CN103523825B - 一种除钒用低价钛悬浮液的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种除钒用低价钛悬浮液的制备方法，所述方法包括以下步骤：a、在铝粉混合罐中加入精四氯化钛，然后加入铝粉并搅拌得到铝粉悬浮液，其中，精四氯化钛与铝粉的质量比为40～50：1；b、将所述铝粉悬浮液加入氯化反应罐中，加热至85～95℃后停止加热，通入氯气并搅拌，待氯化反应罐中的温度不再升高时，结束反应并获得低价钛悬浮液，其中，铝粉悬浮液与氯气的质量比为100～120:1，并且，步骤a和步骤b均在惰性气体保护下进行，氯化反应罐容积为铝粉混合罐容积的25～30％。本发明通过外加热的方式并减少氯气的加入量，以减少铝粉的消耗，进而减少低价钛悬浮液中AlCl3含量，增大TiCl3含量，提高低价钛悬浮液质量。
Description
技术领域
本发明属于海绵钛和钛白粉的生产技术领域，更具体地讲，涉及一种适用于粗四氯化钛精制除钒过程的低价钛悬浮液制备方法。
背景技术
由于V2O5的加碳氯化活性高于TiO2，因此氯化过程生产的粗四氯化钛中含有一定量的杂质钒。在海绵钛或氯化法钛白生产领域中，必须除去四氯化钛中的杂质钒才能满足原料要求。在粗四氯化钛中，杂质钒通常以VOCl3的形式存在，VOCl3的沸点为126.8℃，与四氯化钛的沸点接近，采用精馏的方法难以除去杂质钒，因此常采用化学法除去。
工业上常用的除钒方法有铜丝除钒法、铝粉除钒法、矿物油除钒法和硫化氢除钒法等。现有的除钒方法是现将铝粉与精四氯化钛混合制备铝粉悬浮液，直接向铝粉悬浮液中通入氯气，依靠铝粉与氯气反应的反应热使物料升温，待温度升高到90℃左右时，铝粉开始与四氯化钛反应生成TiCl3。该方法使用铝粉与氯气的反应热为热源，其铝粉消耗量大且AlCl3含量高，并且不同批次的铝粉混合液的温度不稳定，易造成制备的低价钛悬浮液中TiCl3含量低、AlCl3含量高、低价钛悬浮液质量不稳定等缺点。
本发明立足于解决低价钛悬浮液制备过程中的问题，提出了一种TiCl3含量高、AlCl3含量低、产品质量稳定的低价钛悬浮液制备方法。
发明内容
针对铝粉除钒过程中存在的诸多问题，本发明的目的在于提供一种TiCl3含量高、AlCl3含量低、产品质量稳定的除钒用低价钛悬浮液的制备方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种除钒用低价钛悬浮液的制备方法，所述方法包括以下步骤：a、在铝粉混合罐中加入精四氯化钛，然后加入铝粉并搅拌得到铝粉悬浮液，其中，精四氯化钛与铝粉的质量比为40～50：1；b、将所述铝粉悬浮液加入氯化反应罐中，加热至85～95℃后停止加热，通入氯气并搅拌，待氯化反应罐中的温度不再升高时，结束反应并获得低价钛悬浮液，其中，铝粉悬浮液与氯气的质量比为100～120:1，并且，步骤a和步骤b均在惰性气体保护下进行，氯化反应罐容积为铝粉混合罐容积的25～30％。
根据本发明的除钒用低价钛悬浮液的制备方法的一个实施例，所述铝粉混合罐包括负压装置且所述铝粉通过所述负压装置吸入所述铝粉混合罐中。
根据本发明的除钒用低价钛悬浮液的制备方法的一个实施例，所述负压装置为水力喷射泵。
根据本发明的除钒用低价钛悬浮液的制备方法的一个实施例，所述氯化反应罐包括能够实现加热或冷却功能的换热装置。
根据本发明的除钒用低价钛悬浮液的制备方法的一个实施例，所述氯气的压力为100～150kPa、流量为6～8m3。
根据本发明的除钒用低价钛悬浮液的制备方法的一个实施例，所述惰性气体为氮气或氩气。
根据本发明的除钒用低价钛悬浮液的制备方法的一个实施例，所述铝粉的堆积密度为0.8～1.0g/m3，盖水面积为8000-10000cm2/g，纯度大于99％且粒度大于80μm的比例小于0.8％，铝粉的活性大于85％。
