CN212799663U - 四氯化钛生产中混合熔盐产物的精制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了四氯化钛生产中混合熔盐产物的精制装置。该装置由用于镁液消除混合熔盐溶液中有害杂质氯化锰及氯化亚铁的熔盐精制室、用于循环进行精制过程的熔盐循环室及用于缓冲储存精制合格的熔盐室组成。采用金属镁液和混合熔盐中的氯化锰和氯化亚铁分别发生还原反应，生成的金属锰溶入镁液形成为镁锰液可用于生产含锰镁合金产品；生成的金属铁一部分溶解于镁液中，过量的析出进入炉底渣中；生成的氯化镁进入熔盐中。既除去了混合溶盐中的有害杂质氯化锰和氯化亚铁，满足了镁电解原料要求，实现了混合熔盐的有效利用，又使作为精制剂的金属镁转化为一种增值了的镁锰中间合金产品直接用于生产常规镁合金产品。

Description

四氯化钛生产中混合熔盐产物的精制装置

技术领域

本实用新型涉及四氯化钛生产中废物利用技术领域，具体涉及四氯化钛生产中混合熔盐产物的精制装置。

背景技术

在海绵钛生产过程中，在两个环节会有氯化镁产出。一是在四氯化钛还原工序，该工序产出的熔融氯化镁纯度高，因而其直接作为电解镁的原料加入镁电解槽，镁电解槽产出的镁液和氯气又直接用于海绵钛生产的原料，不仅使四氯化钛还原工序副产的熔融氯化镁得以完全利用，而且实现了熔融氯化镁、镁液和氯气在海绵钛生产企业的内部循环利用，这可以大大降低海绵钛生产成本。二是，传统沸腾法制备四氯化钛工序产出的氯化镁基混合熔盐，但是这种传统沸腾法制备四氯化钛工序产出的氯化镁基混合熔盐，由于其品质低，除含有钛、镁、钙、铁、锰、铝及硅等的金属氧化物杂质外，还含有氯化锰及氯化亚铁杂质，因而无法利用，只能当作炉渣废弃处理，这不仅造成了有价物料的巨大浪费，而且对生态环境造成了不良影响。

本申请人就制备四氯化钛已经申请了发明专利，申请号202010705154.6，名称《一种适合我国钛资源特点的制备四氯化钛新工艺及装置》，该方法中产生的混合熔盐，根据所采用的高钛渣原料和工艺特点测算出，混合熔盐的基本组分大致为：80％的MgCl₂、10％的CaCl₂、6.5％的MnCl₂、3.5％的FeCl₂，1吨海绵钛约产出0.45吨混合熔盐。

经过调研发现，这种混合熔盐仍然尚无市场需求，但是对于镁电解工艺而言，混合熔盐中所含的杂质氯化锰和氯化亚铁具有极大的危害性，研究表明：当电解质中含0.115％氯化锰时，电流效率为86％；当电解质中含0.229％氯化锰时，电流效率为81～84％；当电解质中含1.60％氯化锰时，电流效率为62％。电解质中氯化锰含量增加到0.69％，锰在粗镁中的浓度增加到2.4％；电解质中氯化锰含量的进一步增加，则不会进一步引起粗镁中锰含量的增加。镁电解工艺对混合熔盐中氯化锰的最大允许含量是0.137％，即要将该混合熔盐中所含的氯化锰含量降低至0.137％以下。

当电解质中含0.023％氯化亚铁时，电流效率为88～90％；当电解质中含0.113％氯化亚铁时，电流效率为84.6％；当电解质中含0.227％氯化亚铁时，电流效率为80.5％；当电解质中含0.68％氯化亚铁时，电流效率为69.3％。由于镁电解正常温度为700℃，此时铁在镁液中的溶解度为0.03～0.05％，因而粗镁中铁的含量基本维持在0.03～0.05％，已查明，镁电解工艺对混合熔盐中不引起电流效率和粗镁质量明显降低的氯化亚铁的最大允许含量是0.113％，即要将该混合熔盐中所含的氯化亚铁的含量降低至≤0.113％。

