Шлак для одержання тетрахлориду титану

Корисна модель відноситься до області металургії, а саме, до металургії титану, та може бути використана як титанвмісний компонент при хлоруванні для одержання тетрахлориду ти тану. Найбільш близьким до шлаку, який заявляється, за технічною суттю та те хнічним результатом, що досягається, є шлак для одержання тетрахлориду титану [див. М.К. Байбеков и др., «Производство четыреххлористого титана», М, Металлургия, 1987, с.13, 14], що містить оксид заліза (II) та діоксид титану. Відомий шлак для одержання тетрахлориду титану за складом відповідає таким вимогам: діоксид титану - не менше 80%, оксид заліза (II) - не більше 5%, металеві вкраплення - не більше 4%, волога - не більше 8%. У відомому шлаку відношення кількості оксиду заліза (II) до кількості діоксиду титану складає не більше 0,0625. Проте шлак для одержання тетрахлориду титану з таким вмістом компонентів не дає необхідної концентрації трихлориду заліза в розплаві через недостатню кількість оксиду заліза (II), внаслідок чого не забезпечується доставка необхідної кількості хлору для хлорування діоксиду титану. В результаті швидкість хлорування недостатньо висока і процес хлорування неефективний. В ході процесу хлорування компоненти шлаку, такі як діоксид титану, використовуються не цілком, що призводить до зниження вилучення титану та обумовлює додаткові витрати при хлоруванні. Крім того, виробництво відомого шлаку пов'язано з підвищеною витратою електроенергії, оскільки глибоке відновлення шлаку у цьому випадку досить тривале. Таким чином, виробництво та хлорування відомого шлаку пов'язано з підвищеними матеріальними та енерговитратами. В основу технічного рішення поставлена задача удосконалення складу шлаку для одержання тетрахлориду титану, в якому нове співвідношення компонентів шлаку дозволяє активізувати процес хлорування та збільшити швидкість хлорування, що забезпечить ефективність використання шлаку та підвищення вилучення титану на стадії хлорування при одночасному зниженні витрат на виробництво шлаку та тетрахлориду титан у. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому шлаку для одержання тетрахлориду ти тану, що містить оксид заліза (II) та діоксид титану, згідно корисної моделі, відношення кількості оксиду заліза (II) до кількості діоксиду титан у складає 0,078-0,110. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєви х ознак корисної моделі, яка заявляється, та технічним результатом, який досягається, полягає в тому, що нове співвідношення компонентів шлаку: кількості оксиду заліза (II) до кількості діоксиду титану, що складає 0,078-0,110, в сукупності з відомими ознаками забезпечує ефективність використання шлаку, підвищення вилучення титану при хлоруванні, а також зниження витрат на здійснення процесу одержання тетрахлориду титану. Заявлене співвідношення кількості оксиду заліза (II) до кількості діоксиду титану в шлаку для одержання тетрахлориду титан у встановлено експериментально та є необхідним і достатнім для досягнення необхідного технічного результату. Це пояснюється наступним. При одержанні тетрахлориду титану в результаті хлорування шлаку пряма взаємодія між діоксидом титану та хлором у розплаві ускладнена внаслідок обмеженої розчинності хлору, до того ж реакція прямої взаємодії протікає достатньо повільно: ТіО2+2Сl2+С=ТіСl4+СО2 (1) Заявлене відношення оксиду заліза (II) та діоксиду титану забезпечує утворення в результаті хлорування такої кількості трихлориду заліза, яка є достатньою для ефективного процесу хлор ування, що протікає за таким механізмом: 2FeO+2Сl2+С=2FeCl2+СО2 (2) 2FeCl2+Cl2=2FeCl3 (3) Трихлорид заліза є промотором процесу хлорування, оскільки він активно переносить та поставляє хлор до діоксиду титан у, в результаті чого забезпечується протікання основної реакції хлорування: 4FeCl3+ТіО2+С=TiCl4+4FeCl2+СО2 (4) Швидкість протікання реакції (4) у декілька