволяет за счет смешивания жидкого хлора с анодным хлором снизить количество вредных кислородсодержащих примесей в техническом тетрахлориде титана (например, фосгена, оксихлорида кремния, оксихлоридов титана) и тем самым снизить энергетические затраты на очистку технического тетрахлорида титана.
Технический результат достигается тем, что предложена технологическая линия для переработки титансодержащего сырья, включающая руднотермическую печь, снабженную установкой для приготовления шихты для хлорирования титановых шлаков, солевой хлоратор, снабженный линией подачи хлорсодержащего газа, соединенную с фурмами хлоратора, узел загрузки шихты, ванну гидроудаления отработанного расплава, систему конденсации парогазовой смеси и отделение ректификационно-химической очистки тетрахлорида титана, в которой новым является то, что она дополнительно включает линию подачи жидкого хлора, устройство для испарения жидкого хлора с получением испаренного хлора, линию подачи испаренного хлора, устройство для смешивания анодного хлора с испаренным хлором с получением смеси, линия подачи смеси анодного и испаренного хлора в хлоратор, при этом линия подачи жидкого хлора соединена с одной стороны с емкостью для жидкого хлора, а с другой стороны - с устройством для испарения жидкого хлора, линия подачи испаренного хлора соединена с одной стороны с устройством для испарения жидкого хлора, а с другой стороны - с устройством для смешивания, линия подачи смеси анодного и испаренного хлора соединена с одной стороны с устройством для смешивания, а с другой с фурмами хлоратора, устройство для смешивания снабжено клапаном для регулирования подачи испаренного хлора.
Новая технологическая линия для переработки титансодержащего сырья с включением нового оборудования и связей между ним для подачи смеси анодного и испаренного хлора в хлоратор для переработки титансодержащего сырья позволяет значительно снизить содержание вредных примесей (например, фосгена, оксихлорида кремния, оксихлоридов титана) в техническом тетрахлориде титана и тем самым снизить энергетические затраты на его очистку.
Технологическая линия показана на фиг.1 и включает рудно-термическую печь 1, установку дл приготовления шихты 2, узел подачи титансодержащей шихты 3, солевой хлоратор 4, фурмы для подачи хлоровоздушной смеси 5, ванну гидроудаления отработанного расплава 6, линию подачи анодного хлора 7, линию подачи, жидкого хлора 8, устройство для испарения жидкого хлора 9, линию подачи испаренного хлора 10, клапан 11, устройство для смешивания анодного хлора с испаренным хлором 12, линию подачи смеси испаренного и анодного хлора 13, систему конденсации 14, оборудование для ректификацонно-химической очистки тетрахлорида титана 15, емкость для жидкого хлора 16.
Пример работы технологической линии.
2
2
2
2
3
2
2
2
2
2
3
2
2
2
2
2
2
2
4
4
3
3
2
2
2
3
3
Исходное сырье - титансодержащий концентрат в виде ильменитового концентрата с содержанием ТiO 50-60 мас.% смешивают с углеродистым восстановителем и загружают в руднотермическую печь 1 на электроплавку при температуре 1600-2000°С. В результате протекания в руднотермической печи 1 окислительно-восстановительных реакций получают чугун и титановый шлак с содержанием ТiO 80-88 мас.%. Титановый шлак после охлаждения направляют на установку 2 для приготовления шихты для хлорирования. Для этого его предварительно дробят и измельчают, смешивают с нефтяным или с пековым коксом и с хлоридом натрия. Приготовленную шихту, содержащую, масс.