УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ТИТАНОВОГО ЛОМА

Полезная модель относится к металлургической и химической областям промышленности. Она может быть использована для утилизации отработавших изделий, изготовленных из титана, или его сплавов (титанового лома).
Известны устройства для извлечения титана способом хлорирования титанового сырья: рудных концентратов, шлаков и т.п. и получения тетрахлорида титана как основного исходного материала для производства металлического титана. (Лучинский Г.П. Химия титана. Изд-во «Химия», М., 1971 г., с. 355-358).
Например, известна шахтная электропечь, имеющая стальной кожух и плотную шамотную или динасовую футеровку. В верхней части печи устроены герметизированное загрузочное отверстие и труба для удаления газообразных продуктов хлорирования в систему конденсации. В нижней части печи установлены фурмы для подачи в печь хлора. Также печь оборудована графитовыми электродами, через которые электрический ток подводится к угольной насадке, заполняющей нижнюю часть печи. Там же имеется отверстие для периодического выпуска жидких остатков от хлорирования.
К недостаткам данного устройства относятся обязательное мелкое дробление титанового сырья при подготовке шихты и усложненная конструкция шахтной электропечи, так как в результате химических реакций появляется высокотемпературный жидкий остаток от хлорирования.
4
4
4
Известен способ переработки титанового лома, (Патент РФ №2588976 МПК С22В 34/12), для осуществления которого применяют устройство, включающее кварцевый реактор в виде цилиндра с горизонтальной осью, нагревательное устройство, охватывающее кварцевый реактор снаружи, кварцевую лодочку с углеродным волокном, на котором размещен титановый лом, K титановому лому прикладывают потенциал от источника напряжения постоянного тока величиной более 6000 В. В кварцевом реакторе выполнены патрубки для подачи пара тетрахлорида углерода (CCl) и отвода двухкомпонентного пара, состоящего из тетрахлорида титана (TiCl) и избыточного ССl - Данное устройство по конструкции наиболее близко к заявляемой полезной модели и является ее прототипом.
К недостатку указанного устройства относится низкая интенсивность технологической реакции в результате неполного использования площадей контакта парообразного реагента с твердым титановым ломом, одной стороной примыкающим вплотную к углеродному волокну. Вследствие этого снижена производительность устройства. Кроме этого, усложнена конструкция нагревательного устройства за счет введения тепловой изоляции от окружающей среды.
Задача полезной модели заключается в устранении этих недостатков, а именно, исключение предварительного мелкого дробления титанового сырья для шихты, исключение появления жидкого высокотемпературного остатка от хлорирования, исключение малой производительности, связанной с ограниченной поверхностью контакта реагирующих фаз и тепловых потерь от нагревательного устройства.
4
4
4
Для достижения технического результата кварцевый реактор выполнен в виде цилиндра, установленного вертикально и имеющего днище и крышку. В днище по оси цилиндра выполнена глубокая выемка внутрь реактора, в которую помещено нагревательное устройство в виде теплоэлектронагревателя (ТЭНа). При таком размещении ТЭНа наиболее полно используется тепловая энергия и отпадает необходимость в устройстве тепловой изоляции ТЭНа. Кварцевый реактор оснащен впускным патрубком в нижней части реактора для подвода реагента ССl и осушенного воздуха для продувки, а в верхней части реактора - выпускным патрубком, для выпуска продуктов реакции (TiCl+ССl) и воздуха. На днище кварцевого реактора установлено кольцевое керамическое основание с радиальными горизонтально расположенными сквозными каналами в его стенке, соосными впускному патрубку. Кольцевое керамическое основание центрируется по оси реактора кольцевым приливом на днище кварцевого реактора изнутри и кольцевым пазом на нижнем торце кольцевого керамического основания. В отличие от прототипа устройство дополнительно оснащено цилиндрическим наружным электродом из то ко про водящего материала с подключением к нему одного из полюсов источника напряжения постоянного тока величиной более 6000 В. Этот электрод прикреплен к наружной поверхности кварцевого реактора. Он усиливает напряженность электростатического поля во взаимодействии с внутренним и расходным электродом, которым является титановый лом, помещенный в кольцевой контейнер, стенки которого выполнены из токопроводящего материала в виде цилиндрических сеток разного диаметра, расположенных коаксиально. Внутреннему расходному электроду передается заряд от второго полюса источника напряжения постоянного тока через токопроводящие углеродное волокно, съемный поддон кольцевого контейнера и его сетчатые стенки. Выполнение стенок кольцевого контейнера в виде сеток способствует увеличению поверхностной площади титанового лома, вступающего в реакцию с парами тетрахлорида углерода, тем самым, увеличивая производительность полезной модели. В верхней части кольцевого сетчатого контейнера смонтированы грузоподъемные петли. С нижней стороны поддона выполнен бордюр, предназначенный для центрирования кольцевого сетчатого контейнера на кольцевом керамическом основании.
