<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren und Einrichtung zum Chlorieren von titanoxydhaltigen
EMI1.1
EMI1.2
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
<Desc/Clms Page number 3>
Die Platte 41 und der Boden 40 sind von mehreren in Abständen voneinander angeordneten Gaslei- tungen 30 durchsetzt, die eine Verbindung zwischen dem Chlorgaszuführungsrohr 42 und dem Inneren des
Schachtofens herstellen. Diese Leitungen sind in geeigneten Abständen regelmässig über den ganzen Bo- den verteilt. Ihre Mittelabstände betragen 8 - 38 cm, vorzugsweise weniger als 30 cm.
Jede Leitung ist an ihrem gewöhnlich aus Metall bestehenden unteren Ende mit einer Drosselstelle 36 ausgebildet, die sorgfältig so bearbeitet ist, dass sie einen beträchtlichen Druckabfall, gewöhnlich von
0, 14 at oder mehr, bewirkt. Damit durch alle Drosselstellen im wesentlichen gleiche Mengen strömen, sollen alle Drosselstellen im wesentlichen den gleichen Druckabfall bewirken. Am oberen Ende ist jede
Leitung mit einem Kopf 34 versehen, der oben geschlossen ist und eine in den unteren Teil der Chlorie- rungszone führende Austrittsöffnung 35 hat.
Wie in der Zeichnung dargestellt, besitzt der Unterteil eine Grundplatte aus Metall, in der mehrere vertikal angeordnete Rohre 30 montiert sind, deren Wände für Chlor undurchlässig sind. Diese Rohre sind dicht mit der Grundplatte 41 aus Metall verbunden, um eine Strömung des Chlors in Durchlässen ausser- halb dieser Leitungen zu verhindern. Die Rohre sind in einem um sie herumgegossenen Betonkörper ein- gebettet, der mit der Grundplatte verbunden ist und in seinem oberen Teil einen Kegel 39 bildet. Dieser
Kegel stellt den Boden der Reaktionskammer des Reaktionsofens dar. Die Rohre geben das Chlor in den
Kegel über die Eintrittsöffnungen 35 an Stellen ab, die radial längs der Kegelwand angeordnet sind. Wie in der Zeichnung dargestellt, geben diese Eintrittsöffnungen 35 das Chlor in zwei Höhenlagen ab.
Man kann diese Eintrittsöffnungen gegebenenfalls auch in einer grösseren Anzahl von Höhenlagen anordnen.
Am unteren Ende des Kegels ist ein Austrittsrohr 43 angesetzt, durch welches ein Abzug von Material aus der Wirbelschicht erfolgen kann.
Bei der Durchführung des Verfahrens wird der Ofen auf geeignete Weise erhitzt, beispielsweise indem durch einen oder mehrere der Eintrittsstutzen 24,26 und 28 eine Schicht aus Koks oder einem andern
Kohlenstoffmaterial eingeführt wird. Der Koks wird entzündet, und durch die Leitungen 30 wird Luft eingeblasen, welche die Verbrennung unterstützt und den Koks verwirbelt. Wenn die Temperatur des Ofens auf den gewünschten Wert gebracht worden ist, der gewöhnlich über 500 C, vorzugsweise zwischen 700 und 900 C und selten über 1200 - 14000C liegt, kann der Chlorierungsprozess beginnen.
Die Schlacke oder ein ähnliches zu chlorierendes Material wird mit pulverisierter Kohle, Koks, Anthrazit oder einem gleichwertigen Kohlenstoffmaterial gemischt, dessen Teilchengrösse durchschnittlich etwa 100-900 jeu oder weniger beträgt und oft einen grossen Streubereich besitzt. Der Prozentsatz des Kohlenstoffzusatzes kann in Abhängigkeit von andern Bedingungen stark variieren, beispielsweise dem Sauerstoffgehalt der zugeführten Chlorgase, ist jedoch gewöhnlich so hoch, dass in der Wirbelschicht ein Kohlenstoffgehalt von 10 bis 50 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung der Schicht erhalten wird. Normalerweise wird das Erz-Kohlenstoff-Gemisch hergestellt, ehe es dem Ofen zugeführt wird. Man kann jedoch die Komponenten auch getrennt zuführen.
