CN211035263U - 二氧化钛合成系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种二氧化钛合成系统。上述合成系统包括：钛铁矿供应装置、还原熔炼单元、氯化反应单元和氧化单元；还原熔炼单元设置有加料口和高钛渣排出口，加料口与钛铁矿供应装置相连通；氯化反应单元设置有高钛渣入口、氯气入口及四氯化钛排出口，高钛渣入口与高钛渣排出口通过高钛渣输送管路相连通；及氧化单元设置有四氯化钛入口和二氧化钛排出口，四氯化钛入口与四氯化钛排出口通过四氯化钛输送管路相连通。采用本申请提供的二氧化钛合成系统能够大大提升工艺的环保性，同时其还具有易于操作、制备周期短及成本低等优点。

Description

二氧化钛合成系统

技术领域

本实用新型涉及冶金领域，具体而言，涉及一种二氧化钛合成系统。

背景技术

我国钛资源比较丰富，除少量钛铁砂矿外，主要以钛铁岩矿为主，但国内钛铁岩矿品位低，杂质含量高，不能直接满足氯化法钛白对原料的要求，仅适宜作硫酸法钛白的原料。由于硫酸法钛白生产过程中产生大量难以治理、污染环境的“三废”，近年来全球硫酸法钛白产能急剧萎缩。因此，寻求经济、环保、合理的钛原料处理方法，将我国丰富的钛铁矿资源加工成高纯钛白粉是我国钛白和钛材产业发展的当务之急。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种二氧化钛合成系统，以解决现有以钛铁矿为原料制备二氧化钛的方法存在不环保的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的提供了一种二氧化钛合成系统，上述合成系统包括：钛铁矿供应装置、还原熔炼单元、氯化反应单元和氧化单元；还原熔炼单元设置有加料口和高钛渣排出口，加料口与钛铁矿供应装置相连通；氯化反应单元设置有高钛渣入口、氯气入口及四氯化钛排出口，高钛渣入口与高钛渣排出口通过高钛渣输送管路相连通；及氧化单元设置有四氯化钛入口和二氧化钛排出口，四氯化钛入口与四氯化钛排出口通过四氯化钛输送管路相连通。

进一步地，还原熔炼单元包括：还原熔炼装置和余热回收装置，还原熔炼装置设置有加料口、高钛渣排出口、液态金属出口和烟气出口；烟气出口与余热回收装置相连通，以回收烟气中的余热。

进一步地，还原熔炼单元还包括第一冷却装置，第一冷却装置设置在高钛渣输送管路上。

进一步地，还原熔炼单元还包括第二冷却装置，第二冷却装置用于对从液态金属出口排出的液态金属进行冷却。

进一步地，氯化反应单元还包括：氯化反应装置、除杂剂供应装置和精馏装置，氯化反应装置设置有四氯化钛入口和四氯化钛粗产品排出口；及除杂剂供应装置设置由除杂剂供应口；及精馏装置设置有精馏入口、除杂剂入口和二氧化钛排出口，除杂剂入口与除杂剂供应口通过除杂剂输送管路相连通，精馏入口与四氯化钛粗产品排出口通过四氯化钛粗产品输送管路相连通，以去除四氯化钛粗产品中的钒元素。

进一步地，氯化反应装置为气固流化床反应器。

进一步地，氯化反应单元还包括急冷装置，急冷装置设置在四氯化钛输送管路上。

进一步地，氯化反应单元还包括旋风除尘装置和淋洗装置，旋风除尘装置和淋洗装置均设置在急冷装置与精馏装置之间的四氯化钛输送管路上，且沿物料的流动方向，旋风除尘装置设置在淋洗装置的上游。

进一步地，氯化反应单元还包括深冷装置、双效换热装置及尾气淋洗装置，深冷装置、双效换热装置及尾气淋洗装置均设置在淋洗装置与精馏装置之间的四氯化钛输送管路上，且沿物料的流动方向，深冷装置设置在双效换热装置的上游，尾气淋洗装置设置在双效换热装置的下游，深冷装置中设置有-25℃的制冷剂。

进一步地，氧化单元包括：氧化反应装置和三氯化铝反应装置，氧化反应装置设置有四氯化钛入口；三氯化铝反应装置设置在四氯化钛排出口与四氯化钛入口之间的管路上，且三氯化铝反应装置用于以铝和氯气为原料制备三氯化铝。

