CN106006728A - 氯化法钛白粉的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钛白粉的制备方法，具体公开了一种氯化法钛白粉的制备方法，该方法的特点主要在于：从过滤器中分离出来氯气经冷却器冷却后使用氯气压缩机进行压缩，压缩后的低温氯气通过连接管返回到冷却管中与冷却管中的氧化反应出来的混合物进行混合，以对冷却管中的氧化反应混合物进行降温。本发明的优点在于：1）快速降低氧化反应后的混合物的温度；2）不会带入新的杂质到氧化反应混合物中；3）生产出的二氧化钛颗粒分散性好，粒径均匀，适于制备高品质颜料。
Description
技术领域
本发明涉及一种钛白粉生产工艺，尤其是一种氯化法钛白粉生产工艺。
背景技术
钛白粉是一种白色无机颜料，具有最佳的不透明性、最佳白度和光亮度和无毒等特性，被公认是目前世界上性能最好的白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品等工业。
氯化法生产钛白粉主要是将富钛原料与石油焦混合后，在氯化炉中进行氯化还原反应，生成含四氯化钛的混合物，从氯化炉顶部出来的混合物经过旋风除尘器分离渣、尘，得到粗四氯化钛；使粗四氯化钛中所含VOCl3等杂质与矿物油等反应除钒，并经精馏后得精制四氯化钛；精制四氯化钛在高温下与氧气反应生成二氧化钛基料，再经过后处理得到高档的金红石型钛白粉。该工艺的主要反应原理如下：
氯化反应 2TiO2+3C+4Cl2→2TiCl4+CO2+2CO
氧化反应 TiCl4+ O2→TiO2+2Cl2
在氧化过程中，制得的精制四氯化钛液体进行预热及在气相四氯化钛加入少量的晶型转化剂混合进入氧化炉与被预热到1300℃以上的氧气在氧化炉迅速混合，在1300～1800℃温度下，小于0.1秒内进行氧化反应生成固相二氧化钛；然后迅速将二氧化钛固体粉末移出反应区并使反应热迅速移去；将氧化炉内反应得到的氯气经过滤器分离出来返回氯化炉，同步经过滤器收集的二氧化钛颗粒粉末并打浆成液体，送后处理工序制成金红石型钛白粉成品。
氧化反应出来的混合物普遍采用循环水冷却管快速冷却到600℃以下即可，随后混合物直接进入过滤器气固分离，将二氧化钛和氯气进行分离，分离出来的二氧化钛进行制浆后送后处理进行产品处理包装，而氯气输送返回到氯化炉进行回用。
在专利CN103663550A中公开了一种采用氯化法制备二氧化钛的方法，其中在对氧化反应的气固分离中采用了如下方案：“利用循环水，对所述氧化反应混合物进行快速冷却；利用袋式过滤器对所述氧化反应混合物进行气固分离处理，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。”实验测得，单纯以循环水对氧化反应混合物进行冷却，在合理的冷却管长度下，只能将混合物温度降低到400℃～500℃，若需要冷却到较低温度，则需要超长的冷却管，但这又会存在设备易损坏，冷却时间过长等问题。并且经过氧化反应生成的二氧化钛颗粒必须快速冷却，否则会出现二氧化钛颗粒在高温下聚集导致二氧化钛颗粒粒径过大或粒径分布不均等问题，进而严重影响颜料的品质。
而若将400℃～500℃的混合物导入袋式过滤器进行过滤，由于混合物中含有大量高温的氯气，这对于分离氧化反应混合物的过滤器过流部件的选材较为苛刻，很多关键部件需选用镍基合金，即便如此，也不能避免因高温导致的过滤器损坏而导致的停产的风险。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种氯化法钛白粉的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：氯化法钛白粉的制备方法，包括以下步骤：
