CN103896332B - 制备二氧化钛的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及制备二氧化钛的方法和系统。该方法包括:(1)通过燃烧二甲醚提供热量,对四氯化钛进行第一预热;(2)使铝粉和氯气反应生成三氯化铝,以便得到含有三氯化铝和四氯化钛的混合物,其中,铝粉和氯气反应所产生的热对四氯化钛进行第二预热;(3)通过燃烧二甲醚提供热量,对氧气进行第一预热;(4)通过燃烧甲苯提供热量,对经过第一预热的氧气进行第二预热;(5)将含有三氯化铝和四氯化钛的混合物与经过第二预热的氧气进行混合,并使得四氯化钛和氧气发生氧化反应,以便获得含有二氧化钛和氯气的氧化反应混合物;以及(6)对氧化反应混合物进行气固分离,以便分别获得二氧化钛和氯气。利用该方法能够有效地制备二氧化钛。

Description

制备二氧化钛的方法和系统
技术领域
[0001] 本发明涉及化工领域。更具体地,涉及一种制备二氧化钛的方法和系统。
背景技术
[0002] 目前生产二氧化钛的方法主要有硫酸法和氯化法。由于硫酸法的流程长,污染严重,产品质量差而逐步被氯化法取代。
[0003] CN 1066043公开了一种制备金红石型钛白粉的工艺方法,其包括1),将高钛渣与石油焦均匀混合后放入氯化炉中,通入氯气在800〜900°C温度下进行沸腾氯化,2),对氯化后得到的粗制四氯化钛进行分离提纯除去、镁、铁、硅和钒等杂质,得到精制四氯化钛,3),制得的精制四氯化钛液体在蒸发器中,转化为气相,并预热至450〜800°C,4),气相四氯化钛与少量的晶型转化剂气相三氯化铝混合进入氧化炉,氧气经等离子发生器加热进入氧化炉,在1300〜1500°C温度下,小于0.1秒内进行氧化反应生成固相二氧化钛,5),迅速将二氧化钛固体粉末移出反应区并使反应热在迅速移去,收集二氧化钛生成氯气返回氯化炉,6),将收集的二氧化钛颗粒粉末打浆成液体,经两级分选,小于1微米的细颗粒二氧化钛再进行后处理,粗颗粒研磨然后再分级,7),使用助剂在50〜70°C温度下pH=7〜8进行包膜后处理,8),将后处理后二氧化钛浆液,经两次过滤,进料含水小于45%,出料含水小于1%,9)在120〜160°C温度下干燥,超微粉碎,产品平均粒度在0.3 μπι以下占70%。
[0004] 然而,目前制备二氧化钛的手段仍有待改进。
发明内容
[0005] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此,本发明的一个目的在于提出一种能够有效制备二氧化钛的方法和系统。
[0006] 在本发明的第一方面,提出了一种制备二氧化钛的方法。根据本发明的实施例,该方法包括:(1)在四氯化钛预热器中,通过燃烧二甲醚提供热量,对四氯化钛进行第一预热;(2)将铝粉、氯气和所述经过第一预热的四氯化钛混合,并使所述铝粉和氯气反应生成三氯化铝,以便得到含有三氯化铝和四氯化钛的混合物,其中,所述铝粉和氯气反应所产生的热对所述四氯化钛进行第二预热;(3)通过燃烧二甲醚提供热量,对氧气进行第一预热;
(4)通过燃烧甲苯提供热量,对所述经过第一预热的氧气进行第二预热;(5)将步骤(2)中得到含有三氯化铝和四氯化钛的混合物与步骤(4)中得到的经过第二预热的氧气进行混合,并使得四氯化钛和氧气发生氧化反应,其中,在所述氧化反应装置中添加二氧化硅作为除疤砂,以便获得含有二氧化钛和氯气的氧化反应混合物;以及(6)对所述氧化反应混合物进行气固分离,以便分别获得二氧化钛和氯气。其中,对所述氧化反应混合物进行气固分离进一步包括:利用夹套冷却管,将所述氧化反应混合物进行冷却;利用袋式过滤器对所述氧化反应混合物进行气固分离,以便分别获得含有氯气的气体尾气以及包含二氧化钛和除疤砂的固体混合物;将所述固体混合物加入到基料制浆罐中,通过向所述基料制浆罐中加入除盐水而进行制浆;以及将所得到的浆料加入到除疤砂分离装置中,以便分离得到除疤砂和钛白粉浆料。通过该方法,能够有效地快速对四氯化钛氧化反应的原料进行预热,并且得到三氯化铝,从而可以有效地生成二氧化钛,进而可以提高制备二氧化钛的效率,降低制备二氧化钛的成本,并且,由于加入除疤砂,能够避免产生的二氧化钛晶粒在反应器壁上粘结,进而在高温情况下发展形成疤层。
