CN104150530B - 四氯化钛用除钒除铝试剂及其制备和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于四氯化钛生产领域，具体涉及一种四氯化钛用除钒除铝试剂及其制备和使用方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种可用于四氯化钛除钒除铝试剂。为解决上述技术问题，本发明的试剂按质量百分比由下述物质组成：三氯化钛6％～10.0％、二氯氧钛1％～2％、三氯化铝3.5％～5.0％，其余为四氯化钛。本发明中的试剂通过引入二氯氧钛，在除钒的过程中与粗四氯化钛中的三氯化铝反应生成络合物沉淀，达到了在除钒同时除铝的目的，在不引入除铝工序的前提下，避免了四氯化钛中铝超标，提升了四氯化钛精制工序的产出率。

Description

四氯化钛用除钒除铝试剂及其制备和使用方法

技术领域

本发明属于四氯化钛生产领域，具体涉及一种四氯化钛用除钒除铝试剂及其制备和使用方法。

背景技术

随着海绵钛和氯化法钛白的生产不断发展，市场需要大量的四氯化钛原料，而粗四氯化钛中含有许多杂质，必须经过精制除杂后才能得到精四氯化钛。由于四氯化钛中的主要有害杂质三氯氧钒的沸点127.2℃与四氯化钛的沸点135.9℃相近，相对挥发度为1.22，所以将两者高效的分离需要的回流比和理论塔板数都很大，能耗太高。因而，工业生产中，一般采用化学法除钒，其中最常见的即为铝粉除钒。

四氯化钛精制采用铝粉除钒时，需使用含三氯化钛的低价钛矿浆。在制备这种除钒用低价钛矿浆时，一般采用同时往铝粉与四氯化钛混合液中通入氮气、氯气反应制得除钒用低价钛矿浆。但粗四氯化钛中常含一定量的三氯化铝，在四氯化钛精制过程中如不能对粗四氯化钛中的铝进行有效去除，往往会造成精四氯化钛产品中的铝超标，从而影响四氯化钛精制工序的产出率。

因此，本领域技术人员需要一种能同时除钒除铝的试剂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可用于四氯化钛除钒除铝的试剂。为解决上述技术问题，本发明的试剂按质量百分比由下述物质组成：三氯化钛6％～10.0％、二氯氧钛1％～2％、三氯化铝3.5％～5.0％，其余为四氯化钛。

上述试剂在除钒除铝时，三氯化钛与三氯氧钒反应生成二氯氧钒沉淀，二氯氧钛与三氯化铝反应生成络合物沉淀，即可达到除钒的同时除铝的目的。

为提高除铝除钒效率，减少试剂的使用量，上述试剂按质量百分比优选由下述物质组成：三氯化钛8.8％～10.0％、二氯氧钛1.1％～1.5％、三氯化铝3.5％～5.0％，其余为四氯化钛。

除上述试剂外，本发明还提供上述试剂的制备方法。

上述试剂制备方法包括以下步骤：

a、将铝粉添加到四氯化钛中混合得混合液；

b、向步骤a所得混合液中通入氯气和空气，搅拌，当混合液温度升至120℃～130℃时，停止通入氯气和空气，冷却得产品；

其中，所述铝粉中活性铝含量≥85％。

上述制备方法中通入空气，可使生成二氯氧钛，同时空气中的氮气作为保护性气体，可起到防爆作用。

上述制备方法中，步骤b中化学反应属于放热反应，不需要加热即可使混合液温度升至120℃～130℃。步骤b混合液温度过高会使反应生成的三氯化钛板结，步骤b混合液温度过低会使反应不充分，生成的试剂中的三氯化钛含量过低，使用时需加大使用量，但使用量的加大会导致二氯氧钛的用量过大，含氧杂质在四氯化钛产品中累积，影响四氯化钛产品品质。