Конструкция полезной модели показана на схеме, где изображены:
1 - внутренний расходный электрод (титановый лом). 2 - кольцевой сетчатый контейнер; 3 - кварцевый реактор; 4 - съемный поддон контейнера; 5 - съемная крышка реактора; 6 - грузоподъемная петля; 7 - кольцевое керамическое основание; 8 - радиальный сквозной канал в стенке керамического основания; 9 - впускной патрубок; 10 - кольцевой паз кольцевого керамического основания; 11 - кольцевой прилив на днище реактора; 12 - кольцевой бордюр поддона; 13 - уплотнительная прокладка; 14 - теплоэлектронагреватель (ТЭН); 15 - глубокая выемка в днище реактора; 16 - выпускной патрубок;. 17 - наружный цилиндрический электрод; 18 - углеродное волокно.
Работа устройства для переработки титанового лома заключается в следующем:
Титановый лом, который является одновременно и внутренним расходным электродом 1, загружают в кольцевой с сетчатыми стенками контейнер 2 вне кварцевого реактора 3. Перед этим к нижней части кольцевого сетчатого контейнера 2 прикрепляют съемный поддон 4. Убирают с кварцевого реактора 3 съемную крышку 5 и внешним грузоподъемным механизмом опускают груженый титановым ломом контейнер 2 в кварцевый реактор 3 за грузоподъемные петли 6, смонтированные на контейнере 2, устанавливая его на кольцевое керамическое основание 7, находящееся на днище реактора 3. В стенке кольцевого керамического основания 7 выполнены горизонтально расположенные радиальные сквозные каналы 8 на уровне впускного патрубка 9, которые способствуют быстрому и равномерному распределению пара тетрахорида углерода (ССЦ) со всех сторон кольцевого сетчатого контейнера 2. На нижнем торце кольцевого керамического основания 7 выполнен кольцевой паз 10, в которую входит кольцевой прилив 11 с внутренней стороны днища кварцевого реактора 3. Кольцевой сетчатый контейнер 2 центрируется на кольцевом керамическом основании 7 кольцевым бордюром 12, который выполнен с нижней стороны съемного поддона 4. Съемную Крышку 5 устанавливают сверху на кварцевый реактор 3, применяя уплотнительную прокладку 13 между ними.
4
4
4
4
Включают теплоэлектронагреватель (ТЭН) 14, расположенный внутри глубокой выемки 15 с наружной стороны днища кварцевого реактора 3. При достижении определенной температуры в кварцевый реактор 3 подают пар тетрахлорида углерода (ССl) через впускной патрубок 9 и открывают вентиль на выпускном патрубке 16 для выхода продуктов реакции - двухкомпонентного пара тетрахлорида титана (TiCl) и избыточного тетрахлорида углерода (ССl). Далее подключают наружный цилиндрический электрод 17 к одному из полюсов источника напряжения постоянного тока, величиной более 6000 В, а к другому полюсу подключают внутренний расходный электрод 1 через токопроводящие углеродное волокно 18, съемный поддон 4 и сетчатые стенки контейнера 2. Выделяющийся в результате технологической реакции и отслаивающийся от титанового лома углерод частично улавливается съемным поддоном 4. По окончанию технологической операции окисления титана в титановом ломе, то есть во внутреннем расходном электроде 1, отключают напряжение от ТЭНа 14, а также от наружного цилиндрического электрода 17 и углеродного волокна. 18. Затем прекращают подачу пара ССl и сразу же продувают реактор осушенным воздухом, используя впускной патрубок 9 и выпускной 16. Убирают съемную крышку 5 и извлекают кольцевой сетчатый контейнер 2 из кварцевого реактора 3. Выгрузку выделившегося в результате реакции твердого углерода и остатков лома, освобожденного от титана, осуществляют снизу после отсоединения съемного поддона 4 от кольцевого сетчатого контейнера 2.
4
К положительной характеристике полезной модели следует отнести возможность переработки крупных кусков титанового лома, так как выделяющийся на поверхности титанового лома углерод представляет собой незащищенную пористую пленку, не препятствующую проникновению пара тетрахлорида углерода (ССl) к титановому лому, и более полно осуществлять гетерогенную реакцию:
тв
4
пар
тв
4 пар
Ti  + ССl → С  + TiCl.