Zur Einleitung der Reaktion wird der Ofen vorerhitzt und dann ein Schlacke-Kohlenstoff-Gemisch in einer solchen Menge in den Ofen eingeführt, dass eine etwa 30 - 180 cm hohe Schicht gebildet wird. In den Behälter 42 wird Chlor mit oder ohne Luft oder Sauerstoff eingeführt und strömt in einer solchen Menge durch die Leitungen 30, dass eine Wirbelschicht gebildet wird.
Das auf diese Weise eingeführte Chlor chloriert die Metallkomponenten der Schicht, wobei Titantetrachlorid und Eisenchlorid gebildet und verdampft werden. Diese Chloride werden von der Schicht abgezogen und über die Leitung 18 einer Kondensationseinrichtung zugeführt. Durch die Chlorierung wird Wärme erzeugt, welche die Temperatur der Schicht auf der Reaktionstemperatur hält.
Die Reaktion kann kontinuierlich durchgeführt werden, indem der Schicht kontinuierlich weiteres Chlor, Schlacke und Kohlenstoff zugeführt und die Dämpfe von der Wirbelschicht abgezogen werden.
Durch Steuerung der Chlorierungsgeschwindigkeit kann die Temperatur der Schicht auf einem zweckmä- ssigen Wert gehalten werden. Bei niedriger Temperatur wird beispielsweise die zugeführte Chlormenge erhöht. Schlacke wird in einer solchen Menge zugeführt, dass die Schicht in stationärem Zustand, d. h. ohne Chlorströmung, stets eine Höhe von mindestens 30 cm hat.
Der Kohlenstoff wird in einer solchen Menge zugefuhrt, dass in der Reaktionsschicht eine beträchtliche Kohlenstoffkonzentration (gewöhnlich von 10 bis 50 Gew. -0/0) aufrecht erhalten wird.
Die Tiefe der Schicht und der Druckabfall an den Drosselstellen werden so aufeinander abgestimmt, dass der Druckabfall an der Drosselstelle im Vergleich mit dem Druckabfall in der Schicht beträchtlich ist. Normalerweise ist der Durchmesser der Drosselstellen so bestimmt, dass bei normalen Strömungsmen- gen des Chlors der Druckabfall in den Leitungen oder Rohren 30 mindestens halb so gross ist wie der Druckabfall in der Wirbelschicht.
<Desc/Clms Page number 4>
Ein Teil der Schicht wird periodisch oder kontinuierlich durch das Austragrohr 43 vom Boden des
Kegels abgezogen. Die auf diese Weise abgezogene Menge ist klein und beträgt selten mehr als
15 Gel.-% des der Schicht zugeführten Erzes.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, in der im Boden des Ofens mehrere Kegel vorgesehen sind. In diesem Falle ist ein grosser Ofen mit einer lichten Weise über 120 cm vorgesehen.
Der Ofen ist ähnlich wie der in Fig. 1 dargestellte ausgebildet. Er besitzt einen Schacht bzw. Reaktorteil 114, einen Oberteil 116 und einen Unterteil bzw. Chlorierungsteil 112. Der Reaktorteil hat Eintrittsstutzen 124 und 128 zur Einführung der in dem Ofen zu chlorierenden Schlacke. Wie in dem in Fig. 1 dargestellten Ofen hat der Oberteil eine Austrittsöffnung 118 für die entwickelten Dämpfe.
Der Unterteil 112 ist ähnlich wie der Unterteil 12 ausgebildet, jedoch im Boden mit mehreren Kegeln 139 versehen. Jeder Kegel hat eine Austrittsöffnung 143 zum Abführen von Teilen der Wirbelschicht. Das Chlor wird von dem Zuführungsrohr 145 in wie die Leitungen 30 ausgebildeten Leitungen 130 durch die Grundplatte 140 geführt und durch die Öffnungen 135 abgegeben.