%: ТiO 59,0, FeO 5,2, АlО 2,2, МgO 0,55, CaO 0,2, MnO 0,76, SiO 2,8, остальное - примеси, подают через узел подачи 3 в количестве 3,8 т/час в солевой хлоратор 4. В качестве рабочей среды в солевом хлораторе 4 используют хлориды щелочных и щелочно-земельных металлов, которые затем удаляют в количестве 1,25 т/час через ванну гидроудаления 6. В фурмы 5 хлоратора 4 подают по линии 13 смесь испаренного хлора с анодным хлором в количестве 2,55 т/час испаренного хлора и 2,55 т/час анодного хлора. Анодный хлор следующего состава, % масс.: 86,4 Cl, 10,3 N, 2,7 O, 0,6 СO, получают в процессе электролитического получения магния и хлора. (см. кн. Металлургия магния и других легких металлов. - Эйдензон М.А. М: Металлургия, 1974, стр.60-74). Жидкий хлор из емкости 16, полученный по ГОСТ 6718-93 (см. кн. Металлургия титана. - Сергеев В.В., Галицкий Н.В,, Киселев В.П., Козлов В.М. М.: Из-во Металлугия, 1971, стр,73), подают по линии 8 в устройство для испарения жидкого хлора 9, которое выполнено в закрытой прямоугольной емкости с размещенными внутри хлорными змеевиками (см. кн. Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии, М.Химия, 1967, издание 4-е, стр.431). Испаренный хлор состава, масс.%: 99,6 Cl с допустимыми примесями NCl не более 0,005 и вода не более 0,05, остальное - примеси хлорированных углероводородов, серной кислоты и др, присутствие которых в ГОСТ 6718-93 не регламентировано, в количестве 2,55 т/час по линии 10 поступает в устройство для смешивания 12, которое снабжено клапаном 11 для регулирования подачи испаренного хлора в устройство для смешивания 12, которое выполнено в виде собирающего тройника со слиянием потоков в прямом направлении под углом 45-90° с соотношением диаметров трубопроводов испаренного хлора и анодного хлора равном 0,35-0,58 и коэффициентом местного сопротивления 0,2-1,0. Полученная смесь состава, масс.% 93 Cl, N - 5,2, O - 1,4, СO - 1,4, остальное примеси, в количестве 5,1 т/час состава, масс.%: 93,0 Сl, 5,2N, 1,4 O, 1,4 СO, остальное - примеси, по линии 13 через фурму 5 поступает в хлоратор 4. Процесс хлорирования ведут при температуре 700-800°С. В результате химической реакции при обработке смесью происходит интенсивное перемешивание расплава с образованием хлоридов металлов. Образующуюся в процессе хлорирования парогазовую смесь в количестве 8,1 т/час с содержанием, масс.%: ТiCl 63,8, SiCl 1,0, АlСl 1,9, FeCl 0,3, FeCl 0,3 N 9,4 СO 21, прочие газообразные вещества 0,37, твердые вещества 1,7 обрабатывают пульпой тетрахлорида титана и направляют в систему 14 конденсации для разделения компонентов парогазовой смеси на высококипящие твердые хлориды металлов (хлориды кальция, магния, марганца, железа, калия и натрия), низкокипящие твердые хлориды (хлориды титана, кремния, углерода, ванадия и др), неконденсируемые в условиях производства газы, (хлорид водорода, азот, углекислый газ, двуокись углерода и др). После конденсации получают технический тетрахлорид титана в количестве 5 т/час. Содержание примесей в техническом тетрахлориде титана по ТУ 1715-455-05785388-99 регламентировано по массовой доле кремния оксихлорида кремния, %масс. не более 0,006, массовая доля фосгена, %масс не более 0,008, твердая взвесь, г/дм, не более 4,0. В процессе применения технологической линии содержание твердых взвесей уменьшается до 3,8 г/дм, содержание кремния оксихлорида кремния уменьшается до, %масс не более 0,004, содержание фосгена уменьшается до, %масс. не более 0,006. Затем примеси, находящиеся в техническом тетрахлориде титана, разделяют на газообразные, жидкие и твердые в отделении 15 ректификационно-химической очистки. Получают очищенный тетрахлорид титана соответствующий ТУ 1715-455-05785388-99.
3
Таким образом, предложенная технологическая линия для переработки титансодержащего сырья позволяет снизить содержание вредных примесей (кислородсодержащих) в техническом тетрахлориде титана, например твердые взвеси на 0,2 г/дм, фосгена на и кремния оксихлорида кремния на 0,002 единицы и тем снизить энергетические затраты на его очистку.