Химические методы очистки тетрахлорида титана

Отделять близкокипящие примеси ректификацией неэкономично, для этого применяют химические методы очистки; так отделяют хлорид алюминия, трихлороксид ванадия и другие примеси.

1) Очистка водой - наиболее эффективный метод очистки от хлорида алюминия. При их взаимодействии образуется хлороксид алюминия, нерастворимый в тетрахлориде титана:

AlCl₃ + Н₂О = AlOCl↓ + 2HCl

В настоящее время отдельно метод не применяется, его совместили с очисткой медным порошком.

2) Очистка медным порошком

Очистка медным порошком – трудоемкий и дорогой, но наиболее эффективный и универсальный метод, так как, кроме ванадия, медный порошок удаляет алюминий, серу и частично органические соединения. Он сравнительно прост в аппаратурном оформлении, при этом медный порошок не образует соединений, загрязняющих TiCl₄. Но производство чистого медного порошка весьма сложное, и стоимость его очень велика.

Процесс осуществляется в каскаде реакторов с мешалками. В первый реактор непрерывно подают технический TiCl₄ и подогревают до 80 °С. Во второй реактор загружают влажный активированный уголь (или влажную поваренную соль) для удаления растворенного AlCl₃, пассивирующего медный порошок. Недостаток способа - неизбежные потери TiCl₄ по реакции

TiCl₄ + Н₂О = TiOCl₂ + 2HCl

и загрязнение тетрахлорида титана кислородом вследствие образования оксохлорида титана.

В третий реактор подаётся медный порошок, расход его на очистку высок 2,5 - 4 кг на тонну TiCI₄ и зависит от концентрации ванадия в тетрахлориде титана. Время контакта TiCl₄ с медью 2—3 часа. В результате взаимодействия меди с растворённым трихлороксидом ванадия образуется твердая взвесь черного цвета: VOCl₃ восстанавливается до VOCl₂, нерастворимого в TiCl₄ по реакции

VOCl₃ + Сu = VOCl₂↓ + CuCl₂

Суспензию направляют на отстаивание в герметичные сгустители. Осадок в виде медно-ванадиевого кека выгружают из сгустителя шнеком. Образующиеся медно-ванадиевые кеки обладают способностью цементироваться, что приводит к трудностям в эксплуатации оборудования и большим затратам тяжелого ручного труда. В кеке содержится до 5 % ванадия и значительная часть тетрахлорида титана, поэтому кек перерабатывают с целью получения товарных соединений ванадия и доизвлечения тетрахлорида титана. Осветленный тетрахлорид титана направляют на контрольную фильтрацию.

3) Очистка смешанной солью - более прогрессивный, дешёвый и широко распространенный метод.

Смешанную соль трихлорида титана с хлоридом алюминия получают путем взаимодействия алюминиевой пудры с тетрахлоридом титана в присутствии хлора как катализатора

Al + 3 TiCl₄ (+ Cl₂) = 3TiCl₃*AlCl₃

Смешанная соль является активным восстановителем VOCl₃:

3TiCl₃*AlCl₃ + 3VOCl₃ = 3VOCl₂↓ + 3TiCl₄ + AlCl₃

Смешанная соль также взаимодействует с хлором, органическими и сернистыми соединениями, связывая их в комплексы. Недостаток метода— повышенная опасность при изготовлении смешанной соли в связи с тем, что алюминиевая пудра пожаро- и взрывоопасна.

4) Очистка сероводородом широко распространена за рубежом. Растворимые в TiCl₄ соединения ванадия и алюминия энергично взаимодействуют с сероводородом H₂S, образуя нерастворимые осадки

2VOCl₃ + H₂S = 2VOCI₂↓ + HCl + S₂

Метод относительно дешев по издержкам производства, но сложен в аппаратурном оформлении. Недостатки процесса—значительное загрязнение TiCl₄ соединениями серы и высокая токсичность сероводорода.