A、将钛原料与还原剂送入氯化炉中，通入氯气进行氯化；
B、对氯化后得到的粗制四氯化钛进行分离提纯除去杂质，得到精制四氯化钛；
C、制得的精制四氯化钛进入氧化炉与氧气在氧化炉中混合，进行氧化反应；
D、将得到的氧化反应混合物利用冷却管进行冷却；
E、使用过滤器过滤冷却后的氧化反应混合物，使氧化反应混合物中的二氧化钛和氯气分离；
F、从过滤器中分离出来氯气经冷却器冷却后使用氯气压缩机进行压缩，压缩后的低温氯气通过连接管返回到步骤D中所述的冷却管中与冷却管中的氧化反应混合物进行混合，以对冷却管中的氧化反应混合物进行降温；
G、从过滤器中取出二氧化钛，依次进行浆化、解聚、后处理。
在现有技术中，常使用循环水对氧化反应混合物进行冷却，但如背景技术所述，这种冷却方式存在很大的局限性，冷却效果较差；且在现有技术中，通常通过过滤器分离出来的氯气会直接返回氯化炉进行回收利用。本发明在对氯气回收利用之前，先将氯气经冷却器冷却后使用氯气压缩机进行压缩，再将冷却后的低温氯气通过连接管返回冷却管中与冷却管中的氧化反应混合物进行混合，由于冷却管中的混合物成分主要是氯气与二氧化钛，因此混入低温氯气不会带来新的杂质，同时低温氯气与冷却管中的高温氯气充分混合，气体温度以及其中的固体温度都得到迅速下降，再加上循环冷却水的共同作用，使得混合物可以迅速降到较低的温度，进而使得进入过滤器的氧化反应混合物具有更低的温度，有效防止过滤过程中过滤器因受高温氯气的影响而发生损坏。然后再将混合物中的氯气再次经过过滤器过滤后返回氯化炉中进行回收利用，该方法在解决过滤器因高温损坏问题的同时还充分利用了副产氯气资源，且经过快速冷却的二氧化钛颗粒分散性好，颗粒均匀，适于生产高品质颜料。
作为本发明的进一步改进，所述E步骤的过滤方法为：从冷却管出来的氧化反应混合物进入旋风分离器中进行气固分离，经旋风分离器分离后的氧化反应混合物再进入袋式过滤器进行二次分离。本发明在袋式过滤器一次分离的基础上增加了旋风分离器分离，形成二次分离，其作用在于：1）旋风分离器对混合物进行分离的过程中，混合物高速运动，温度得到进一步降低，使得进入袋式过滤器的混合物温度更低，对袋式过滤器的要求进一步降低；2）经过旋风分离器分离后，混合物中大部分二氧化钛固体被分离出来，使得进入袋式过滤器的二氧化钛的量大大减少，因此在袋式过滤器过滤过程中，附着在滤袋上的二氧化钛颗粒大大减少，从而减少了使用惰性气体冲洗滤袋的频率，使得混入氯气中的惰性气体含量降低，分离所得的氯气纯度提高。
作为上述方案的进一步改进，在所述旋风分离器外围增加夹套冷却器，并将F步骤中所述的压缩后的低温氯气通入旋风分离器中与氧化反应混合物混合，以对旋风分离器中的氧化反应混合物进行降温。旋风分离器中的混合物在旋风分离器、夹套冷却器、低温氯气的共同作用下温度迅速下降，使进入袋式过滤器的温度进一步降低，由此可降低对滤袋材质的要求。
作为本发明的进一步改进，将F步骤中所述的压缩后的低温氯气作为袋式过滤器滤袋的反冲洗气体，以清理附着在滤袋上的二氧化钛固体从而防止滤袋堵塞。本方案以压缩后的低温氯气替代氮气作为袋式过滤器的反冲洗气体，防止分离出来的氯气中混入惰性气体，提高氯气纯度，以减少分离后的氯气返回氯化炉时新鲜氯气的补充通入量。