综上所述，如果我们想办法能将混合熔盐中的有害杂质氯化锰和氯化亚铁含量分别控制在≤0.137％和≤0.113％，就可以将产物混合熔盐就地用于海绵钛厂配套的镁电解原料，作为平衡镁电解连续稳定生产的有效调节方式，将其中的主体组分氯化镁电解生产金属镁和氯气，剩余的氯化钙作为电解质的必要组分用于电解质损耗补充，这样不但可以就地解决这部分混合熔盐的有效利用问题，而且还可以进一步强化海绵钛生产的经济性。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型针对新型沸腾法制备四氯化钛生产中产出的混合熔盐提供一种适宜的精制装置及使用方法，以满足电解镁原料要求，实现其充分利用。提供了四氯化钛生产中混合熔盐产物的精制装置。

本实用新型四氯化钛生产中混合熔盐产物的精制装置的技术方案如下：

四氯化钛生产中混合熔盐产物的精制装置，该装置由熔盐精制室2、循环精制室3和成品熔盐室4组成,其特征在于：所述熔盐精制室2、循环精制室3和成品熔盐室4用耐火材料砌筑于一个炉壳1内；炉壳1顶部设置有一个公共的密封主盖5；所述循环精制室3设置于炉壳1中间，所述熔盐精制室2与成品熔盐室4在所述循环精制室3的两测；所述熔盐精制室2和循环精制室3之间设置有拱墙6，通过拱墙6底部的拱形通道7连通；所述成品熔盐室4与循环精制室3之间用隔离墙8隔开；避免了未精制合格的熔盐混入合格的精制熔盐中，确保精制后的熔盐不被污染；所述主盖5上，在所述熔盐精制室2、循环精制室3和成品熔盐室4正上方依次设置有辅盖一9、辅盖二10和辅盖三11；所述主盖5上，在所述熔盐精制室2、循环精制室3和成品熔盐室4上方前端依次设置有液位计安装孔一12、测温计安装孔一13；液位计安装孔二14、测温计安装孔二15；液位计安装孔三16、测温计安装孔三17；所述主盖5上还设置有一个尾气主排出管18，所述熔盐精制室2、循环精制室3和成品熔盐室4各引出一个尾气支排出管19与尾气主排出管18连通；所述主盖5上还设置有保护气通入口92；所述辅盖一9上开设有取样口一91；所述辅盖二10上开设有取样口二101；所述辅盖三11上设有精制熔盐出料口111；所述辅盖一9上开设的连接口一93和辅盖二10上开设的连接口二102通过熔盐循环输送管20将熔盐精制室2和循环精制室3连通；所述辅盖二10开设的连接口三103和辅盖三11上开设的连接口四112通过精制熔盐输送管21将循环精制室3和成品熔盐室4连通；所述循环精制室3内通过连接口二102还设置有熔盐循环泵22，并于伸入循环精制室3内的熔盐循环输送管20的端口连接；所述循环精制室3内通过连接口三103还设置有精制熔盐转移泵23，并于伸入循环精制室3内的精制熔盐输送管21的端口连接；所述炉壳1的外壁底部，靠近熔盐精制室2和循环精制室3连接处相对的位置各设置一个加热电极一24；所述炉壳1的外壁底部，靠近成品熔盐室4两侧中间位置各设置一个加热电极二25。

进一步的，所述取样口一91还可以用于混合熔盐或镁液的加料口；

进一步的，所述的耐火材料为电熔类耐火砖，避免污染炉内介质，延长炉使用周期。

进一步的，所述辅盖一9、辅盖二10和辅盖三11均为可移动式的，便于定期清渣、维护和检修。

进一步的，所述加热电极一24和加热电极二25均由金属钼、SS304L不锈钢、SS316L不锈钢、金属铝及金属钛精密组合而成的新型电极，具有连接紧凑、牢固、接触压降小、使用寿命长及综合工作性能好的优点。

进一步的，所述熔盐循环泵22和精制熔盐转移泵23均为SUS310材质，该材质为奥氏体型耐腐蚀耐热性抗氧化性不锈钢，能够在700℃的氯化物熔盐介质中满足工作性能要求。

进一步的，所述液位计安装孔一12、液位计安装孔二14及液位计安装孔三16；测温计安装孔一13、测温计安装孔二15及测温计安装孔三17分别安装有液位计和测温计。

相比于现有的技术，本实用新型具有如下有益效果：既除去了混合溶盐中的有害杂质氯化锰和氯化亚铁，满足了镁电解原料要求，实现了混合熔盐的有效利用，又使作为精制剂的金属镁转化为一种增值了的镁-锰中间合金产品直接用于生产常规镁合金产品。其中，拱墙及拱形通道的设置有利于混合熔盐的循环流通，并可通过控制熔盐液位避免镁液从熔盐精制室通过拱形通道进入熔盐循环室，确保熔盐循环精制过程的顺利进行。

