氯化法鈦白粉工藝

 氯化法工藝的鈦白粉對于硫酸法工藝的鈦白粉而言是一個技術進步，它可以高 效率的連續化、自動化操作，產品質量好，直接排放的“三廢”比硫酸法少得多，這是它可以取而代之硫酸法的基本原因。但是氯化法“三廢”少主要取決于它的原料，大部分氯化法工廠使用的原料是TiO2含量95%以上的天然金紅石或TiO2含量90%左右的人造金紅石和鈦渣，只有美國杜邦公司的氯化法工藝使用TiO2含量60%~84%的混合礦，當然這種工藝的“三廢”排放量要比使用天然金紅石和人造金紅石或鈦渣工藝的高，氯化法一般只能生產金紅石型。

 

 鈦白粉氯化法的工藝流程比硫酸法短得多，主要包括四氯化鈦制備、四氯化鈦的氧化和鈦白粉的表面處理三大部分。

一、四氯化鈦的制備與精制

氯化法對原料的要求比硫酸法苛刻得多，它要求使用TiO2含量在90%以上的鈦礦，目前常用的有天然金紅石礦、人造金紅石和高鈦渣。氯化法對礦粉的細度和濕度要求比硫酸法嚴，因為在沸騰氯化時要使質量較重的鈦礦和質量較輕的石油焦或焦碳都能順利的流態化，礦粉細度的均勻是很重要的，此外濕度大水分含量高，在氯化過程中會產生氯化氫和氯化氧鈦，前者會腐蝕設備，后者會堵塞管道、閥門。

鈦白粉的氯化反應是一個可逆的吸熱反應，而且有還原劑的存在下才能進行，否則溫度高達1800℃也無法氯化，反應式如下：

TiO2+C+Cl2→TiCl4+CO(CO2)

從上式可以看出反應的副產物不僅有CO，也可能有CO2，一般反應溫度在700℃以上，以生成CO為主，反應溫度在700℃以下，以生成CO2為主，因此測定爐氣中的CO/CO2比值，可以掌握爐內的氯化狀況。

過去那種老式的固定床氯化法，現在已被沸騰化爐取代，固定床需要事先把金紅石礦與石油焦按一定比例(鈦渣：石油焦:瀝青=7:2:1)混捏制團焦化，不利于連續化、自動化操作。大型沸騰氯化爐直徑2~6m，內襯耐火磚，干燥的金紅石礦(或鈦渣)在氯化爐內先用空氣使其流態化，并加熱至650℃左右，然后加入干燥的焦碳或石油焦(金紅石:石油焦=78:22),待溫度升至900℃時用氣化氯代替空氣進入沸騰爐內，接著金紅石礦(或鈦渣)與焦碳(或石油焦)按一定的比例在保持沸騰床一定高度的情況下陸續加入，讓氯化反應按一定的速率進行(氯氣的氣速一般為0.1~0.15m/s)。氯化反應一般維持在950~1000℃，正常生產時使用回收氯，不足部分用新鮮氯補充，如果反應溫度超過1000℃，有可能使礦粉與反應的雜質氯化物燒結而造成死床，在這種情況下可以通入干燥的氮氣來降溫。

 

在鈦白粉氯化的同時，礦中的雜質也參與氯化反應生成FeCl3、SiCl4、AlCl3、VOCl3、MnCl2、NbCl5、SnCl2、MgCl2等，在反應氣體出來冷卻到200℃左右后，大部他雜質的氯化物冷凝在爐灰上而沉降下來，氣體經過濾進一步冷凝到-12℃左右以盡可能的回收四氯化鈦(通常用冷四氯化鈦噴淋)，不凝性氣體主要是CO、CO2、H2、余氯和微量的四氯化鈦，經氣體處理裝置用堿液吸收后排放。這種粗四氯化鈦是一種紅棕色的渾濁液體，在氯化前要通過蒸餾來精制。

由于鹵化物比較容易分級提純，所以氯化法鈦白粉的純度比硫酸法高，這是它的主要優點之一。TiCl4的沸點是136℃，多數氯化物的沸點都與它有一定的距離，高于此沸點的主要有FeCl3、AlCl3等，低于此沸點的有SiCl4等，唯有釩的氯化物的沸點與它相近，工業生產中可以用傳統的銅絲塔精餾除釩，或用不飽和礦物油處理成不揮發物后，再精餾后獲得釩含量(以V2O5計)＜×10-6級高純四氯化鈦液體，該液體無色透明、沸點136℃、凝固點-24℃、相對密度(20℃)1.726.

 

四氯化鈦遇水會立即發生強烈的放熱反應，產生大量的白色HCl煙霧而污染環境、灼傷皮膚、刺激粘膜、損傷呼吸道組織、腐蝕設備，因此所 有設備都要求嚴格密封、嚴禁泄漏。四氯化鈦遇水的反應式如下： TiCl4+H2O→TiOCl2+2HCl+Cl