[0007] 根据本发明的实施例,上述方法还可以具有下列附加技术特征:
[0008] 在本发明的一个实施例中,经过第一预热的四氯化钛的温度为不低于270摄氏度;经过第二预热的四氯化钛的温度为不低于350摄氏度;经过第一预热的氧气的温度为不低于750摄氏度;经过第二预热的氧气的温度为不低于1500摄氏度。由此,可以进一步提尚预热效率,从而提尚制备—■氧化钦的效率。
[0009] 在本发明的一个实施例中,在步骤(1)和步骤(3)中,所述对四氯化钛进行第一预热和对氧气进行第一预热,均为间接加热,在步骤(4)中,将甲苯与所述经过第一预热的氧气混合,并燃烧以便通过直接加热,对所述经过第一预热的氧气进行第二预热。由此,可以提尚热利用率,进一步提尚预热效率,从而提尚制备一■氧化钦的效率。
[0010] 在本发明的一个实施例中,在步骤(2)中,所述铝粉和氯气是按照质量比为1:1〜1:5的比例进行混合的,以便所述含有三氯化铝和四氯化钛的混合物中,所述三氯化铝的含量为0.01%〜0.1%。由此,可以使得铝粉和氯气在最适合的配比条件下发生反应,生成的三氯化铝的量适宜,从而有利于具有理想粒度的二氧化钛晶体的生成,进而提高二氧化钛的生产效率,并且发明人发现,如果三氯化铝的量过多或过少,都将影响钛白粉质量。
[0011] 在本发明的一个实施例中,在步骤(4)中,所述甲苯与所述经过第一预热的氧气的体积比是根据实际需要的温度而确定的,随着所需要温度的升高,甲苯的添加量逐渐增加。由此,可以进一步提尚预热效率,从而提尚制备一■氧化钦的效率。
[0012] 在本发明的又一方面,本发明提出了一种制备二氧化钛的系统。根据本发明的实施例,该系统包括:四氯化钛预热器,所述四氯化钛预热器采用二甲醚作为燃料,通过燃烧二甲醚提供热量,对四氯化钛进行第一预热;三氯化铝发生器,所述三氯化铝发生器与所述四氯化钛预热器相连,并且所述三氯化铝发生器中限定出反应空间,所述反应空间内适于将铝粉、氯气和所述经过第一预热的四氯化钛混合,使所述铝粉和氯气反应生成三氯化铝,以便得到含有三氯化铝和四氯化钛的混合物,其中,所述铝粉和氯气反应所产生的热对所述四氯化钛进行第二预热;氧气预热器,所述氧气预热器采用二甲醚作为燃料,通过燃烧二甲醚提供热量,对氧气进行第一预热;燃烧室,所述燃烧室适于将甲苯与经过第一预热的氧气进行混合,并且通过燃烧甲苯提供热量,对所述经过第一预热的氧气进行第二预热;氧化反应装置,所述氧化反应装置分别与所述三氯化铝发生器和所述燃烧室连接,以便将所述含有三氯化铝和四氯化钛的混合物与经过第二预热的氧气进行混合,并使得四氯化钛和氧气发生氧化反应,以便获得含有二氧化钛和氯气的氧化反应混合物;以及气固分离装置,所述气固分离装置与所述氧化反应装置相连,并且适于对所述氧化反应混合物进行气固分离,以便分别获得二氧化钛和氯气。其中,所述四氯化钛预热器包括:二甲醚燃烧室,所述二甲醚燃烧室采用二甲醚作为燃料,通过燃烧二甲醚产生热量;换热腔室,所述换热腔室与所述二甲醚燃烧室相连,并在所述换热腔室上部设置有烟气出口 ;以及四氯化钛管路,,用于所述四氯化钛管路穿过所述换热腔室,以便利用燃烧二甲醚产生热量的热量对所述四氯化钛进行加热。由此,可以有效地实施前述方法,从而能够有效地快速对四氯化钛氧化反应的原料进行预热,并且得到三氯化铝,从而可以有效地生成二氧化钛,进而可以提高制备二氧化钛的效率,降低制备二氧化钛的成本,同时采用二甲醚对四氯化钛和氧气进行预热,不仅热利用率高,且二甲醚为清洁能源,减少了环境污染。
[0013] 根据本发明的实施例,所述四氯化钛预热器包括多个四氯化钛管路。根据本发明的实施例,所述换热空间的内壁衬有耐火砖。根据本发明的实施例,所述四氯化钛管路包括四氯化钛进口和四氯化钛出口,其中,所述在所述换热腔室的轴向方向上,所述二甲醚燃烧室位于所述四氯化钛进口的下方,所述烟气出口位于所述四氯化钛出口的上方。由此,二甲醚燃烧产生的高温烟气通过对流作用对四氯化钛管路中的四氯化钛进行预热,热利用率较尚,能够提尚四氣化钦预热效率,进而提尚制备—■氧化钦的效率。
附图说明
[0014] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
[0015]图1是根据本发明一个实施例的制备二氧化钛的方法的流程示意图;