附图说明

图1为本实用新型装置的剖视图；

图2为本实用新型装置的俯视图。

图中：1、炉壳；2、熔盐精制室；3、循环精制室；4、成品熔盐室；5、密封主盖；6、拱墙；7、拱形通道；8、隔离墙；9、辅盖一；91、取样口一；92、保护气通入口；93、连接口一；10、辅盖二；101、取样口二；102、连接口二；103、连接口三；11、辅盖三；111、精制熔盐出料口；112、连接口四；12、液位计安装孔一；13、测温计安装孔一；14、液位计安装孔二；15、测温计安装孔二；16、液位计安装孔三；17、测温计安装孔三；18、尾气主排出管；19、尾气支排出管；20、熔盐循环输送管；21、精制熔盐输送管；22、熔盐循环泵；23、精制熔盐转移泵；24、加热电极一；25、加热电极二。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

请参阅附图1和2，本实用新型提供了四氯化钛生产中混合熔盐产物的精制装置，该装置由熔盐精制室2、循环精制室3和成品熔盐室4组成,其特征在于：所述熔盐精制室2、循环精制室3和成品熔盐室4用耐火材料砌筑于一个炉壳1内；炉壳1顶部设置有一个公共的密封主盖5；所述循环精制室3设置于炉壳1中间，所述熔盐精制室2与成品熔盐室4在所述循环精制室3的两测；所述熔盐精制室2和循环精制室3之间设置有拱墙6，通过拱墙6底部的拱形通道7连通；所述成品熔盐室4与循环精制室3之间用隔离墙8隔开，避免了未精制合格的熔盐混入合格的精制熔盐中，确保精制后的熔盐不被污染；所述主盖5上，在所述熔盐精制室2、循环精制室3和成品熔盐室4正上方依次设置有辅盖一9、辅盖二10和辅盖三11；所述主盖5上，在所述熔盐精制室2、循环精制室3和成品熔盐室4上方前端依次设置有液位计安装孔一12、测温计安装孔一13；液位计安装孔二14、测温计安装孔二15；液位计安装孔三16、测温计安装孔三17；所述主盖5上还设置有一个尾气主排出管18，所述熔盐精制室2、循环精制室3和成品熔盐室4各引出一个尾气支排出管19与尾气主排出管18连通；所述主盖5上还设置有保护气通入口92；所述辅盖一9上开设有取样口一91；所述辅盖二10上开设有取样口二101；所述辅盖三11上设有精制熔盐出料口111；所述辅盖一9上开设的连接口一93和辅盖二10上开设的连接口二102通过熔盐循环输送管20将熔盐精制室2和循环精制室3连通；所述辅盖二10开设的连接口三103和辅盖三11上开设的连接口四112通过精制熔盐输送管21将循环精制室3和成品熔盐室4连通；所述循环精制室3内通过连接口二102还设置有熔盐循环泵22，并于伸入循环精制室3内的熔盐循环输送管20的端口连接；所述循环精制室3内通过连接口三103还设置有精制熔盐转移泵23，并于伸入循环精制室3内的精制熔盐输送管21的端口连接；所述炉壳1的外壁底部，靠近熔盐精制室2和循环精制室3连接处相对的位置各设置一个加热电极一24；所述炉壳1的外壁底部，靠近成品熔盐室4两侧中间位置各设置一个加热电极二25。

优化的，取样口一91还可以用于混合熔盐或镁液的加料口；

优化的，耐火材料为电熔类耐火砖，避免污染炉内介质，延长炉使用周期。

优化的，辅盖一9、辅盖二10和辅盖三11均为可移动式的，便于定期清渣、维护和检修。

优化的，加热电极一24和加热电极二25均由金属钼、SS304L不锈钢、SS316L不锈钢、金属铝及金属钛精密组合而成的新型电极，具有连接紧凑、牢固、接触压降小、使用寿命长及综合工作性能好的优点。