作为本发明的进一步改进，所述C步骤的氧化方法具体为：通过燃料燃烧对通过预热器的四氯化钛进行间接加热气化预热至300℃～500℃；气态的四氯化钛进入沸腾床三氯化铝发生器中，利用气态四氯化钛和定量加入的氯气与沸腾床三氯化铝发生器中的流态化铝球进行反应，反应放出的热量对四氯化钛进行再次预热至350℃～600℃；通过燃料燃烧对通过预热器的氧气间接加热，然后进入燃烧器与燃料燃烧进行直接换热，将氧气的温度加热到1300℃以上；经预热后的四氯化钛和高温氧气经混合后进行氧化反应，反应温度1300℃～1800℃；氧化反应过程中使用氮气作为防止结疤的隔离气膜，使用除疤剂进行除疤。
该方案中，主要是采用了沸腾床结构的三氯化铝发生器，以将铝粉熔融为流态化铝球，使氧化反应均匀稳定地发生，防止因铝粉使用不当而发生爆炸。
作为上述技术方案的进一步改进，所述除疤剂为水溶性颗粒盐。现有技术多使用石英砂作为除疤剂，因为石英砂可反复回收利用，但在除疤过程不可避免会产生石英砂的磨损，这些磨损下的石英砂细小微粒会进入钛白粉中而难以彻底分离出来。本发明采用水溶性颗粒盐取代石英砂作为除疤剂，完成除疤后，水溶性颗粒盐通过在过滤器过滤后进行制浆、洗涤、干燥就能实现盐与钛白粉产品的完全分离。该技术方案更适于生产高品质的钛白粉。
本发明的有益效果是：1）大大降低氧化反应后的混合物进入过滤器的温度，防止过滤器因高温而损坏，防止高温停产事故，降低对过滤器材质的要求；2）使用氯气对氧化反应混合物降温不会带入新的杂质到氧化反应混合物中，不会给后续工艺增加新的问题；3）充分利用了副产氯气资源；4）氧化反应过程安全可靠，二氧化钛产品纯度高，经过快速冷却的二氧化钛颗粒分散性好，颗粒均匀，适于生产高品质颜料。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
图2是本发明的设备示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1本发明的氯化法钛白粉的制备方法，包括以下步骤：
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900℃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预热器中，预热转化为气相。
4、通过天然气等燃烧对通过预热器的四氯化钛进行间接加热汽化预热至400℃；气态的四氯化钛继续进入三氯化铝发生器中，利用气态四氯化钛和定量加入的氯气与三氯化铝发生器中的流态化铝球进行反应，反应放出的热量对四氯化钛进行再次预热至500℃。
5、通过天然气燃烧对通过预热器的氧气间接加热，然后进入燃烧器与燃料燃烧进行直接换热，将氧气的温度预热到1400℃。
6、经预热后的四氯化钛和高温氧气经混合后在极短时间内（小于0.1秒）进行氧化反应，反应后主要产生固体二氧化钛和氯气，反应的混合物温度高达1300℃～1800℃，使用氮气作为防止结疤的隔离气膜、使用水溶性颗粒盐进行除疤。
7、从氧化反应出来的混合物利用循环水冷却管进行快速冷却降温（此时混合物温度可冷却至400℃～500℃）。
8、冷却后的混合物进入旋风分离器进行第一次气固分离，使部分二氧化钛固体与氯气分离，旋风分离器外围增加夹套冷却器，使得混合物温度进一步降低（此时混合物温度可降低至350℃～450℃）；然后经旋风分离器分离出来的混合物进入袋式过滤器中进行第二次分离。