Im Betrieb dieses Ofens können sich die grösseren Zusammenballungen von Wirbelschichtteilchen in den unteren Teilen der Kegel absetzen und werden durch die Austrittsöffnungen 143 abgezogen.
Es versteht sich, dass die Böden auch anders als konisch ausgebildet sein können, sofern der Boden nur mit einem oder mehreren sich verjüngenden oder geneigten Teilen versehen ist, die unterhalb der Chloreintrittsöffnungen einen Raum aufweisen, in dem Wirbelschichtfraktionen, die sonst die Wirbelschicht unwirksam machen würden, zwecks Entfernung aus der Chlorierungszone gesammelt werden können.
Beispiel l : Einem Schachtofen der vorstehend an Hand der Fig. 1 beschriebenen Art wird titanhaltiges Material zugeführt. Der Ofen besitzt einen mit chlorbeständigen Steinen ausgekleideten Aussenmantel und hat eine lichte Weite von etwa 60 cm.
Der Kegel im Boden des Schachts hat gegenüber der Horizontalen eine Neigung von 600. Gemäss Fig. l sind im Boden 18 Rohre oder Chlorleitungen 30 montiert, die mit je einer Drosselstelle versehen sind, welche bei einer normalen Chlorströmung einen Druckabfall von etwa 0,5 at erzeugt.
Das bei diesem Versuch verwendete titanhaltige Material bestand aus einer titanhaltigen Schlacke folgender Zusammensetzung :
EMI4.1
<tb>
<tb> Gew. <SEP> -0/0 <SEP> Tyler-SiebgrÏsse <SEP> Siebrückstand, <SEP> 0/0 <SEP>
<tb> Ti <SEP> 45, <SEP> 3
<tb> Ca <SEP> 0,61 <SEP> 65 <SEP> 30,4
<tb> C <SEP> 0,4 <SEP> 100 <SEP> 36,7
<tb> Fe <SEP> 8, <SEP> 2 <SEP> 115 <SEP> 12,5
<tb> Mg <SEP> 2,7 <SEP> 150 <SEP> 9,3
<tb> Al <SEP> l, <SEP> 7 <SEP> 170 <SEP> 5,0
<tb> Mn <SEP> 0, <SEP> 3 <SEP> 200 <SEP> 2,7
<tb> Si <SEP> 1,8 <SEP> Schale <SEP> 3,6
<tb> S <SEP> 0, <SEP> 04 <SEP>
<tb>
Zu Beginn des Versuches wurden 481 kg dieser Schlacke in den Ofen eingebracht. Durch Einführen eines Blasrohres in den Ofen oberhalb der Schlacke und Verbrennen von durch das Blasrohr eingeführtem Methangas wurde der Ofen auf 6500C erhitzt.
Nachdem die Temperatur auf 650 C gestiegen war, wurde Ölkoks eingebracht und der Reaktor durch die Chlorzuführungsleitungen mit Luft zur Verwirbelung der Charge und zum Zünden des Kokses beschickt. Als die Temperatur der Wirbelschicht 950 C erreicht hatte, wurde mit der Zufuhr von Chlor zum Reaktor durch die Rohre 30 in einer Menge von 390 kg/Std./m2 der Querschnittsfläche des Ofeninneren begonnen. Die Chlorierung wurde während einer Chlorierungszeit von etwa 70 Stunden durchgeführt, wobei der Versuch mehrmals unterbrochen wurde, um kleine Ausbesserungen der Anlage durchführen zu können. Schlacke und Koks wurden der Wirbelschicht in einer solchen Menge zugeführt, dass die Tiefe der Schicht aufrechterhalten wurde. Bei stationärer Schicht betrug diese Tiefe 100 - 230 cm.