进一步地，三氯化铝反应装置设置有反应腔，四氯化钛排出口与反应腔的进口相连，且四氯化钛入口与反应腔的出口相连；或者三氯化铝反应装置的内部设置有反应腔和预热通道，且反应腔和预热通道之间通过传热部件隔离，四氯化钛排出口与预热通道的进口相连，且四氯化钛入口与预热通道的出口相连；反应腔还设置有三氯化铝排出口，三氯化铝排出口与四氯化钛入口通过三氯化铝入口相连通。

进一步地，氧化单元还包括预热装置和氧气供应装置，氧气供应装置与氧化反应装置通过氧气供应管路相连通，预热装置设置在氧气供应管路上，以对氧气供应管路中的氧气进行预热。

应用本实用新型的技术方案，将上述合成系统用于制备二氧化钛产品，整个过程中不涉及酸性试剂的使用，且也不产生对环境有害的废弃物；同时在还原熔炼单元中，钛元素被富集，得到钛含量较高的富钛渣，利用富钛渣进行后续的氯化反应及氧化反应，有利于缩短工艺周期。因而采用本申请提供的二氧化钛合成系统能够大大提升工艺的环保性，同时其还具有易于操作、制备周期短及成本低等优点。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本实用新型的一种典型的实施方式提供的二氧化钛合成系统的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、钛铁矿供应装置；

20、还原熔炼单元；21、还原熔炼装置；22、余热回收装置；23、第一冷却装置；24、第二冷却装置；30、氯化反应单元；31、氯化反应装置；32、急冷装置；33、旋风除尘装置； 34、淋洗装置；35、深冷装置；36、双效换热装置；37、尾气淋洗装置；38、精馏装置；39、除杂剂供应装置；40、氧化单元；41、氧化反应装置；42、三氯化铝反应装置；43、预热装置；44、氧气供应装置；45、除氯装置；46、双氧水供应装置。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本实用新型。

正如背景技术所描述的，现有的以钛铁矿为原料制备二氧化钛的方法存在不环保的问题。为了解决上述技术问题，本申请提供了一种二氧化钛合成系统，如图1所示，该合成系统包括：钛铁矿供应装置10、还原熔炼单元20、氯化反应单元30和氧化单元40。还原熔炼单元 20设置有加料口和高钛渣排出口，加料口与钛铁矿供应装置10相连通；氯化反应单元30设置有高钛渣入口、氯气入口及四氯化钛排出口，高钛渣入口与高钛渣排出口通过高钛渣输送管路相连通；及氧化单元40设置有四氯化钛入口和二氧化钛排出口，四氯化钛入口与四氯化钛排出口通过四氯化钛输送管路相连通。

上述制备方法的反应原理为：钛铁矿由钛铁矿供应装置10输送至还原熔炼装置21中进行还原熔炼过程，以将钛铁矿中的铁元素还原，并以液态的形式存在，这能够使钛铁矿中的钛元素进行富集形成固态的富钛渣。通过简单的分离即可实现金属相与富钛渣的分离。然后将钛元素含量较高的富钛渣与氯气在氯化反应装置31中发生氯化反应制备四氯化钛。最后将由氯化反应单元30中制得的四氯化钛输送至氧化单元40中进行氧化反应，得到所需的二氧化钛。

将上述合成系统用于制备二氧化钛产品，整个过程中不涉及酸性试剂的使用，且也不产生对环境有害的废弃物；同时在还原熔炼单元20中，钛元素被富集，得到钛含量较高的富钛渣，利用富钛渣进行后续的氯化反应及氧化反应，有利于缩短工艺周期。因而采用本申请提供的二氧化钛合成系统能够大大提升工艺的环保性，同时其还具有易于操作、制备周期短及成本低等优点。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，还原熔炼单元20包括：还原熔炼装置21和余热回收装置22。还原熔炼装置21设置有加料口、高钛渣排出口、液态金属出口和烟气出口；烟气出口与余热回收装置22相连通，以回收烟气中的余热。

在还原熔炼装置21中进行的还原熔炼反应通常是在较高的温度下进行，因而还原熔炼过程中排出的烟气具有较高的热量。将还原熔炼装置21的烟气出口与余热回收装置22相连通，有利于将烟气中的热量回收，从而有利于减低能源损耗，提高能源利用率。优选地，上述余热回收装置22为余热锅炉。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，还原熔炼单元20还包括第一冷却装置23，第一冷却装置23设置在高钛渣输送管路上。在高钛渣输送管路上设置第一冷却装置23能够将输出的高钛渣富钛渣进行冷却，上述第一冷却装置23优选为喷水淋洗装置34。这能够实现快速冷却的目的。优选地，将上述富钛渣经过破碎装置和研磨装置的处理后，再将其输送至后续的氯化反应单元30。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，还原熔炼单元20还包括第二冷却装置24，第二冷却装置24用于对从液态金属出口排出的液态金属进行冷却。优选地，第二冷却装置24为铜水套冷却装置，且该铜水套冷却装置设置在金属相排出口。优选地，将经第二冷却装置24 冷却后的金属相进行铸锭。