[0016]图2是根据本发明一个实施例的制备二氧化钛的系统的结构示意图;
[0017]图3是根据本发明又一个实施例的制备二氧化钛的方法的流程示意图;
[0018]图4是根据本发明又一个实施例的制备二氧化钛的方法的流程示意图;
[0019]图5是根据本发明又一个实施例的制备二氧化钛的系统的结构示意图;以及
[0020]图6是根据本发明又一个实施例的制备二氧化钛的系统的结构示意图。
具体实施方式
[0021] 下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
[0022] 在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0023] 需要说明的是,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
[0024] 在本发明的一个方面,提出了一种制备二氧化钛的方法。参考图3和4,根据本发明的实施例,该方法包括以下步骤:
[0025] (1)四氯化钛第一预热
[0026] 在该步骤中,在四氯化钛预热器中,通过燃烧二甲醚提供热量,对四氯化钛进行第一预热,以便使得经过第一预热的四氯化钛的温度达到不低于270摄氏度,其中,利用二甲醚燃烧对四氯化钛进行加热的方式不受特别限制。根据本发明的一些实施例,采用间接加热的方式,利用二甲醚燃烧产生的热量对四氯化钛进行第一预热。由此,能够有效利用燃烧性能好、热效率高的二甲醚对四氯化钛进行预热,并且二甲醚为清洁能源,燃烧过程中无残渣、无黑烟、在加热盘上积碳很少,几乎对热量的传递没有影响,同时减少了吹灰系统和检修工作的资金和人力投入,在保证了产品质量的基础上,还保护了环境。
[0027] (2)四氯化钛第二预热
[0028] 在该步骤中,将铝粉、氯气和所述经过第一预热的四氯化钛混合,并使所述铝粉和氯气反应生成三氯化铝,以便得到含有三氯化铝和四氯化钛的混合物,其中,所述铝粉和氯气反应所产生的热对所述四氯化钛进行第二预热,以便使得经过第二预热的四氯化钛的温度达到不低于350摄氏度。由此,可以有效利用铝粉和氯气反应所产生的热量对四氯化钛进行第二预热,从而提高预热效率,并达到节能减牦目的,且生成的三氯化铝能够有效作为二氧化钛结晶的晶核。
[0029] 根据本发明的实施例,铝粉、氯气和经过第一预热的四氯化钛混合的比例不受特别限制,本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择。根据本发明的一些具体示例,将所述铝粉和氯气按照质量比为1:1〜1:5进行混合。由此,可以使得铝粉和氯气在最适合的配比条件下发生反应,同时维持所述含有三氯化铝和四氯化钛的混合物中,所述三氯化铝的含量为0.01%〜0.1%,从而有利于具有理想粒度的二氧化钛晶体的生成,进而提高二氧化钛的生产效率,并且发明人发现,如果三氯化铝的量过多或过少,都将影响钛白粉质量。
[0030] (3)氧气第一预热
[0031] 在该步骤中,通过燃烧二甲醚提供热量,对氧气进行第一预热,以便使得经过第一预热的氧气的温度达到不低于750摄氏度,其中,加热的方式不受特别限制。根据本发明的一些实施例,采用间接加热的方式,利用二甲醚燃烧产生的热量对氧气进行第一预热。由此,可以有效地利用二甲醚燃烧产生的热量对四氯化钛进行加热,进而提高预热效率和二氧化钛生产效率,并且二甲醚为清洁能源,通过二甲醚燃烧提供热量,不仅热利用率高、能耗低,且环境污染小。
[0032] (4)氧气第二预热
[0033] 在该步骤中,通过燃烧甲苯提供热量,对所述经过第一预热的氧气进行第二预热,以便使得经过第二预热的氧气的温度达到不低于1500摄氏度。由此,可以进一步提高预热效率,从而提高制备二氧化钛的效率。
[0034] 根据本发明的实施例,利用甲苯燃烧产生的热量对氧气进行加热的方式不受特别限制。根据本发明的一些具体示例,可以将甲苯与所述经过第一预热的氧气混合,并燃烧以便通过直接加热的方式,对所述经过第一预热的氧气进行第二预热。由此,可以高效地利用甲苯燃烧的热量对氧气进行第二预热,从而进一步提高预热效率,进而提高制备二氧化钛的效率。