上述制备方法中，步骤a所述铝粉中活性铝含量＜85％，所得试剂中的三氯化钛含量过低，如增加试剂用量，会导致四氯化钛中铝杂质的累积，影响四氯化钛精制工序的产出率。

上述制备方法中，步骤a铝粉添加量过高会造成浪费并使制备的试剂中铝含量过高从而增加除铝负担，铝粉添加量过低会使制备的除钒试剂中的三氯化钛含量偏低，增大试剂的使用量；优选的，铝粉在四氯化钛中的添加量为30g/L～40g/L。

所述步骤b中，通入氯气和空气，空气压力大于氯气压力。如氯气压力大于空气压力则氯气进入空气管道，会造成空气管道腐蚀导致设备故障、发生安全事故。优选的，为缩短反应时间，提高所得试剂中三氯化钛和二氯氧钛的含量，气体优选压力满足下述至少一项：氯气压力为70KPa～80KPa；空气压力为130KPa～140Kpa。气体流量满足下述至少一项：空气流量为3m³/h～6m³/h；氯气流量为15m³/h～20m³/h。

具体的，为减少铝粉添加量，降低所得试剂中三氯化铝的含量，提高所得试剂中三氯化钛的含量，上述技术方案中铝粉优选粒度为D₉₈≤80μm。

上述四氯化钛用除钒除铝试剂的使用方法包括如下步骤：

a、按每吨四氯化钛加入60kg～80kg本发明所得除钒除铝试剂，混合；

b、升温至136℃～145℃，收集四氯化钛气体，蒸馏完成除钒除铝。

上述使用方法中步骤b所述蒸馏为采用本领域常规的除钒蒸馏。

上述使用方法中步骤b升温时，除钒除铝试剂与四氯化钛中VOCl₃、AlCl₃反应，四氯化钛汽化后可直接进入蒸馏塔蒸馏，含钒、铝杂质和其他杂质留在反应容器中，实现对粗四氯化钛中钒、铝等杂质的去除；也可冷凝液化后再送入蒸馏塔蒸馏，蒸馏可进一步提高四氯化钛的纯度。

本发明的有益效果如下：

本发明中所得的试剂通过引入二氯氧钛，在除钒的过程中与粗四氯化钛中的三氯化铝反应生成络合物沉淀，达到了在除钒同时除铝的目的，在不引入除铝工序的前提下，避免了四氯化钛中铝超标，提升了四氯化钛精制工序的产出率。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

四氯化钛除钒除铝试剂的制备方法包括以下步骤：

a、将铝粉添加到四氯化钛中混合得混合液；

b、向步骤a所得混合液中通入氯气和空气，搅拌，当混合液温度升至120℃～130℃时，停止通入氯气和空气，冷却得产品；

其中，所述铝粉中活性铝含量≥85％。

因粗四氯化钛中含有较多杂质，杂质的存在会导致使用本发明试剂时增加四氯化钛精制工序的除杂负荷，故上述方法中四氯化钛采用符合YS/T655-2207标准的四氯化钛。

因采用三氯化铝、铝粉、四氯化钛反应制备本发明中所述试剂的反应剧烈且难以控制，极易发生安全事故。故本发明所述试剂不能用三氯化铝、铝粉、四氯化钛反应，通入空气制备得到。

优选的，上述制备方法中步骤a铝粉在四氯化钛中的添加量为30g/L～40g/L。

上述制备方法所述步骤b中，通入氯气和空气，空气压力大于氯气压力。优选的，气体压力满足下述至少一项：氯气压力为70KPa～80KPa；空气压力为130KPa～140Kpa。优选的，气体流量满足下述至少一项：空气流量为3m³/h～6m³/h；氯气流量为15m³/h～20m³/h。

为避免氯气进入空气管道造成空气管道腐蚀、导致设备故障和安全事故，依照上述制备方法制备完成后须先停止通入氯气，再停止通入空气。

具体的，上述制备方法中铝粉优选粒度为D₉₈≤80μm。

经上述制备方法所得试剂按质量百分比由下述物质组成：三氯化钛6％～10.0％、二氯氧钛1％～2％、三氯化铝3.5％～5.0％，其余为四氯化钛。为提高除铝除钒效率，减少试剂的使用量，上述试剂按质量百分比优选由下述物质组成：三氯化钛8.8％～10.0％、二氯氧钛1.1％～1.5％、三氯化铝3.5％～5.0％，其余为四氯化钛。