Der eingeführte Koks betrug etwa 20 Grew.-% der eingeführten Schlacke. Von Zeit zu Zeit wurde dem Reaktor Sauerstoff zugeführt, um die Temperatur auf etwa 9500C zu halten. In den durch die Austrittsöffnung 18 abziehenden Gasen war wenig oder gar kein Chlor enthalten, woran zu erkennen ist, dass die Chlorierung einwandfrei vorgenommen wurde. Es wurden 8400 kg Titantetrachlorid erzeugt.
<Desc/Clms Page number 5>
Etwa alle 8 - 10 Stunden wurden durch die Austrittsöffnung 43 etwa 90 kg von der Wirbelschicht abgezogen. Der Calciumgehalt dieses abgezogenen Materials betrug etwa 1, 58-2, 04 pew.-%. Der durchschnittliche Ti-Gehalt des abgezogenen Materials betrug etwa 14%.
Beispiel 2 : Ein weiterer Versuch wurde wie in Beispiel 1 angegeben durchgeführt, wobei jedoch die anfängliche Schlackencharge 345 kg betrug und die Beschickung des Reaktors wie folgt war :
EMI5.1
<tb>
<tb> Schlacke <SEP> 75, <SEP> 25 <SEP> Gew.-lo <SEP>
<tb> Koks <SEP> 16, <SEP> 56 <SEP> Gew.-% <SEP>
<tb> Quarzsand <SEP> 8, <SEP> 19 <SEP> Gel.-%
<tb>
Nachdem die Temperatur der Ofencharge 5400C erreicht hatte, wurden 215 kg Quarzsand zugesetzt und die Erhitzung fortgesetzt. Nachdem die Temperatur 650 C erreicht hatte, wurde mit der Einbringung des Kokses begonnen. Als die Temperatur 950 C erreicht hatte und die Kokskonzentration der Schicht
16 Gew.-% betrug, wurde Chlor eingeleitet und mit einer regelmässigen Beschickung mit Erz und Koks begonnen.
Diese Chlorierung wird während einer Chlorierungszeit von 170 Stunden durchgeführt. Dabei wurde das Chlor in den Reaktor in einer Menge von 390 kg/Std./m des Reaktorquerschnitts und die Charge in einer Menge von 120 kg/Std. eingeführt. Die Kokskonzentration der Wirbelschicht wurde im Bereich von etwa 10 bis 25 Gel.-% der Wirbelschicht gehalten. Durch die Austrittsöffnung 43 wurden pro Stunde etwa 27 kg aus der Schicht abgezogen.
Im wesentlichen während der ganzen Versuchsdauer erfolgte kein Zusammenbacken und enthielten die Reaktionsgase kein unumgesetztes Chlor. Während des Versuches wurden 11000 kg Titantetrachlorid erzeugt.
Die Erfindung wurde zwar vorstehend an Hand bestimmter Einzelheiten von Ausführungsbeispielen der Erfindung erläutert, ist aber nicht auf diese Einzelheiten beschränkt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Chlorieren von titanoxydhaltigem Material, welches Erdalkalimetalloxyd als Verunreinigung enthält, insbesondere von titanhaitigen Schlacken, z. B. einer Schlacke, die bei der Reduk- tion von Ilmenit mit Kohlenstoff zwecks Bildung von metallischem Eisen und Schlacke anfällt und von der ein Teil des Eisens abgetrennt worden ist, durch Einwirken von Chlor auf dieses Material in Gegenwart von genügend Kohlematerial zur Bildung und Verdampfung von Titantetrachlorid, wobei das titanoxydenthaltende Material in einem aufsteigenden Chlorstrom verwirbelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil des die Verwirbelung bewirkenden Chlors auf einem über dem Boden der Kammer gelegenen Niveau in diese Kammer eingeführt wird und dass ein Teil der festen Teilchen der Wirbelschicht,
welche Erdalkalimetallchloride enthalten und welche sich unterhalb des Niveaus, auf dem das Chlor eingeführt wird, ansammeln, aus der Kammer abgezogen wird.