[0035] 根据本发明的实施例,甲苯与经过第一预热的氧气混合的比例不受特别限制。根据本发明的一些具体示例,将甲苯与经过第一预热的氧气的体积比根据实际需要的温度而确定,随着所需要温度的升高,甲苯的添加量逐渐增加。由此,可以进一步提高预热效率,进而提高二氧化钛的生产效率。
[0036] (5)氧化反应
[0037] 将步骤(2)中得到含有三氯化铝和四氯化钛的混合物与步骤(4)中得到的经过第二预热的氧气进行混合,并使得四氯化钛和氧气发生氧化反应,其中,在所述氧化反应装置中添加二氧化硅作为除疤砂,以便获得含有二氧化钛和氯气的氧化反应混合物。由此,可以高效的将四氯化钛氧化,生成二氧化钛,从而提高制备二氧化钛的效率,并且,由于加入除疤砂,能够避免产生的二氧化钛晶粒在反应器壁上粘结,进而在高温情况下发展形成疤层。
[0038] (6)气固分离
[0039] 在该步骤中,将步骤(5)中获得的氧化反应混合物进行气固分离,以便分别获得二氧化钛和氯气。由此,能够有效将二氧化钛与氯气分离,并且分离获得的氯气可以进一步用于对钛矿进行氯化处理,从而实现氯气的循环利用,进而达到节能减牦、保护环境的目的。
[0040] 在本发明的一个实施例中,对所述氧化反应混合物进行气固分离进一步包括:利用夹套冷却管,将所述氧化反应混合物进行冷却;利用袋式过滤器对所述氧化反应混合物进行气固分离,以便分别获得含有氯气的气体尾气以及包含二氧化钛和除疤砂的固体混合物;将所述固体混合物加入到基料制浆罐中,通过向所述基料制浆罐中加入除盐水而进行制浆;以及将所得到的浆料加入到除疤砂分离装置中,以便分离得到除疤砂和钛白粉浆料。其中,氧化反应混合物的温度为1800摄氏度,通过夹套冷却管可以快速的将所述氧化反应混合物冷却至300摄氏度,从而可以避免二氧化钛晶体在高温下迅速增长和相互粘结而结疤;经过气固分离获得的氯气可以循环利用,用于对含钛矿石进行氯化处理,从而达到节能减牦的目的,而在紧急状态时,可以将所述含有氯气的气体尾气经过碱液急冷和两级碱液洗涤后排放,由此,可以实现含有氯气的气体尾气的快速达标排放,减少环境污染;而将所述浆料加入到除疤砂分离装置中,分离获得的除疤砂经过洗涤、干燥和分级处理后,能够返回至所述氧化反应装置中进行循环使用,从而降低制备二氧化钛的成本。
[0041] 参考图5和6,在本发明的又一方面,本发明提出了一种制备二氧化钛的系统。根据本发明的实施例,该系统包括:四氯化钛预热器610、三氯化铝发生器620、氧气预热器630、燃烧室640、氧化反应装置600 (在本文中,也称为“氧化反应器”)、以及气固分离装置650。发明人发现,利用本发明的制备二氧化钛的系统,可以有效地实施本发明的制备二氧化钛的方法,从而能够有效快速地对四氯化钛氧化反应的原料进行预热,并且得到三氯化铝,从而可以有效地生成二氧化钛,进而可以提高制备二氧化钛的效率,降低制备二氧化钛的成本。
[0042] 根据本发明的实施例,所述四氯化钛预热器610采用二甲醚作为燃料,通过燃烧二甲醚提供热量,对四氯化钛进行第一预热。由此,能够提高预热效率,从而提高制备二氧化钛的效率。
[0043] 根据本发明的实施例,所述四氯化钛预热器包括:二甲醚燃烧室,所述二甲醚燃烧室采用二甲醚作为燃料,通过燃烧二甲醚产生热量;换热腔室,所述换热腔室与所述二甲醚燃烧室相连,并在所述换热腔室上部设置有烟气出口 ;以及四氯化钛管路,用于所述四氯化钛管路穿过所述换热腔室,以便利用燃烧二甲醚产生热量的热量对所述四氯化钛进行加热。由此,能够有效地利用二甲醚燃烧产生的热量,采用间接加热的方式,对四氯化钛进行加热,不仅热利用率较高,且二甲醚为清洁能源,能够减少环境污染。在本发明的一些实施例中,所述四氯化钛预热器包括多个四氯化钛管路。由此,能够有效提高四氯化钛预热效率。
[0044] 在本发明的一些实施例中,所述四氯化钛预热器包括多个四氯化钛管路。在本发明的另一些实施例中,所述四氯化钛管路包括四氯化钛进口和四氯化钛出口,其中,所述在所述换热腔室的轴向方向上,所述二甲醚燃烧室位于在所述四氯化钛进口的下方,烟气出口位于所述四氯化钛出口的上方。由此,二甲醚燃烧产生的高温烟气通过对流作用对四氯化钛管路中的四氯化钛进行预热,热利用率较高,能够提高四氯化钛预热效率,进而提高制备二氧化钛的效率。在本发明的一个实施例中,所述换热空间的内壁衬有耐火砖。由此,能够有效延长设备的使用寿命。