由于高钛渣中含有较多的杂质氧化物，如钙氧化物、镁氧化物及硅的氧化物，在生产过程中钙氧化物、镁氧化物与产品四氯化钛能够得到分离，而硅的氯化物会进入到四氯化钛产品中，给四氯化钛产品的提纯造成了较大的困难，使熔盐氯化炉在熔盐氯化生产过程中无法长周期稳定运行，特别给后续钛白粉生产造成困难。而本申请通过将钛铁矿在还原熔炼装置 21进行还原熔炼，从而使钛元素得到富集，同时富钛渣中杂质含量也进一步降低，以利于后续的氯化反应的进行。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，氯化反应单元30还包括氯化反应装置31、除杂剂供应装置39和精馏装置38。氯化反应装置31设置有四氯化钛入口和四氯化钛粗产品排出口；及除杂剂供应装置39设置由除杂剂供应口；及精馏装置38设置有精馏入口、除杂剂入口和二氧化钛排出口，除杂剂入口与除杂剂供应口通过除杂剂输送管路相连通，精馏入口与四氯化钛粗产品排出口通过四氯化钛粗产品输送管路相连通，以去除四氯化钛粗产品中的钒元素。优选地，上述除杂剂供应装置39为矿物油供应装置或植物油供应装置。

在氯化反应装置31中，富钛渣与氯气发生氯化反应，得到四氯化钛粗产品。除杂剂由除杂剂供应装置39中输送至氯化反应装置31中与上述四氯化钛粗产品进行混合，这能够使四氯化钛粗产品中的杂质与除杂剂发生络合反应，形成大分子络合物。然后将经络合反应后得到的反应体系输送至精馏装置38中进行精馏反应，以将上述大分子络合物脱除。

优选地，氯化反应装置31为气固流化床反应器。

将富钛渣及氯气在气固流化床反应器中进行氯化反应，一方面在能够提高富钛渣与氯气的接触面积，提高反应速率；另一方面还能够将生成的四氯化钛及时移出，从而抑制副反应的产生，提高四氯化钛的纯度及后续的二氯化钛产品的纯度。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，氯化反应单元30还包括急冷装置32。急冷装置 32设置在四氯化钛输送管路上。

由于从氯化反应装置31中得到的四氯化钛粗产品具有较高的温度，将其通入氯化反应单元30中设置的急冷装置32后，在较低温度的喷淋液与较高温度的四氯化钛粗产品接触的过程中，四氯化钛粗产品中的四氯化钛能够通过蒸发形成四氯化钛气体，从而使四氯化钛粗产品得到净化，得到一次净化气，并起到降温的效果。此外四氯化钛粗产品中的粉尘经急冷装置32的喷淋处理后，能够返回氯化反应装置31中继续参与反应。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，氯化反应单元30还包括旋风除尘装置33和淋洗装置34，沿物料的流动方向，旋风除尘装置33和淋洗装置34均设置在急冷装置32与精馏装置38之间的四氯化钛输送管路上，且沿物料的流动方向，旋风除尘装置33设置在淋洗装置34的上游。在急冷装置32与精馏装置38之间的四氯化钛输送管路上设置旋风除尘装置33 和淋洗装置34，能够将一次净化气中的粉尘进行进一步地脱除，从而得到二次净化气。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，氯化反应单元30还包括深冷装置35、双效换热装置36及尾气淋洗装置37，深冷装置35、双效换热装置36及尾气淋洗装置37均设置在急冷装置32与精馏装置38之间的四氯化钛输送管路上，且沿物料的流动方向，双效换热装置 36的上游，尾气淋洗装置37设置在双效换热装置36的下游，上述深冷装置35中设置有-25℃的制冷剂。

双效换热器是一种可以同时含有冷热介质的换热器。将二次净化气经过深冷装置35进行深冷处理，深冷后的二次净化气具有一定的冷量，其再经过双效换热装置36与混合气进行换热，回收二次净化气中的冷量，最后将经双效换热装置处理后的气体送至尾气淋洗装置37，以进行进一步地水洗除尘处理。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，氧化单元40包括氧化反应装置41和三氯化铝反应装置42，氧化反应装置41设置有四氯化钛入口，四氯化钛入口与四氯化钛排出口通过四氯化钛输送管路相连通，三氯化铝反应装置42设置在四氯化钛排出口与四氯化钛入口之间的管路上，且三氯化铝反应装置42用于以铝和氯气为原料制备三氯化铝。

