Хлорирование в хлораторах с расплавом

Хлорирование порошковых материалов в среде расплавленных хлоридов известно с 1920 г. для окиси магния. В 1954 г. С.П. Соляков, инженер Соликамского магниевого завода предложил использовать расплав хлористых солей щелочных и щелочноземельных металлов в качестве среды для хлорирования тонкоизмельчённых титановых шлаков. В настоящее время это основная технология хлорирования, но хлораторы модернизированы.

ПГС Шихта   Рисунок 1 - Хлоратор расплавной 1 — газоотвод; 2 — свод; 3 — электроды с водоохлаждаемыми штангами; 4— корпус хлоратора; 5— фурма; 6— перегородка с переточным каналом; 7— распределительный шамотный камень; 8 — донные электроды

Рисунок 2 - Схема шахтного хлоратора 1-водоохлаждаемый конус; 2-фурма; 3-хлорный коллектор; 4-корпус хлоратора; 5-водоохлажда- емый свод; 6-загрузочный бункер; 7-питатель; 8-редуктор; 9-электродвигатель; 10-кюбель для огарка; 11-разгрузочный шнек

Прямоугольный корпус расплавного хлоратора изготовляют из листовой стали, футеровку выполняют из огнеупорного кирпича. Хлораторы могут быть однокамерными и многокамерными, где несколько хлорирующих отделений образованы вертикальными стенками. Хлорирующие камеры перекрыты сводами из огнеупорного кирпича, в них имеются люки для заливки расплава, загрузки шихты и патрубки для отвода парогазовой смеси. В боковые стенки установлены термопары для измерения температуры расплава и вставлены графитовые электроды, внутри которых проходят стальные водоохлаждаемые штанги. Электродами разогревают расплав при пуске хлоратора и подогревают его при работе хлоратора с низкой производительностью. При высокой производительности за счёт протекания реакции хлорирования образуется много тепла, электроды отключают от подачи тока, а водоохлаждаемыми штангами регулируют температуру расплава. В нижней части имеются фурмы для подачи хлора и лётки для слива расплава.

Шихту, состоящую из размолотого шлака и кокса, непрерывно дозируют весовыми дозаторами и шнековым питателем подают в хлоратор на поверхность расплава. Скорость хлора на выходе из фурм от 5 до 20 м/с, происходит дробление газового потока на мелкие пузырьки, бурное перемешивание расплава и насыщение его хлором. Шлак и кокс в расплаве находятся во взвешенном состоянии. Газообразный и растворённый в расплаве хлор реагирует с оксидами шлака с образованием хлоридов металлов и окислов углерода. Процесс ведут в интервале 700–900 °С.

Высота слоя расплава 4–5,5 м. Накопление в расплаве нерастворимых соединений приводит к ухудшению его физических свойств, поэтому расплав периодически обновляют, сливая часть и взамен загружая хлористые соли или отработанный электролит магниевых электролизеров. Оптимальный состав рабочего расплава, %: TiO₂ 1,5–5; С 2–5; NaCl 15–20; KCl 30–40. Если TiO₂ в расплаве менее 1%, то снижается скорость хлорирования TiO₂.

Самое опасное нарушение технологии - «проскоки» хлора через расплав возникают из-за:

- пониженной концентрации диоксида титана (менее 1%),

- пониженной концентрации углерода в расплаве,

- повышенного количества твердых частиц и повышенной вязкости расплава,

- длительной работы хлоратора с повышенной температурой.

Одновременно "проскоки" хлора сопровождаются образованием ядовитого фосгена СОCl₂. Если хлоратор работает без "проскоков" хлора, в отходящих газах фосген практически не обнаруживается.

Преимуществами хлоратора с жидкой ванной являются;

- упрощённая технология подготовки шихты, исключающей брикетирование и коксование;

- интенсивный барботаж расплава и его каталитические свойства позволяют снизить температуру процесса;

- хлорирование сырья с повышенным содержанием щелочных и щелочноземельных металлов;

- образование в основном CO₂;

- количество отходящих газов значительно меньше, чем в других хлораторах, что благоприятно влияет на работу конденсационной системы.

К недостаткам хлорирования в расплаве относятся:

- со сливом расплава выводится часть шихты, что приводит к потерям титана;

- значительные потери двуокиси титана до 30% с возгонами.

Извлечение титана в тетрахлорид достигает 93%.