[0045] 根据本发明的实施例,所述三氯化铝发生器620与所述四氯化钛预热器610相连,并且所述三氯化铝发生器620中限定出反应空间,所述反应空间内适于将铝粉、氯气和所述经过第一预热的四氯化钛混合,使所述铝粉和氯气反应生成三氯化铝,以便得到含有三氯化铝和四氯化钛的混合物,其中,所述铝粉和氯气反应所产生的热对所述四氯化钛进行第二预热。由此,在获得三氯化铝的同时,可以有效利用铝粉和氯气反应所产生的热量对四氯化钛进行第二预热,从而提高预热效率,并达到节能减牦目的。
[0046] 根据本发明的实施例,铝粉、氯气和经过第一预热的四氯化钛混合的比例不受特别限制,本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择。根据本发明的一些具体示例,所述铝粉和氯气是按照质量比为1:1〜1:5的比例进行混合的。由此,可以使得铝粉和氯气在最适合的配比条件下发生反应,同时维持所述含有三氯化铝和四氯化钛的混合物中,所述三氯化铝的含量为0.01%〜0.1%,从而有利于具有理想粒度的二氧化钛晶体的生成,进而提高二氧化钛的生产效率,并且发明人发现,如果三氯化铝的量过多或过少,都将影响钛白粉质量。
[0047] 根据本发明的实施例,所述氧气预热器630采用二甲醚作为燃料,通过燃烧二甲醚提供热量,对氧气进行第一预热,以便使得经过第一预热的氧气的温度达到不低于750摄氏度。由此,可以有效地利用二甲醚燃烧产生的热量对四氯化钛进行加热,进而提高预热效率和二氧化钛生产效率,并且二甲醚为清洁能源,通过二甲醚燃烧提供热量,不仅热利用率高、能耗低,且环境污染小。
[0048] 根据本发明的实施例,氧气预热器包括:二甲醚燃烧室,所述二甲醚燃烧室采用二甲醚作为燃料,通过燃烧二甲醚产生热量;换热腔室,所述换热腔室与所述二甲醚燃烧室相连;以及氧气管路,用于所述氧气管路穿过所述换热腔室,以便利用燃烧二甲醚产生的热量对所述四氯化钛进行加热。由此,可以有效地利用二甲醚燃烧产生的热量对氧气进行加热,进而提高预热效率和二氧化钛生产效率,并且二甲醚为清洁能源,通过二甲醚燃烧提供热量,不仅热利用率高、能耗低,且环境污染小。
[0049] 根据本发明的实施例,所述燃烧室640适于将甲苯与经过第一预热的氧气进行混合,并且通过燃烧甲苯提供热量,对所述经过第一预热的氧气进行第二预热,以便使得经过第二预热的氧气的温度达到不低于1500摄氏度。由此,可以进一步提高预热效率,从而提高制备二氧化钛的效率。根据本发明的一些实施例,甲苯与经过第一预热的氧气混合的比例不受特别限制。根据本发明的一些具体示例,甲苯与经过第一预热的氧气按照体积比根据实际需要的温度而确定,随着所需要温度的升高,甲苯的添加量逐渐增加。由此,可以进一步提尚预热效率,进而提尚—■氧化钦的生广效率。
[0050] 根据本发明的实施例,所述氧化反应装置600分别与所述三氯化铝发生器620和所述燃烧室640连接,以便将所述含有三氯化铝和四氯化钛的混合物与经过第二预热的氧气进行混合,并使得四氯化钛和氧气发生氧化反应,其中,在所述氧化反应装置中添加二氧化硅作为除疤砂,以便获得含有二氧化钛和氯气的氧化反应混合物由此,可以高效的将四氯化钛氧化,生成二氧化钛,从而提高制备二氧化钛的效率,并且,由于加入除疤砂,能够避免产生的二氧化钛晶粒在反应器壁上粘结,进而在高温情况下发展形成疤层。
[0051] 根据本发明的实施例,所述气固分离装置650与所述氧化反应装置600相连,并且适于对所述氧化反应混合物进行气固分离,以便分别获得二氧化钛和氯气。由此,能够有效将二氧化钛与氯气分离,并且分离获得的氯气可以进一步与铝粉反应,从而实现氯气的循环利用,进而达到节能减牦、保护环境的目的。
[0052] 在本发明的一个实施例中,所述气固分离装置650进一步包括:夹套冷却管6510,所述夹套冷却管6510适于利用循环水,对所述氧化反应混合物进行快速冷却;以及袋式过滤器6520,所述袋式过滤器6520与所述夹套冷却管6510相连,并且适于对所述氧化反应混合物进行气固分离,以便分别获得二氧化钛和氯气。由此,能够高效快速地将氧化反应混合物冷却,从而避免二氧化钛晶体在高温下迅速增长和相互粘结而结疤,进一步气固分离可以将氯气循环利用,从而达到节能减牦的目的。