氯气和金属铝发生反应生成三氯化铝的反应为放热反应。而氧化反应在较高的温度下进行，将三氯化铝反应中放出的反应热用于对四氯化钛进行加热，这能够将上述反应热用于对于四氯化钛进行预热，还能够有效的回收三氯化铝反应过程得到的反应热，进而节约氧化反应过程中的热消耗。

具体地，在一种优选的实施例中，三氯化铝反应装置42设置有反应腔，四氯化钛排出口与反应腔的进口相连，且四氯化钛入口与反应腔的出口相连。

将四氯化钛排出口与反应腔的进口相连，三氯化铝排出口与四氯化钛入口通相连通，能够向氧化反应装置41中加入三氯化铝，而三氯化铝的加入有利于降低二氧化钛产品的粒径，提高其分散度。

在一种优选的实施例中，三氯化铝反应装置42的内部设置有反应腔和预热通道，且反应腔和预热通道之间通过传热部件隔离，四氯化钛排出口与预热通道的进口相连，且四氯化钛入口与预热通道的出口相连；反应腔还设置有三氯化铝排出口，三氯化铝排出口与四氯化钛入口通过三氯化铝入口相连通。优选地，传热部件可以是金属隔板等能导热的器件。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，氧化单元40还包括预热装置43和氧气供应装置44，所述氧气供应装置44与所述氧化反应装置41通过氧气供应管路相连通，所述预热装置43设置在所述氧气供应管路上，以对氧气供应管路中的氧气进行预热。优选地，上述预热装置43为燃气燃烧锅炉。通过预热装置43能够将氧气升温至900～960℃，然后再吸收氧化反应器中甲苯燃烧过程中释放的热量，以使其升温至1700～1800℃。然后将预热后的四氯化钛和预热后的氧气进行氧化反应，得到含二氧化钛固态、氯气、氧气的气固混合物。然后在除氯装置45中去除上述气固混合物中的氯气，得到所需的二氧化钛产品。

优选地，如图1所示，氧化单元40还包括双氧水供应装置46，双氧水供应装置46用于向除氯装置45中供应双氧水，以通过氧化反应去除残留的氯气。

实施例1

采用图1所示的装置制备钛白粉。

钛铁矿和焦炭按7:1质量比配料进行还原熔炼，得到富钛渣和铁金属相，熔炼烟气经余热锅炉燃烧副产蒸汽，燃烧的烟气降温至170℃经布袋收尘器收尘后达标排放。富钛渣中钛含量为93wt％，钛回收率98％。

富钛渣和焦炭按3:1质量比配料与氯气在流化床反应器中发生氯化反应，氯化反应的反应温度为950～1050℃，反应压力为110～150KPa。反应生成的含四氯化钛的混合气经急冷淋洗、除尘、降温冷凝后得到四氯化钛液体粗产品。氯化反应的收率为95％。

四氯化钛粗产品经白色矿物油(武汉华泰)除钒后进行精馏，四氯化钛粗产品与矿物油的重量比为1：0.001～0.003，精制四氯化钛中钒含量为5ppm。

精制四氯化钛经加热汽化后与三氯化铝、氯化钾、高温氧气进入氧化炉内反应，反应温度为1400℃，反应后的气固混合物经处理后得到钛白粉。氧化反应收率为99％。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：

将上述合成系统用于制备二氧化钛产品，整个过程中不涉及酸性试剂的使用，且也不产生对环境有害的废弃物；同时在还原熔炼单元中，钛元素被富集，得到钛含量较高的富钛渣，利用富钛渣进行后续的氯化反应及氧化反应，有利于缩短工艺周期。因而采用本申请提供的二氧化钛合成系统能够大大提升工艺的环保性，同时其还具有易于操作、制备周期短及成本低等优点。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种二氧化钛合成系统，其特征在于，所述合成系统包括：

