Рис.44. Схема установки для очистки тетрахлорида титана ректификацией: 1- напорный бак с ТЛС14; 2 - подогреватель; 3 - ректификационная колонна для отделения низкокипящих хлоридов; 4 - кубы-испарители с электронагревателями 5 (в патроне); 6 - дефлегматоры; 7 - регулирующий клапан; 8 - насос; 9 - кубы-испарители с открытыми нагревателями; 10,11 - ректификационная колонна для дистилляции Т1С14; 12 - распределительный клапан; 13 - сборник очищенного Т1С14
Очищенный тетрахлорид титана содержит примеси в количествах, близких к пределу чувствительности спектрального анализа (10~3-10~5 %). Извлечение титана из технического в очищенный тетрахлорид титана равно ~96 %.
Производство диоксида титана Сернокислотный способ
Основное количество выпускаемого диоксида титана из ильменитового концентрата (или титановых шлаков) получают сернокислотным способом, который включает следующие стадии:
1)разложение концентрата серной кислотой;
2)очистку растворов от железа;
3)гидролитическое выделение метатитановой кислоты из сернокислотного раствора;
4)прокаливание осадка с получением диоксида титана.
Этот способ обеспечивает высокое извлечение титана в готовый продукт, причем в технологии практически используют один реагент - серную кислоту.
Разложение концентрата. Разложение ведут концентрированной Н2SО4 (92-94 %) или олеумом в стальных реакторах. Вследствие экзотермичности процесса после нагревания кислоты с измельченным концентратом до 125-135 С реакция проходит интенсивно с саморазогревом до 180-200°С и заканчивается за 5-10 мин. Получающаяся полусухая масса ("плав") содержит оксосульфат титана (IV) (ТiOSО4 • Н2О), FеSО4) избыточную Н2SО4. Плав выщелачивают водой.
Очистка растворов от железа.
Растворы содержат 110-120 г/л ТiO2 (в составе ТiOSО4),
сульфаты железа SеSО4 и Fе2(SО4)3 и 200-240 г/л активной Н2S04.
Для очистки от основной массы железа восстанавливают Fе3+ до Fе2+ железной стружкой, а затем проводят кристаллизацию железного купороса FеSО4-7 Н2О, охлаждая растворы до -5 С. В результате кристаллизации содержание железа растворе понижается до ~20г/л.
Железный купорос - полезный побочный продукт, используемый в сельском хозяйстве как инсектофунгицид.
Осаждение метатитановой кислоты. Из растворов, содержащих оксосульфат титана, гидролитическим разложением выделяют метатитановую кислоту (гидратированный диоксид титана):
ТiОSO4 + 2 Н2О =ТiO2-Н2О + Н2S04.
Следует учитывать, что в действительности продукт гидролиза переменного состава, содержит, кроме ТiО2 и Н2О, значительные количества SО3.
Используют два способа проведения гидролиза: способ введения зародышей и способ разбавления.
При способе введения зародышей в раствор добавляют отдельно приготовленные зародыши в форме коллоидного раствора гидроксида титана в количестве ~1 % от содержания ТiO2. После нагревания до кипения в осадок выпадает 95-96% ТiO2.
В случае применения способа разбавления исходные растворы концентрируют выпариванием до содержания 240 -260 г/л ТiO2 и затем нагретый раствор по определенному режиму разбавляют, вливая в воду. При разбавлении раствора возникают зародыши - центры кристаллизации, а затем образуется осадок метатитановой кислоты.
Прокаливание метатитановой
кислоты. Отфильтрованные и промытые осадки метатитановой кислоты прокаливают в барабанных печах, футерованных высокоглиноземистым кирпичом, при максимальной температуре 850-1000 С (в зависимости от назначения ТiO2).
Помимо воды при прокаливании удаляется содержащийся в осадках SО3.
Способ "сжигания" тетрахлорида
титана.
В последние годы получает все большее развитие производство диоксида титана из тетрахлорида титана методом "сжигания", который основан на реакции:
ТiС14 + О2 = ТiO2 + 2 С12,
АG°1100к = -81,5 кДж.
Эта реакция при 900-1000 °С протекает с достаточной скоростью. Получаемый хлор возвращают на хлорирование титанового сырья.
Известно несколько вариантов проведения процесса "сжигания". Рассмотрим два из них.
1. Реакцию проводят в камере, в которой установлена
форсунка, куда поступают кислород и пары тетрахлорида титана, предварительно нагретые до 1000-1100 С. На выходе
из форсунки пары ТiС14 реагируют с кислородом с образованием желто-зеленого пламени. Поток газа уносит частицы
диоксида титана в пылевую камеру и рукавные фильтры. От
ходящие газы, содержащие 80-85 % хлора, пригодны для использования в производстве ТiС14.
Основное затруднение при использовании способа состоит в необходимости предварительного нагрева реагирующих компонентов до 1000-1100 °С.
2. Применение плазмы в качестве источника тепла - наиболее перспективный метод. Целесообразно использовать высокочастотную плазменную горелку с факелом кислородной
плазмы. В факел, имеющий температуру 6000-10000 С, вводят пары тетрахлорида титана, которые при столь высокой
температуре быстро реагируют с кислородом с образованием
тонкодисперсного диоксида титана рутильной модификации.
Основные преимущества технологии получения диоксида титана из тетрахлорида титана по способу "сжигания" в сравнении с сернокислотным способом:
а) технологическая схема проще, капитальные затраты в
среднем в 1,5 раза ниже;
б) схема замкнута (хлор утилизируется), тогда как в
сернокислотной схеме затруднительна утилизация гидролизной серной кислоты;
в) диоксид титана более высокой чистоты, а качество
получаемого из него пигмента выше, чем получаемого сернокислотным способом.
Do'stlaringiz bilan baham: |