[0053] 另外,根据本发明的实施例,四氯化钛可以由含钛矿石氯化获得,为此,为了方便理解,下面对由矿石制备二氧化钛,且与本发明相兼容的制备二氧化钛的方法和系统进行描述,其中,在前面所描述的特征可以适用于下面所描述的内容,不再赘述。
[0054] 参考图1,根据本发明的实施例,该方法包括:
[0055] S100:氯化反应
[0056] 在该步骤中,将含钛矿石、还原剂供给到氯化反应器中,并向所述氯化反应器中供给氧气、空气和氯气,以便在所述氯化反应器中发生氯化反应,并且得到含有四氯化钛气体的氯化反应混合物,其中,所述还原剂为石油焦,所述含钛矿石为高钛渣或金红石钛矿。具体地,四氯化钛气体的生产主要是向氯化反应器内连续不断的添加钛矿(高钛渣或金红石)、还原性物质(石油焦),并连续不断的向反应器内通入氧气、压缩空气、(:12;且温度在850°C时,含钛矿石(高钛渣或金红石)和氯气连续发生反应持续生成TiCl4气体,反应方程式为:2Ti02+3C+4Cl2=2TiCl4+2C0+C02。在本发明的一个实施例中,所述氯化反应是在700〜900摄氏度的温度下进行的。优选地,氯化反应是在850摄氏度的温度下进行的。发明人经过大量实验意外发现,在850摄氏度下进行氯化反应,能够以显著优于其他温度的效率生成四氯化钛。
[0057] S200:第一气固分离
[0058] 在该步骤中,将前面步骤中所得到的氯化反应混合物进行气固分离处理,以便得到含有四氯化钛的气体混合物。根据本发明的实施例,进行第一气固分离的方法和装置可以是本领域中任何已知的手段。
[0059] S300:冷凝处理
[0060] 在该步骤中,对所述含有四氯化钛的气体混合物进行冷凝处理,以便得到液体四氯化钛。在本发明的一个实施例中,在该步骤中,进一步包括:将所述液体四氯化钛的一部分与所述含有四氯化钛的气体混合物接触,以便进行第一冷却处理;以及利用冷冻剂对经过第一冷却处理的气体混合物进行第二冷却处理,以便得到所述液体四氯化钛,其中,所述冷冻剂为温度-23摄氏度的R507冷凝介质。发明人发现,通过该冷却方法,能够有效地将含有四氯化钛的气体混合物进行冷却,从而实现对四氯化钛的进一步纯化。其中,对于第一冷却处理,能够有效地利用已经得到冷却的液体四氯化钛进行冷却,从而降低了生产二氧化钛的生产成本,另外,采用温度-23摄氏度的R507冷凝介质作为冷冻剂,是发明人通过大量筛选工作而意外获得的,并且发现,其能够以显著优于其他温度和类型的冷凝介质发挥作用。
[0061] S400:存储
[0062] 在该步骤中,将前面步骤所得到的所述液体粗四氯化钛存储在四氯化钛存储装置中。
[0063] S500:除钒处理
[0064] 在该步骤中,采用矿物油对所述液体粗四氯化钛进行除钒处理,以便对所述液体粗四氯化钛进行精制,以便得到经过精制的精四氯化钛,其中,所述经过精制的四氯化钛中钒的含量为3ppm以下。
[0065] S600:氧化反应
[0066] 在该步骤中,将前面步骤中得到的精四氯化钛与氧气供给到氧化反应器中,以便在所述氧化反应器中发生氧化反应TiCl4+02=Ti02+2Cl2,以便得到含有二氧化钛和氯气的氧化反应混合物。在本发明的一个实施例中,在将所得到的精四氯化钛与氧气供给到氧化反应器中之前,预先将所述精四氯化钛和氧气分别进行预热处理。在本发明的一个实施例中,预先将所述精四氯化钛和氧气分别预热至不低于350摄氏度和不低于1500摄氏度。由此,可以进一步提高制备二氧化钛的效率,降低制备二氧化钛的成本。发明人发现,通过将精四氯化钛和氧气分别预热至不低于350摄氏度和不低于1500摄氏度,可以显著有效地降低制备二氧化钛的成本。当温度过高时,预热所需要的成本会显著增加,而当温度过低时,则在氧化反应器中会消耗过多的能量。
[0067] S700:第二气固分离
[0068] 将前面步骤中得到的所述氧化反应混合物进行气固分离,以便分别得到固体二氧化钛和氯气。发明人发现,利用该方法能够有效地制备二氧化钛,进而通过对二氧化钛进行包膜处理,可以有效地获得粒度分布优异的钛白粉。在本发明的一个实施例中,进一步包括:将前面步骤中获得的氯气返回至氯化反应步骤中进行氯化反应。发明人发现,通过第二气固分离后得到的氯气,能够直接用于氯化反应,从而降低了生产二氧化钛的成本,减少了污染。