本发明中的四氯化钛用除钒除铝试剂的使用方法包括如下步骤：

a、按每吨四氯化钛加入60kg～80kg本发明所得除钒除铝试剂，混合；

b、升温至136℃～145℃，收集四氯化钛气体，蒸馏完成除钒除铝。

步骤b升温时，除钒除铝试剂在蒸馏釜中与四氯化钛中VOCl₃、AlCl₃反应，四氯化钛汽化后进入蒸馏塔蒸馏；含钒、铝杂质和其他杂质留在蒸馏釜中，实现对粗四氯化钛中钒、铝等杂质的去除，蒸馏可进一步提高四氯化钛的纯度。

除钒原理：利用除钒除铝试剂中的TiCl₃与粗四氯化钛中的VOCl₃反应生成VOCl₂沉淀实现分离，化学反应式为：VOCl₃+TiCl₃＝VOCl₂+TiCl₄。

除铝原理：除钒除铝试剂中的二氯氧钛与四氯化钛中的AlCl₃反应生成络合物沉淀实现分离。

本发明中所述粗四氯化钛指未经精制除杂处理的四氯化钛，其中含有三氯氧钒等杂质。所述精四氯化钛指经精制除杂所得的四氯化钛。

本发明中所述铝粉粒度为D₉₈≤80μm是指98％的铝粉粒度≤80μm。

本发明还通过以下实例进一步加以说明，但并不因此将本发明的保护范围限制在实施例之中。

试验例1：按铝粉在四氯化钛中的添加量为30g/L～40g/L，将铝粉添加到四氯化钛中并搅拌均匀，通入空气后再通入氯气，氯气压力为70KPa、空气压力为130KPa、空气流量为3m³/h、氯气流量15m³/h，当反应温度达120℃时停止通入氯气、空气，制得的除钒除铝试剂中三氯化钛含量为8.9wt％，二氯氧钛含量为1.2wt％。

试验例2：按铝粉在四氯化钛中的添加量为30g/L～40g/L，将铝粉添加到四氯化钛中并搅拌均匀，通入空气后再通入氯气，氯气压力为80KPa、空气压力为130KPa、空气流量为3m³/h、氯气流量15m³/h，当反应温度达125℃时停止通入氯气、空气，制得的除钒除铝试剂中三氯化钛含量为9.1wt％，二氯氧钛含量为1.2wt％。

试验例3：按铝粉在四氯化钛中的添加量为30g/L～40g/L，将铝粉添加到四氯化钛中并搅拌均匀，通入空气后再通入氯气，氯气压力为80KPa、空气压力为140KPa、空气流量为4m³/h、氯气流量16m³/h，当反应温度达130℃时停止通入氯气、空气，制得的除钒除铝试剂中三氯化钛含量为9.5wt％，二氯氧钛含量为1.4wt％。

对比试验例：按铝粉在四氯化钛中的添加量为30g/L～40g/L，将铝粉添加到四氯化钛中并搅拌均匀，通入氮气后再通入氯气，氯气压力为70KPa、氮气压力为130KPa、氮气流量为3m³/h、氯气流量15m³/h，当反应温度达120℃时停止通入氯气、氮气，制得除钒除铝试剂。

实施例1：每吨粗四氯化钛加入60kg实施例1所得除钒除铝试剂，将粗四氯化钛、除钒除铝试剂加入蒸馏釜，控制蒸馏釜中混合溶液温度在136℃，四氯化钛气体汽化后进入蒸馏塔蒸馏，蒸馏所得的四氯化钛液体中钒去除率为99.1％、铝去除率为70％。