本发明相对于现有技术而言，通过外加热以及分罐反应的方式减少氯气的加入量，以减少铝粉的消耗，进而减少低价钛悬浮液中AlCl3含量，增大TiCl3含量，提高低价钛悬浮液质量。
具体实施方式
在下文中，将结合示例性实施例具体描述本发明的除钒用低价钛悬浮液的制备方法。
为了实现增大TiCl3含量并降低AlCl3含量的目的，本发明具体采用外加热以及分罐进行反应的方式。具体地，根据本发明示例性实施例的除钒用低价钛悬浮液的制备方法包括以下步骤：
a、制备铝粉悬浮液；
在铝粉混合罐中加入精四氯化钛，然后加入铝粉并搅拌得到铝粉悬浮液，其中，精四氯化钛与铝粉的质量比为40～50：1。
b、将所述铝粉悬浮液加入氯化反应罐中，加热至85～95℃后停止加热，通入氯气并搅拌，待铝粉悬浮液与氯气的反应混合物的温度不再升高时，结束反应并获得低价钛悬浮液，其中，铝粉悬浮液与氯气的质量比为100～120:1。
其中，将a和b步骤分开在不同的罐体内进行主要是因为制备铝粉悬浮液过程中的铝粉吸入时间长，若将两步骤合并在同一个罐体进行的话会严重影响生产效率，并且考虑到生成TiCl3的过程放热较多，若罐体的溶剂过大也会导致放热量大，使体系温度难以控制。因此，本发明采用较大体积的铝粉混合罐和较小体积的氯化反应罐进行分步骤分罐体的反应，并优选地采用将制备的铝粉悬浮液分批次加入氯化反应罐中的操作方式。优选地，氯化反应罐的容积为铝粉混合罐的容积的25～30％，也即每制备1批次的铝粉悬浮液可以满足4批次的低价钛制备。
并且，若精四氯化钛与铝粉的质量比大于50，易导致制备的低价钛矿浆中的TiCl3含量不足；若精四氯化钛与铝粉的质量比小于40，则铝粉混合液中固相物含量（即铝粉）较高，会导致铝粉悬浮液和低价钛矿浆的流动性差，易堵塞各罐体的管道和阀门。
上述铝粉混合罐包括负压装置，铝粉则通过负压装置吸入铝粉混合罐中，具体地，负压装置可以为水力喷射泵，但不限于此。由于铝粉易爆炸，为了防止铝粉的爆炸并保护氯化反应罐内物料不被污染，本申请采用负压方式进行铝粉的加料，并且由于氯化反应罐和铝粉桶内均有惰性气体保护，采用惰性气体保护条件下的负压吸入方式可以有效地防止铝粉的爆炸风险，同时保护氯化反应罐内物料不被污染。为了提高混合的效果，铝粉混合罐还包括搅拌装置，搅拌时间可以根据物料量具体确定，一般来说20～30min即可。其中，所述铝粉的堆积密度为0.8～1.0g/m3，盖水面积为8000-10000cm2/g，纯度大于99％且粒度大于80μm的比例小于0.8％，铝粉的活性大于85％。
铝粉悬浮液加热到85～95℃左右时，铝粉与四氯化钛的反应可以被引发。
上述氯化反应罐包括能够实现加热或冷却功能的换热装置，即通过通入不同的介质实现加热或冷却的功能。具体地，通入蒸汽可以将铝粉悬浮液温度加热至所需温度，若反应温度过高，还可以通入冷却水以避免反应温度过高导致反应过于剧烈。为了促进混合反应，所述氯化反应罐也设有搅拌装置。
其中，本发明涉及的主要化学反应具体为：
2Al+3Cl2=2AlCl3
Al+3TiCl4=3AlCl3+TiCl3
即通入氯气后，氯气首先与部分铝粉反应生成三氯化铝，然后在三氯化铝的催化作用下，铝粉继续与四氯化钛反应生成三氯化钛，并继而形成四氯化钛液体与三氯化铝固体和三氯化钛的悬浮液，即低价钛悬浮液。本发明在步骤b中对铝粉悬浮液进行加热，从而可以保证氯化反应罐内的反应温度，同时有效降低了氯气的通入量并降低了铝粉的消耗量，使得更多的铝粉可以用于对四氯化钛的还原，进而提高TiCl3含量，降低AlCl3含量，提高铝粉利用率。待氯化反应罐中的温度不再升高时，则制备过程结束，一般而言，反应结束温度可达120～130℃。其中，氯气的通入量根据铝粉悬浮液的质量而定，即对氯气进行定量控制，具体地，氯气的压力为100～150Pa、流量为6～8m3，则氯气的通入时间可根据实际生产情况调整。