[0069] 在本发明的再一方面,本发明提出一种制备二氧化钛的系统。参考图2,根据本发明的实施例,该系统包括:氯化反应器100、第一气固分离装置200、冷凝装置300、四氯化钛存储装置400、精制装置500、氧化反应器600以及第二气固分离装置700。根根据本发明的实施例,氯化反应器100设置有钛矿石入口(图中未示出)、还原剂入口(图中未示出)、氧气入口(图中未示出)、空气入口(图中未示出)和氯气入口(图中未示出),以便将含钛矿石、还原剂供给到所述氯化反应器中,并向所述氯化反应器中供给氧气、空气和氯气,以便在所述氯化反应器中发生氯化反应,并且得到含有四氯化钛气体的氯化反应混合物,其中,所述还原剂为石油焦,所述含钛矿石为高钛渣或金红石钛矿。第一气固分离装置200与氯化反应器100相连,用于对所述氯化反应混合物进行气固分离处理,以便得到含有四氯化钛的气体混合物。冷凝装置300与第一气固分离200装置相连,用于对所述含有四氯化钛的气体混合物进行冷凝处理,以便得到液体四氯化钛。四氯化钛存储装置400与冷凝装置300相连,用于存储所述液体粗四氯化钛。精制装置500与四氯化钛存储装置400相连,并且适于采用矿物油对所述液体粗四氯化钛进行除钒处理,以便对所述液体粗四氯化钛进行精制,以便得到经过精制的精四氯化钛,其中,所述经过精制的四氯化钛中钒的含量为3ppm以下。氧化反应器600与精制装置500相连,并且设置有氧气入口(图中未示出),用于将所述精四氯化钛与氧气供给到氧化反应器600中,以便在氧化反应器600中发生氧化反应,以便得到含有二氧化钛和氯气的氧化反应混合物。第二气固分离装置700与氧化反应器600相连,用于对氧化反应混合物进行气固分离,以便分别得到固体二氧化钛和氯气。利用该系统,能够有效地实施前述制备二氧化钛的方法。
[0070] 在本发明的一个实施例中,所述冷凝装置300进一步包括:逆流冷却单元(图中未示出),所述逆流冷却单元设置有氯化反应混合物入口(图中未示出)和液体四氯化钛入口(图中未示出),以便在所述逆流冷却单元中将所述液体四氯化钛的一部分与所述含有四氯化钛的气体混合物逆流接触,以便进行第一冷却处理;以及管式换热器(图中未示出),所述管式换热器与所述逆流冷却单元相连,并且利用冷冻剂对经过第一冷却处理的气体混合物进行第二冷却处理,以便得到所述液体四氯化钛,其中,所述冷冻剂为温度-23摄氏度的R507冷凝介质。发明人发现,通过该冷却方法,能够有效地将含有四氯化钛的气体混合物进行冷却,从而实现对四氯化钛的进一步纯化。其中,对于第一冷却处理,能够有效地利用已经得到冷却的液体四氯化钛进行冷却,从而降低了生产二氧化钛的生产成本,另外,采用温度-23摄氏度的R507冷凝介质作为冷冻剂,是发明人通过大量筛选工作而意外获得的,并且发现,其能够以显著优于其他温度和类型的冷凝介质发挥作用。
[0071] 在本发明的一个实施例中,进一步包括:精四氯化钛预热装置(图中未示出),所述精四氯化钛预热装置与所述精制装置500和所述氧化装置600相连,以便预先将所述精四氯化钛进行预热处理;氧气预热装置(图中未示出),所述氧气预热装置与所述氧化装置600相连,以便预先对所述氧气进行预热处理。由此,可以进一步提高制备二氧化钛的效率,降低制备二氧化钛的成本。发明人发现,通过将精四氯化钛和氧气分别预热至不低于350摄氏度和不低于1500摄氏度,可以显著有效地降低制备二氧化钛的成本。当温度高过高时,预热所需要的成本会显著增加,而当温度过低时,则在氧化反应器中会消耗过多的能量。
[0072] 在本发明的一个实施例中,所述第二气固分离装置700与所述氯化反应器600相连,用于将所获得的氯气返回至所述氯化反应器100中进行氯化反应。发明人发现,通过第二气固分离后得到的氯气,能够直接用于氯化反应,从而降低了生产二氧化钛的成本,减少了污染。
