Теоретические основы хлорирования

Хлорная металлургия - технология взаимодействия хлора или его соединений с оксидами металлов и перевод их в хлориды или оксохлориды металла. Хлор при этом замещает кислород в оксиде. Процесс хлорирования любого оксида можно выразить уравнением

2МеО + 2С1₂ = 2МеСl₂ + О₂ (1)

По склонности к хлорированию оксиды металлов можно расположить в следующий ряд:

К₂O > Na₂О > СаО > МnО > FеО > МgО > ТiO₂ > Аl₂O₃ > SiO₂

Оксиды К₂O, Na₂О, СаО, МnО, FеО полностью хлорируются по реакции (1). Хлорирование МgО, ТiO₂, Аl₂O₃ и SiO₂ практически невозможно осуществить без восстановителя, так как выделяющийся кислород вновь окисляет продукт реакции. Поэтому обычно используют углерод, который в зависимости от температуры и способов хлорирования связывает кислород в СО₂ и СО. При температуре 800 °С и выше реакция протекает с образованием преимущественно СО₂. Реакции хлорирования экзотермические, т.е.идут с большим выделением тепла.

Хлорирование TiО₂ в присутствии углерода является сложным многоступенчатым процессом из-за:

1) сложного состава шихты. Углерод, оксиды титана, железа, марганца, хрома, алюминия, ванадия, кремния по-разному влияют на процесс хлорирования;

2) условий процесса хлорирования: температуры, вида восстановителя, состава расплава, активности хлорируемых оксидов, скорости подачи и концентрации хлора и т.д.

Основные реакции хлорирования диоксида титана в присутствии углерода:

TiО₂ + С + 2Сl₂ = TiСl₄ + СО₂ (2)

TiO₂ + 2С + 2Сl₂ = TiСl₄ + 2СО (3)

При температуре процесса 700—900 °С основная часть хлоридов находится в газообразном и парообразном виде, и образуется парогазовая смесь (ПГС).

Преимущества метода хлорирования:

– огромная скорость химических реакций;

– высокая степень хлорирования всех компонентов;

– высокая реакционная способность газообразного хлора при повышенных температурах;

– высокая производительность оборудования в процессе хлорирования и разделения хлоридов;

- относительная простота и эффективность разделения полученных TiСl₄ и других хлоридов.

- низкая стоимость хлора в связи с расположением электролиза хлоридов магния на одном заводе.

В России титаносодержащее сырьё хлорируют в хлораторах двух видов: расплавном и в шахтной печи с подвижным слоем брикетов (ШП). Для хлорирования сырья с повышенным содержанием щелочноземельных элементов используют солевой хлоратор, в котором хлорирование осуществляется в расплаве хлоридов. Шахтные хлораторы используют для хлорирования так называемых «сухих» титансодержащих материалов с низким содержанием в них железа, щелочных и щелочноземельных металлов.