一种含钛原料的闪速悬浮氯化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种四氯化钛合成工艺，特别涉及一种含钛原料氯化制取粗四氯化钛的方法，属于化工领域。
【背景技术】
[0002]目前氯化钛白行业氯化反应普遍采用流态化氯化工艺，其采用的氯化反应炉的基本结构为:由炉体、气流分布器、加料器、排渣器组成，炉体由炉顶、炉身和炉底三部分组成。在含钛原料制取粗四氯化钛过程中，含炭燃料和高钛渣通过混料机混合，通过加料螺旋机进入氯化炉炉体，氯气由炉体底部通入炉体，通过控制氯气的流速使固体颗粒悬浮，达到流态化状态。反应后炉渣由炉底排出，炉气由炉顶出口排到旋风收尘器。
[0003]在液态化氯化反应炉中，氯气为流体和氯化剂，使高钛渣和石油焦的混合料在沸腾炉内处于悬浮状态，高温下通过氯化反应抽取四氯化钛。该设置对于氯化反应中的含钛原料中二氧化钛的质量分数要求较高，一般需要质量百分数大于92%的二氧化钛才能够满足实际的氯化反应需求[1]。
[0004]在生产实践中，当含钛原料中CaO、MgO含量偏高时，氯化反应生成的CaCl2、MgCl2在氯化反应操作温度条件下呈现出熔融体，熔融体粘结固体粉状物料，改变流态化物料的粒径范围，恶化流态化操作环境，影响氯化反应的正常进行。攀西(攀枝花-西昌)地区的钛资源十分丰富，该地区的钒钛磁铁矿中含有大约8%?10%的Ti02。上游厂商经过初步加工生产的含钛原料中二氧化钛含量基本保持在80%的水平，不能适应目前的氯化工艺，容易出现生产停车事故。为此，国内氯化钛白粉生产厂家采用的含钛原料要求CaO+MgO含量小于1.6%，这种高品质含钛原料基本依靠进口，国内攀西地区生产的含钛原料基本不能适应目前的氯化工艺。因此，有必要开发适应高杂质含钛原料氯化反应的氯化工艺。
[0005]参考文献1:刘立文，四氯化钛生产工艺探讨，《无机盐工业》，2013，第45卷第2期。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种适应高杂质含钛原料氯化反应的氯化工艺。解决现有流态化氯化技术对含钛原料杂质指标的要求严格的问题，使我国攀西地区含钛原料能够适用于氯化法钛白粉工艺。
[0007]为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案:
一种含钛原料氯化生产四氯化钛的方法，包括以下步骤:
(I)使用具有反应腔室和排空腔室的反应炉进行反应，所述反应腔室和排空腔室中间用隔板隔开，底部连通，形成U形连通结构。
[0008](3)在反应腔室内形成还原性气氛条件，将含钛原料用氯气作为载气从反应腔室的顶部或顶侧喷入反应腔室内，保持含钛原料和氯气在反应炉内形成稳定悬浮状，控制其温度稳定在500~1200°C下反应。
[0009](4)在反应炉的底部设置有排渣口，反应中产生的固态粉状物和熔融粘结杂质成分从排渣口排出，从排空腔室的顶部出口收集生成的四氯化钛产物。
[0010]所述还原性气氛条件是用非氧化性气体作为载体喷入含炭燃料进行耗氧反应。
[0011]所述含钛原料二氧化钛的含量为大于70%，氧化I丐和氧化镁含量小于5.0%(重量)。
[0012]所述含钛原料和含炭燃料细度小于40目。
[0013]所述步骤(3)反应腔室内控制温度稳定为600~800°C，反应腔室内气压为20~40kPa (绝对压强)。
[0014]本发明合成四氯化钛的方法，可以有效的保证含钛原料与氯气在炉内形成了稳定的悬浮状，彼此之间拥有充分的气固接触面积和时间，满足了含钛原料的氯化反应动力学条件，炉底反应料渣排出炉外顺畅，没有发生堵塞现象，氯化反应设备运行周期长，含钛原料中钛收率达到现有氯化钛白工艺的技术指标。含钛原料和氯气充分反应后生成的炉气，包括TiC14、FeC13、FeC12、C02、CO等，通过烟道初步降尘以后，含有粗TiC14的炉气进入后续处理工段，同时生成的固体废渣落入氯化炉底部，废渣从出渣口排出炉外。所述耗氧反应是指还原性炭粒在高温条件下和气氛中的氧化性物质反应生成一氧化碳和/或二氧化碳的情况。
[0015]实验的技术指标表明，由该氯化工艺制取的粗四氯化钛质量接近或达到现有沸腾氯化工艺生产粗四氯化钛的指标，解决了现有沸腾氯化工艺的诸多问题，体现该新型氯化工艺的优越性。