[0073] 在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0074] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种制备二氧化钛的方法,其特征在于,包括: (1)在四氯化钛预热器中,通过燃烧二甲醚提供热量,对四氯化钛进行第一预热; (2)将铝粉、氯气和所述经过第一预热的四氯化钛在三氯化铝发生器中混合,并使所述铝粉和氯气反应生成三氯化铝,以便得到含有三氯化铝和四氯化钛的混合物,其中,所述铝粉和氯气反应所产生的热对所述四氯化钛进行第二预热; (3)通过燃烧二甲醚提供热量,对氧气进行第一预热; (4)通过燃烧甲苯提供热量,对所述经过第一预热的氧气进行第二预热; (5)将步骤(2)中得到含有三氯化铝和四氯化钛的混合物与步骤⑷中得到的经过第二预热的氧气进行混合,并使得四氯化钛和氧气发生氧化反应,其中,在所述氧化反应装置中添加二氧化硅作为除疤砂,以便获得含有二氧化钛和氯气的氧化反应混合物;以及 (6)对所述氧化反应混合物进行气固分离,以便分别获得二氧化钛和氯气, 其中,对所述氧化反应混合物进行气固分离进一步包括: 利用夹套冷却管,将所述氧化反应混合物进行冷却; 利用袋式过滤器对所述氧化反应混合物进行气固分离,以便分别获得含有氯气的气体尾气以及包含二氧化钛和除疤砂的固体混合物; 将所述固体混合物加入到基料制浆罐中,通过向所述基料制浆罐中加入除盐水而进行制浆;以及 将所得到的浆料加入到除疤砂分离装置中,以便分离得到除疤砂和钛白粉浆料,在步骤(2)中,所述铝粉和氯气是按照质量比为1:1〜1:5的比例进行混合的,以便所述含有三氯化铝和四氯化钛的混合物中,所述三氯化铝的含量为0.01%〜0.1%。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,经过第一预热的四氯化钛的温度为不低于270摄氏度; 经过第二预热的四氯化钛的温度为不低于350摄氏度; 经过第一预热的氧气的温度为不低于750摄氏度; 经过第二预热的氧气的温度为不低于1500摄氏度。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在步骤(1)和步骤(3)中,所述对四氯化钛进行第一预热和对氧气进行第一预热,均为间接加热, 在步骤(4)中,将甲苯与所述经过第一预热的氧气混合,并燃烧以便通过直接加热,对所述经过第一预热的氧气进行第二预热。
4.一种制备二氧化钛的系统,其特征在于,包括: 四氯化钛预热器,所述四氯化钛预热器采用二甲醚作为燃料,通过燃烧二甲醚提供热量,对四氯化钛进行第一预热; 三氯化铝发生器,所述三氯化铝发生器与所述四氯化钛预热器相连,并且所述三氯化铝发生器中限定出反应空间,所述反应空间内适于将铝粉、氯气和所述经过第一预热的四氯化钛混合,使所述铝粉和氯气反应生成三氯化铝,以便得到含有三氯化铝和四氯化钛的混合物,其中,所述铝粉和氯气反应所产生的热对所述四氯化钛进行第二预热; 氧气预热器,所述氧气预热器采用二甲醚作为燃料,通过燃烧二甲醚提供热量,对氧气进行第一预热; 燃烧室,所述燃烧室适于将甲苯与经过第一预热的氧气进行混合,并且通过燃烧甲苯提供热量,对所述经过第一预热的氧气进行第二预热; 氧化反应装置,所述氧化反应装置分别与所述三氯化铝发生器和所述燃烧室连接,以便将所述含有三氯化铝和四氯化钛的混合物与经过第二预热的氧气进行混合,并使得四氯化钛和氧气发生氧化反应,以便获得含有二氧化钛和氯气的氧化反应混合物;以及 气固分离装置,所述气固分离装置与所述氧化反应装置相连,并且适于对所述氧化反应混合物进行气固分离,以便分别获得二氧化钛和氯气, 其中,所述四氯化钛预热器包括: 二甲醚燃烧室,所述二甲醚燃烧室采用二甲醚作为燃料,通过燃烧二甲醚产生热量; 换热腔室,所述换热腔室与所述二甲醚燃烧室相连,并在所述换热腔室上部设置有烟气出口;以及 四氯化钛管路,所述四氯化钛管路穿过所述换热腔室,以便利用燃烧二甲醚产生的热量对所述四氯化钛进行加热。
5.根据权利要求4所述的系统,其特征在于,所述四氯化钛预热器包括多个四氯化钛管路。
6.根据权利要求4所述的系统,其特征在于,所述四氯化钛管路包括四氯化钛进口和四氯化钛出口, 其中, 所述换热腔室的轴向方向上,所述二甲醚燃烧室位于所述四氯化钛进口的下方,所述烟气出口位于所述四氯化钛出口的上方。
7.根据权利要求4所述的系统,其特征在于,所述换热腔室的内壁衬有耐火砖。
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