并且，步骤a和步骤b均在惰性气体保护下进行，惰性气体为氮气、氩气等。
下面结合具体示例对本发明做进一步描述。
示例一：
1、向铝粉混合罐中加入精四氯化钛100kg，负压吸入铝粉2.2kg，在氩气保护的前提下，搅拌20min得到铝粉悬浮液；
2、将铝粉悬浮液加入到氯化反应罐中，打开搅拌装置和加热装置，将铝粉悬浮液加热至85℃时，停止加热的同时通入氯气，氯气的压力为125KPa、流量为6.5m3，控制氯气通入时间使氯气通入量为1Kg，待反应温度不再上升时，停止通氯气和保护气体，反应结束。
实验过程中反应稳定，制备过程顺利，制备的低价钛悬浮液指标为：TiCl3含量为11.89％、AlCl3含量为4.02％。
示例二：
1、向铝粉混合罐中加入精四氯化钛400kg，负压吸入铝粉9kg，在氮气保护的前提下，搅拌30min得到铝粉悬浮液；
2、将铝粉悬浮液加入到氯化反应罐中，打开搅拌装置和加热装置，将铝粉悬浮液加热至90℃时，停止加热的同时通入氯气，氯气的压力为150KPa、流量为8m3，控制氯气通入时间使氯气通入量为4Kg，待反应温度不再上升时，停止通氯气和保护气体，反应结束。
实验过程中反应稳定，制备过程顺利，制备的低价钛悬浮液指标为：TiCl3含量为11.23％、AlCl3含量为4.52％。
综上所述，采用本发明制备的除钒用低价钛悬浮液，其中的TiCl3含量可达10～12％、AlCl3含量为4～5％，并且低价钛悬浮液的质量稳定、工艺可靠、低价钛含量高，低价钛活性好。
尽管已经具体描述了本发明的除钒用低价钛悬浮液的制备方法，但是本领域的技术人员应该知道，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种形式的改变。
Claims (7)
1.一种除钒用低价钛悬浮液的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
a、在铝粉混合罐中加入精四氯化钛，然后加入铝粉并搅拌得到铝粉悬浮液，其中，精四氯化钛与铝粉的质量比为40～50：1；
b、将所述铝粉悬浮液加入氯化反应罐中，加热至85～95℃后停止加热，通入氯气并搅拌，待氯化反应罐中的温度不再升高时，结束反应并获得低价钛悬浮液，其中，铝粉悬浮液与氯气的质量比为100～120:1，
并且，步骤a和步骤b均在惰性气体保护下进行，氯化反应罐容积为铝粉混合罐容积的25～30％。
2.根据权利要求1所述的除钒用低价钛悬浮液的制备方法，其特征在于，所述铝粉混合罐包括负压装置且所述铝粉通过所述负压装置吸入所述铝粉混合罐中。
3.根据权利要求2所述的除钒用低价钛悬浮液的制备方法，其特征在于，所述负压装置为水力喷射泵。
4.根据权利要求1所述的除钒用低价钛悬浮液的制备方法，其特征在于，所述氯化反应罐包括能够实现加热或冷却功能的换热装置。
5.根据权利要求1所述的除钒用低价钛悬浮液的制备方法，其特征在于，所述氯气的压力为100～150kPa、流量为6～8m3。
6.根据权利要求1所述的除钒用低价钛悬浮液的制备方法，其特征在于，所述惰性气体为氮气或氩气。
7.根据权利要求1所述的除钒用低价钛悬浮液的制备方法，其特征在于，所述铝粉的堆积密度为0.8～1.0g/m3，盖水面积为8000-10000cm2/g，纯度大于99％且粒度大于80μm的比例小于0.8％，铝粉的活性大于85％。
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