[0016]进一步，还包括步骤(2):向反应腔室内喷入燃料和空气，点火燃烧，使反应腔室升温至550~1000°C。向反应腔室内喷入含炭燃料使之被点燃，同时停止喷入其它燃料，升温至600~1200°C，实现还原性气氛条件。停止向炉内喷入空气，同时从反应腔室的顶部向反应腔室内喷入含钛原料和氯气进行反应。步骤(2)为四氯化钛闪速反应过程的启动方式，利用形成还原性气体燃料和空气中的氧气发生燃烧快速的提升反应腔室内的温度，使其满足四氯化钛合成过程中所需要达到的温度条件。
[0017]进一步，排空腔室的顶部出口的尾气含一氧化碳3_20%(V/V)。控制尾气中一氧化碳的含量是对于反应室内还原性气氛的间接保障，确保二氧化钛在反应腔室内被充分氯化转化。反应炉内温度和还原性气氛通过炉内保温喷嘴向炉内喷入含炭燃料实现，喷入炉内的含炭燃料细度小于40目，含炭燃料喷入载气为非氧化性气体，如氮气等，含炭燃料也可以和含钛原料混合以后通过旋流分散喷嘴喷入闪速氯化炉内。
[0018]—种用于实现上述氯化反应的反应炉，包括立式炉体，所述立式炉体中间设置有一隔板将炉腔分隔成反应腔室和排空腔室。反应腔室和排空腔室下部是连通的，两者形成U形流道。锥形炉底，所述锥形炉底设置在立式炉体的底部，锥形炉底具有排渣口。排气烟道，排气烟道设置在排空腔室的上部。旋流分散喷嘴，所述旋流分散喷嘴安装在反应腔室的顶部，用于向立式炉体内的反应腔室喷入氯气和含钛原料。炉内保温喷嘴，所述炉内保温喷嘴安装在反应腔室的顶部或者侧部，用于向反应腔室喷入燃料和/或炭粒。
[0019]进一步，所述反应炉是用于生产四氯化钛的悬浮氯化炉，也可以称之为闪速悬浮氯化炉，包括立式炉体、锥形炉底、排气烟道、旋流分散喷嘴、炉内保温喷嘴、炉底排渣机，旋流分散喷嘴设在立式炉体顶部，以便从立式炉体顶部向炉腔内喷入含钛原料和氯气，在炉腔内形成悬浮氯化反应带，避免反应生成的熔融体堵塞喷嘴，炉内保温喷嘴安装在立式炉体的侧壁上，并且喷嘴方向倾斜向下，立式炉体、锥形炉底和排气烟道相互连通，锥形炉底安装有炉底排渣机，用于把反应生成的渣和未燃烧完全的含炭燃料等渣排出炉外，排气烟道是粗TiCl4排出氯化反应炉的通道，同时也是对反应产物中的固相进行初步沉降分离。所述立式炉体是发生悬浮反应的腔室，其横截面型式为圆形、椭圆、正方向、矩形、多边形等。
[0020]进一步，所述排空腔室是粗11(:14的粗产品的排出通道，同时也是粗TiCl 4和气相中的渣进行初步分离的沉降设备。
[0021]进一步，在锥形炉底具有储料空间。储料空间与反应腔室和排空腔室相连通。
[0022]进一步，排空腔室比反应腔室的更低。排空腔室处于较低的位置，同时反应腔室也就处于较高的位置，反应腔室中喷入的氯气和含钛原料是从上向下流动并发生还原反应的，反应腔室具有较长的向流道，可以保证反应的充分。同时，排空腔室处于较低的位置可以保证排体的气体温度降低控制在适宜的范围内，使产物能够完全以气态排出。
[0023]进一步，所述旋流分散喷嘴安装在立式炉体的顶部，以便从立式炉体顶部向悬浮反应腔室喷入氯气和含钛原料，含炭燃料或其他炭质燃料也可以和含钛原料分别计量后，喂送到旋流分散喷嘴，通过喷嘴喷入到悬浮反应腔室。
[0024]进一步，所述旋流分散喷嘴的结构包括外管和设置在外管内的芯管，所述外管用于输送含钛原料，芯管用于输送氯气；外管的喷出含钛原料的一端伸入反应腔室内，且该端头孔径较其余部分缩小；芯管的氯气输出端头设置在外管端头靠后的位置。当旋流分散喷嘴向反应腔室喷入含钛原料和氯气时，外管中的含钛原料先是和芯管输送的氯气先在外管端头部分混合，然后混合物料在外管端头结构缩小作用下实现压缩，经过压缩的混合物料具有较高的压力，在喷入反应腔室的瞬间快速膨胀开，达到高效反应的目的。
[0025]进一步，所述旋流分散喷嘴的外管外部还设置有氯气输送套管，氯气输送套管和外管结构相似，具有端头孔径缩小的特点。氯气输送套管(简称套管)是氯气增补喷入结构，可以根据反应的物料比例需要调整补充输送的氯气量。因为，芯管和外管的结构主要是使氯气和含钛原料初步混合并有效压缩，在两者混合压缩的过程中比例相对比较稳定，所以，当实际生产中需要调整两者的摩尔比时，则较为困难。采用需要套管补充氯气的结构，可以适当的减少芯管输送氯气的总量，通过套管补充输入氯气实现一定范围内的摩尔比例连续调节，实现反应过程中的动态监控和调整效果，增加反应的效率。
[0026]进一步，所述氯气输送套管具有螺旋导流结构，氯气在其中流动的时能够自发的形成螺旋状流态。虽然，芯管和外管的配合作用下实现了含钛原料和氯气的初步混合压缩，能够在喷入反应腔室时自动膨胀实现高效混合反应的作用，但是后续补充氯气主要是在混合物料的外周，设置螺旋导流结构，可以