钛铁矿供应装置(10)；

还原熔炼单元(20)，所述还原熔炼单元(20)设置有加料口和高钛渣排出口，所述加料口与所述钛铁矿供应装置(10)相连通；

氯化反应单元(30)，所述氯化反应单元(30)设置有高钛渣入口、氯气入口及四氯化钛排出口，所述高钛渣入口与所述高钛渣排出口通过高钛渣输送管路相连通；及

氧化单元(40)，所述氧化单元(40)设置有四氯化钛入口和二氧化钛排出口，所述四氯化钛入口与所述四氯化钛排出口通过四氯化钛输送管路相连通。

2.根据权利要求1所述的合成系统，其特征在于，所述还原熔炼单元(20)包括：

还原熔炼装置(21)，所述还原熔炼装置(21)设置有所述加料口、所述高钛渣排出口、液态金属出口和烟气出口；

余热回收装置(22)，所述烟气出口与所述余热回收装置(22)相连通，以回收烟气中的余热。

3.根据权利要求2所述的合成系统，其特征在于，所述还原熔炼单元(20)还包括第一冷却装置(23)，所述第一冷却装置(23)设置在所述高钛渣输送管路上。

4.根据权利要求3所述的合成系统，其特征在于，所述还原熔炼单元(20)还包括第二冷却装置(24)，所述第二冷却装置(24)用于对从所述液态金属出口排出的液态金属进行冷却。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的合成系统，其特征在于，所述氯化反应单元(30)还包括：

氯化反应装置(31)，所述氯化反应装置(31)设置有所述四氯化钛入口和四氯化钛粗产品排出口；及

除杂剂供应装置(39)，所述除杂剂供应装置(39)设置由除杂剂供应口；及

精馏装置(38)，所述精馏装置(38)设置有精馏入口、除杂剂入口和所述二氧化钛排出口，所述除杂剂入口与所述除杂剂供应口通过除杂剂输送管路相连通，所述精馏入口与所述四氯化钛粗产品排出口通过四氯化钛粗产品输送管路相连通，以去除四氯化钛粗产品中的钒元素。

6.根据权利要求5所述的合成系统，其特征在于，所述氯化反应装置(31)为气固流化床反应器。

7.根据权利要求5所述的合成系统，其特征在于，所述氯化反应单元(30)还包括急冷装置(32)，所述急冷装置(32)设置在所述四氯化钛输送管路上。

8.根据权利要求7所述的合成系统，其特征在于，所述氯化反应单元(30)还包括旋风除尘装置(33)和淋洗装置(34)，所述旋风除尘装置(33)和所述淋洗装置(34)均设置在所述急冷装置(32)与所述精馏装置(38)之间的所述四氯化钛输送管路上，且沿物料的流动方向，所述旋风除尘装置(33)设置在所述淋洗装置(34)的上游。

9.根据权利要求8所述的合成系统，其特征在于，所述氯化反应单元(30)还包括深冷装置(35)、双效换热装置(36)及尾气淋洗装置(37)，所述深冷装置(35)、双效换热装置(36)及尾气淋洗装置(37)均设置在所述淋洗装置(34)与所述精馏装置(38)之间的所述四氯化钛输送管路上，且沿物料的流动方向，所述深冷装置(35)设置在所述双效换热装置(36)的上游，所述尾气淋洗装置(37)设置在所述双效换热装置(36)的下游，所述深冷装置(35)中设置有-25℃的制冷剂。

10.根据权利要求5所述的合成系统，其特征在于，所述氧化单元(40)包括：

氧化反应装置(41)，所述氧化反应装置(41)设置有所述四氯化钛入口；

三氯化铝反应装置(42)，所述三氯化铝反应装置(42)设置在所述四氯化钛排出口与所述四氯化钛入口之间的管路上，且所述三氯化铝反应装置(42)用于以铝和氯气为原料制备三氯化铝。

11.根据权利要求10所述的合成系统，其特征在于，

所述三氯化铝反应装置(42)设置有反应腔，所述四氯化钛排出口与所述反应腔的进口相连，且所述四氯化钛入口与所述反应腔的出口相连；或者

所述三氯化铝反应装置(42)的内部设置有反应腔和预热通道，且所述反应腔和所述预热通道之间通过传热部件隔离，所述四氯化钛排出口与所述预热通道的进口相连，且所述四氯化钛入口与所述预热通道的出口相连；所述反应腔还设置有三氯化铝排出口，所述三氯化铝排出口与所述四氯化钛入口通过三氯化铝入口相连通。

12.根据权利要求11所述的合成系统，其特征在于，所述氧化单元(40)还包括预热装置(43)和氧气供应装置(44)，所述氧气供应装置(44)与所述氧化反应装置(41)通过氧气供应管路相连通，所述预热装置(43)设置在所述氧气供应管路上，以对所述氧气供应管路中的氧气进行预热。

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