Современная металлургическая промышленность производит почти все известные металлы

Рис.41. Шахтный хлоратор непрерывного дейст­вия: 1-водоохлаждаемый конус; 2 - фурма; 3 -хлорный коллектор; 4 - корпус хлоратора; 5 -волдохлаждаемый свод; 6 - бункер; 7 - золот­никовый питатель; 8 - редуктор; 9 - электродвигатель; 10 - сборник огарка; 11 - разгрузочный шнек.
При принятых режимах хлорирования процесс протекает за счет теплоты реакций. При расходе хлора ~400 кг/(м² • ч) высота реакционной зоны, в пределах которой концентрация хлора изменяется примерно от начальной вблизи фурм прак­тически до нуля (у верхней границы зоны), равна 0,8-1,0 м.
Удельная производительность шахтных хлораторов непре­рывного действия при температурах хлорирования 900-1000 °С равна 1,8-2 т ТiС1₄ на 1 м³ объема хлоратора.
Повышение единичной мощности шахтного хлоратора путем увеличения его диаметра нецелесообразно, так как возрас­тает неравномерность схода шихты (центральная часть бри­кета перемещается быстрей периферийной) и неоднородность температурного поля по его сечению (у стен температура выше вследствие неравномерности распределения хлора).
Отношение по массе СО:СО₂ в парогазовой смеси, выходя­щей из хлоратора, колеблется (в зависимости от режима) от 5:1 до 2:1.
Н едостаток хлорирования брикетированной шихты - высо­кие затраты на приготовление брикетов, что повышает 10-15 % себестоимость хлорида; взрывоопасность отходящих газов, в которых преобладает СО.
Рис.42. Хлоратор для хлориро­вания в солевом расплаве: 1 - газоход; 2 - свод; 3 -графитовый электрод; 4 -стальные трубы для отвода теп­ла; 5 - кожух хлоратора; 6 -шамотная футеровка; 7 - бункер с шихтой; 8 - шнековый пита­тель; 9 - перегородка для соз­дания циркуляции расплава; 10 - фурма; 11,12 - донные графитовые электроды; 13 -нижний слив расплава


Хлорирование в солевом расп­лаве. Этот способ разработан в СНГ. Хлорирование шла­ка проводится в ванне из расплава хлоридов щелочных и щелочно-земельных металлов, куда подают компоненты шихты (измельченные шлак и кокс) и хлор. В качестве расплава используют отработанный электролит магниевых электролизе­ров, имеющий следующий примерный состав, %: КС1 72-76; NаС1 14-16, МgС1₂ 4-6. Шихта подается шнеком на поверх­ность расплава, хлор поступает в нижнюю часть хлоратора через фурмы и газораспределительную решетку (рис. 42). При удельном расходе хлора 40-60 м³/ч на 1 м³ расплава обеспечивается хорошее перемешивание его барботирующим хлором. В расплаве поддерживают концентрацию ТiO₂ 2—3 %, углерода 7-9 %. При высоте расплава 3-3,2 м хлор успевает полностью прореагировать в объеме расплава, лишь незначи­тельная часть его уходит с отходящимися газами.
Согласно одной из предложенных схем растворенный хлор хемосорбируется на поверхности частиц углеродистого мате­риала с образованием активного (атомарного) хлора, пере­носимого через расплав к поверхности оксида, где при уча­стии растворенного СО протекает реакция:
ТiO₂ + 4 С1_акт + 2 СО = ТiС1₄ + 2 СО₂.
Далее СО₂ частично взаимодействует с углеродом с обра­зованием СО. Эта схема объясняет наблюдаемое повышение скорости хлорирования с увеличением удельной поверхности кокса и преобладание СО₂ над СО в газовой фазе.
Присутствие хлоридов железа в расплаве повышает ско­рость хлорирования. Это объясняется хлорирующим действием FеС1₃, легко отщепляющего активный хлор. Как указано вы­ше, хлориды железа находятся в расплаве в форме комплек­сов FеС1₄ и FеС1₃. Поэтому хлорирование ТiO₂ с участием хлоридов железа можно представить суммарными реакциями:
4 FеС1^-₃ + 2 С1₂ = 4 FеС1^-₄;
4 FеС^-₄ + ТiO₂ + 2 СО = ТiС1₄ + 4 FеС1^-₃ + 2 СО₂.
Таким образом, хлориды железа выполняют роль перенос­чиков хлора.
Поскольку хлориды железа хорошо растворимы в расплаве, концентрация хлорирующего агента будет зависеть от содер­жания в нем железа.
Вследствие образования комплексов большая часть железа (а также алюминия, образующего комплекс КA1Cl₄) остается в солевом расплаве.
Основные преимущества хлорирования в солевом расплаве по сравнению с хлорированием брикетов следующие: исключены сложные операции подготовки брикетов, что снижает се­бестоимость хлорида. Возможно хлорирование шлаков с повы­шенным содержанием СаО и МgО. Быстрый тепло- и массообмен в расплаве обеспечивает высокую скорость хлорирования и возможность отвода избыточного тепла. Преобладание СО₂ над СО в составе газов резко снижает их взрывоопасность.
К недостаткам хлорирования в расплаве следует отнести периодический вывод отработанного расплава (до 200 кг на 1 т ТiС1₄), с которым теряется часть титана. Хлориды -вредные производственные сбросы. Важная задача - их ис­пользование или регенерация с возвратом в процесс.
Пылеулавливание и конденсация хлоридов
Парогазовая смесь, выходящая из хлораторов, имеет сло­жный состав. Она содержит газы (СО, СО₂, СОС1₂, N₂, НС1, С1₂), низкокипящие хлориды - в нормальных условиях жидко­сти (ТiС1₄, SiС1₄,VОС1₃ и др.); низкокипящие хлориды - в нормальных условиях твердые (FеС1₃, А1С1₃); высококипящие хлориды СаС1₂, МgС1₂, FеС1₂, а также КС1, NаС1 (при хло­рировании в расплаве). Высококипящие хлориды механически увлекаются парогазовым потоком в виде тумана.
На рис. 43 приведена распространенная схема пылеулав­ливания и конденсации. Она состоит из пылевых камер (ку­леров) для улавливания твердых хлоридов; рукавного фильт­ра с рукавами из стеклоткани для дополнительной очистки парогазовой смеси от твердых частиц; двух оросительных конденсаторов (конденсаторов смешения) для жидких хлори­дов (ТiС1₄, SiС1₄), орошаемых охлажденным тетрахлоридом титана; во втором конденсаторе тетрахлорид, поступающий на орошение, охлаждается до -10 С. Далее газы проходят санитарный скруббер, орошаемый известковым молоком, для улавливания небольших количеств хлора, фосгена, хлористо­го водорода и выбрасываются в атмосферу. В кулерах газы охлаждаются с 500-600 до 140-180 °С омывающим трубы воз­духом. В нижней разгрузочной части кулеров поддерживается постоянная температура (120-130 С) органическим теплоно­сителем, циркулирующим в рубашке разгрузочного корыта. Термостатирование рукавного фильтра (140-160 С) также осуществляется жидким теплоносителем.