实施例2：每吨粗四氯化钛加入80kg实施例2所得除钒除铝试剂，将粗四氯化钛、除钒除铝试剂加入蒸馏釜，控制蒸馏釜中混合溶液温度在140℃，四氯化钛气体汽化后进入蒸馏塔蒸馏，蒸馏所得的四氯化钛液体中钒去除率为99.5％、铝去除率为72％。

实施例3：每吨粗四氯化钛加入100kg实施例3所得除钒除铝试剂，将粗四氯化钛、除钒除铝试剂加入蒸馏釜，控制蒸馏釜中混合溶液温度在142℃，四氯化钛气体汽化后进入蒸馏塔蒸馏，蒸馏所得的四氯化钛液体中钒去除率为99.6％、铝去除率为75％。

对比实施例：每吨粗四氯化钛加入80kg对比试验例所得除钒除铝试剂，将粗四氯化钛、除钒除铝试剂加入蒸馏釜，控制蒸馏釜中混合溶液温度在140℃，四氯化钛汽化后进入蒸馏塔蒸馏，蒸馏所得的四氯化钛液体中钒去除率为99％、铝去除率为50％。

由上述实施例对比可知，采用本发明方法制得的除钒除铝试剂应用于四氯化钛除钒除铝时，其除钒效率相比现有技术中试剂除钒效率略有提高，除铝效率显著优于现有技术中试剂的除铝效率，由现有技术中的50％去除率提升至70％～75％，有效的降低了精四氯化钛产品中的铝含量，提高了四氯化钛精制工序的产出率。

Claims (9)

1.四氯化钛用除钒除铝试剂，其特征在于：按质量百分比，由下述物质组成：三氯化钛6％～10.0％、二氯氧钛1％～2％、三氯化铝3.5％～5.0％，其余为四氯化钛；

所述四氯化钛用除钒除铝试剂的制备方法，包括以下步骤：

a、将铝粉添加到四氯化钛中混合得混合液；

b、向步骤a所得混合液中通入氯气和空气，搅拌，当混合液温度升至120℃～130℃时，停止通入氯气和空气，冷却得产品；

其中，所述铝粉中活性铝含量≥85％。

2.根据权利要求1所述的四氯化钛用除钒除铝试剂，其特征在于：按质量百分比，由下述物质组成：三氯化钛8.8％～10.0％、二氯氧钛1.1％～1.5％、三氯化铝3.5％～5.0％，其余为四氯化钛。

3.权利要求1或2所述的四氯化钛用除钒除铝试剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

a、将铝粉添加到四氯化钛中混合得混合液；

b、向步骤a所得混合液中通入氯气和空气，搅拌，当混合液温度升至120℃～130℃时，停止通入氯气和空气，冷却得产品；

其中，所述铝粉中活性铝含量≥85％。

4.根据权利要求3所述的四氯化钛用除钒除铝试剂的制备方法，其特征在于：所述步骤a中，铝粉在四氯化钛中的添加量为30g/L～40g/L。

5.根据权利要求3所述的四氯化钛用除钒除铝试剂的制备方法，其特征在于：所述步骤b中，通入氯气和空气，空气压力大于氯气压力。

6.根据权利要求5所述的四氯化钛用除钒除铝试剂的制备方法，其特征在于：满足下述至少一项：

所述步骤b中氯气压力为70kPa～80kPa；

空气压力为130kPa～140kPa。

7.根据权利要求3所述的四氯化钛用除钒除铝试剂的制备方法，其特征在于：满足下述至少一项：

空气流量为3m³/h～6m³/h；

氯气流量为15m³/h～20m³/h。

8.根据权利要求3所述的四氯化钛用除钒除铝试剂的制备方法，其特征在于：铝粉粒度为D₉₈≤80μm。

9.权利要求1或2所述的四氯化钛用除钒除铝试剂的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、按每吨四氯化钛加入60kg～80kg权利要求1或2所述的四氯化钛用除钒除铝试剂，混合；

b、升温至136℃～145℃，收集四氯化钛气体，蒸馏完成除钒除铝。