разів вище реакції прямої взаємодії діоксиду титану з хлором по реакції (1). Таким чином, за рахунок інтенсивного протікання реакцій (2), (3), (4) активізується процес хлорування та збільшується швидкість і глибина хлорування шлаку. Отже, шлак для одержання тетрахлориду титану, в якому відношення кількості оксиду заліза (II) до кількості діоксиду титан у складає 0,078-0,110, забезпечує ефективне використання його компонентів, значно підвищує ступінь вилучення титану. При цьому знижуються витрати при здійсненні процесу одержання тетрахлориду ти тану як за рахунок активізації процесу хлорування та підвищення вилучення титану зі шлаку, так і за рахунок економії електроенергії і відновлювача при виплавці шлаку, оскільки скорочується період відновлення шлаку внаслідок збільшення кількості оксиду заліза (II) (у порівнянні з прототипом). При відношенні кількості оксиду заліза (II) до діоксиду титану менше заявленої кількості оксиду заліза (II) у розплаві при хлоруванні шлаку буде недостатньо для ефективного протікання процесу, у результаті чого не забезпечиться ефективність використання шлаку та знизиться ступінь вилучення титану. Якщо відношення кількості оксиду заліза (II) до діоксиду титану буде перевищува ти заявлене, то при хлоруванні шлаку такого складу місткість хлоридів заліза в розплаві може підвищитися, в результаті чого може відбутися порушення технологічних параметрів процесу, що призведе до його дестабілізації. При цьому може відбутися спінювання хлоратора. Крім того, неминуче підвищення місткості твердих продуктів хлорування в парогазовій суміші, що призведе до додаткових навантажень на систему конденсації та забруднення тетрахлориду титану твердими суспензіями, а це обумовить додаткові витрати на очищення тетрахлориду титану. На підприємстві «Запорізький титано-магнієвий комбінат» були проведені дослідно-промислові випробування, при яких для одержання тетрахлориду ти тану використовували шлак, компоненти якого знаходилися в заявленому співвідношенні. Випробування проводилися в дві стадії. На першій стадії виплавляли шлак із заявленим співвідношенням компонентів, що дозволило знизити витрату електроенергії та відновлювача. На другій стадії випробувань одержаний шлак піддавали хлоруванню в сольовому хлораторі з одержанням тетрахлориду титану. Під час випробувань контролювали режим та параметри роботи хлоратора. При проведенні дослідно-промислових випробувань використовували шлак, в якому відношення оксиду заліза (II) до діоксиду титану складало від 0,066 до 0,115, наприклад, такого складу: ТiO2 - 83,9; FeO - 8,0; SiO2 1,8; Аl2 О3 - 3,3; CaO - 0,48; MgO - 0,58; MnO - 1,16; V2O5 - 0,37 ; Cr2 O3 - 1,1 ; С - 0,006; S - 0,070. При цьому визначали вміст хлоридів заліза в розплаві хлоратора, питому витрату шихти для хлорування, якість тетрахлориду титану. Одержані дані наведені в Таблиці 1, де в прикладах 2, 3, 4 наведені показники, які характеризують досліди, в яких використовувався шлак з заявленим співвідношенням компонентів; у прикладі 1 наведені показники для шлаку зі співвідношенням компонентів нижче заявленого, у прикладі 5 - вище заявленого. У прикладі 6 наведені дані для складу шлаку за прототипом. Аналіз одержаних даних показав, що найкращі результати - питома витрата шихти, ви хід тетрахлориду титану 1-го сорту та питомі витрати електроенергії на виробництво однієї тонни шлаку - одержані при виплавці та хлоруванні шлаку, в якому співвідношення компонентів відповідає заявленим. Крім того, дослідно-промислові випробування показали, що використання заявленого шлаку для одержання тетрахлориду титану Таблиця Вміст в шлаку, % мас. № п/п FeO 1 2 3 4 5 6 ТіО2 5,7 6,7 8,0 9,0 9,5 4,9 86,3 85,9 83,9 81,8 82,4 86,9 Відношення FeO/TiO2 Питомі витрати шихти для хлорування на одержання 1т. TiCl4 Вміст FeCl3 у розплаві хлоратора, % мас. 0,066 0,078 0,095 0,110 0,115 0,056 0,7461 0,7290 0,7212 0,7294 0,7312 0,7467