9、从上述袋式过滤器中分离出来氯气经冷却器冷却后采用氯气压缩机进行压缩，压缩后的低温氯气一部分通过连接管返回到步骤7中所述的冷却管中与冷却管中的氧化反应混合物进行混合，以对冷却管中的氧化反应混合物进行降温，使得步骤7中从冷却管出来的混合物的温度降低至约250℃～300℃。另一部分压缩后的低温氯气则做为袋式过滤器的反冲洗气体，以清理附着在滤袋上的二氧化钛固体从而防止滤袋堵塞。
10、经降温后的混合物再进入步骤8的旋风分离器进行进一步冷却，并将所述的压缩后的低温氯气通入旋风分离器中与氧化反应混合物混合，以对旋风分离器中的氧化反应混合物进行降温。此时混合物温度可降低至150℃～250℃，然后经旋风分离器分离出来的混合物进入袋式过滤器中进行第二次分离。
11、将经旋风分离器和袋式过滤器收集到的二氧化钛送入制浆罐进行制浆，然后送入后处理制得金红石型钛白粉；分离出来的氯气则返回氯化炉继续使用。
Claims (7)
1.氯化法钛白粉的制备方法，包括以下步骤：
A、将钛原料与还原剂送入氯化炉中，通入氯气进行氯化；
B、对氯化后得到的粗制四氯化钛进行分离提纯除去杂质，得到精制四氯化钛；
C、制得的精制四氯化钛进入氧化炉与氧气在氧化炉中混合，进行氧化反应；
D、将得到的氧化反应混合物利用冷却管进行冷却；
E、使用过滤器过滤冷却后的氧化反应混合物，使氧化反应混合物中的二氧化钛和氯气分离；
G、从过滤器中取出二氧化钛，依次进行浆化、解聚、后处理；
其特征在于：所述E步骤与G步骤之间还有F步骤，所述F步骤为：
F、从过滤器中分离出来氯气经冷却器冷却后使用氯气压缩机进行压缩，压缩后的低温氯气通过连接管返回到步骤D中所述的冷却管中与冷却管中的氧化反应混合物进行混合，以对冷却管中的氧化反应混合物进行降温。
2.根据权利要求1所述的氯化法钛白粉的制备方法，其特征在于：所述E步骤的过滤方法为：从冷却管出来的氧化反应混合物进入旋风分离器中进行气固分离，经旋风分离器分离后的氧化反应混合物再进入袋式过滤器进行二次分离。
3.根据权利要求2所述的氯化法钛白粉的制备方法，其特征在于：在所述旋风分离器外围增加夹套冷却器，并将F步骤中所述的压缩后的低温氯气通入旋风分离器中与氧化反应混合物混合，以对旋风分离器中的氧化反应混合物进行降温。
4.根据权利要求2所述的氯化法钛白粉的制备方法，其特征在于：将F步骤中所述的压缩后的低温氯气作为袋式过滤器滤袋的反冲洗气体，以清理附着在滤袋上的二氧化钛固体从而防止滤袋堵塞。
5.根据权利要求1所述的氯化法钛白粉的制备方法，其特征在于：所述E步骤中的过滤器为袋式过滤器，将F步骤中所述的压缩后的低温氯气作为袋式过滤器滤袋的反冲洗气体，以清理附着在滤袋上的二氧化钛固体从而防止滤袋堵塞。
6.根据权利要求1～5任一权利要求所述的氯化法钛白粉的制备方法，其特征在于：所述C步骤的氧化方法具体为：通过燃料燃烧对通过预热器的四氯化钛进行间接加热气化预热至300℃～500℃；气态的四氯化钛进入沸腾床三氯化铝发生器中，利用气态四氯化钛和定量加入的氯气与沸腾床三氯化铝发生器中的流态化铝球进行反应，反应放出的热量对四氯化钛进行再次预热至350℃～600℃；通过燃料燃烧对通过预热器的氧气间接加热，然后进入燃烧器与燃料燃烧进行直接换热，将氧气的温度预热到1300℃以上；经预热后的四氯化钛和高温氧气经混合后进行氧化反应，反应温度1300℃～1800℃；氧化反应过程中使用氮气作为防止结疤的隔离气膜，使用除疤剂进行除疤。
7.根据权利要求6所述的氯化法钛白粉的制备方法，其特征在于：所述除疤剂为水溶性颗粒盐。
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