优化的，熔盐循环泵22和精制熔盐转移泵23均为SUS310材质，该材质为奥氏体型耐腐蚀耐热性抗氧化性不锈钢，能够在700℃的氯化物熔盐介质中满足工作性能要求。

优化的，液位计安装孔一12、液位计安装孔二14及液位计安装孔三16；测温计安装孔一13、测温计安装孔二15及测温计安装孔三17分别安装有液位计和测温计。

具体使用时：

(1)装置杂物清理：将安装好的装置内部杂物清理干净；

(2)烘炉：采用可移动式烘烤器进行烘炉；

(2)启动：烘炉结束后，将事先制备的温度700℃，质量百分比80％的氯化镁和20％的氯化钙混合液，用真空抬包从取样口一91加入熔盐精制室2内；当混合液液位高出加热电极一24的位置10cm时，送交流电；直至加入混合液的液位达到0.7～1.1m处时停加入，继续加热升温至700～720℃时，此时用熔盐循环室3内的精制熔盐转移泵23将混合液抽至成品熔盐室4内；当混合液液位高出加热电极二25的位置10cm时，送交流电，继续加入混合液，直至液位高出加热电极二25的位置50cm时为止，将混合液温度控制在700～720℃保温待料；

(4)加精制剂镁液：在步骤三的混合液中，用真空抬包将700℃的镁液从取样口一91加入熔盐精制室2内，由于镁液的密度小于混合液的密度，因此镁液在混合液的上层；与此同时，将保护气体从保护气通入口92通入熔盐精制室2中镁液上部空间，当镁液液位加入至保护气通入口92以下45cm时为止；其中，保护气为体积百分比的SF₆：CO₂：N₂＝0.3～0.8％：65～75％：25～35％的混合气体；

(5)循环精制：此时装置进入正常工作程序，用真空抬包将四氯化钛生产中产出的混合熔盐从取样口一91加入熔盐精制室2内，混合熔盐由于密度差穿过镁液层进入熔盐精制室2的下部的熔盐层，混合熔盐通过拱形通道7进入循环精制室3，开启熔盐循环泵22，经过一段时间的精制后，从取样口二101取样检测，当检测到循环精制室3内氯化锰和氯化亚铁含量分别＞0.137％和＞0.113％时，继续将混合熔盐通过熔盐循环输送管20输送至熔盐精制室2进行循环精制；

其中，熔盐中的有害杂质氯化锰及氯化亚铁在此与精制剂镁液发生如下反应：

MnCl₂(l)+Mg(l)＝MgCl₂(l)+Mn(s)

FeCl₂(l)+Mg(l)＝MgCl₂(l)+Fe(s)

其中，置换反应生成的金属锰溶入镁液，在控制镁液温度为700℃时，锰在镁液中的溶解度可达2.4％，过量锰则结晶析出沉入炉底渣中，如此达到了消除杂质氯化锰的精制目的；同理，反应生成的金属铁也溶入镁液，在700℃，铁在镁液中的溶解度为0.03～0.05％，过量的铁则结晶析出沉入炉底渣中，在同时有锰存在的体系中，铁更容易与锰形成化合物一起沉入炉底渣中，如此达到了消除杂质氯化亚铁的精制目的。另外，反应生成的熔融氯化镁不仅不会造成介质污染，而且是我们所需要的组分，由于其密度大于镁液的密度，因而会从镁液层中沉降下来汇入熔盐层。

(6)精制后熔盐的转移：当从熔盐循环室3取样检测到氯化锰和氯化亚铁的含量分别≤0.137％和≤0.113％时，方可判定熔盐已精制合格，可以开启精制熔盐转移泵23，通过精制熔盐输送管21将精制后的熔盐转移至成品熔盐室4中；另外，需定期对熔盐精制室2中的镁液进行检测，当检测到镁液中锰的含量达到1.5～2％时，将此含锰镁液抽出浇铸成锭，用于生产镁合金产品，然后向熔盐精制室2补充新的镁液进行精制；

(7)精制后熔盐的出料：用真空抬包从精制熔盐出料口111抽取精制后的熔盐，运送至电解槽内进行生产。

其中，自装置开始启动，整个反应过程中产生的含微量氯化氢的尾气，通过熔盐精制室2、循环精制室3和成品熔盐室4各引出一个尾气支排出管19被抽入尾气主排出管18，然后经尾气洗涤系统处理后达标排放。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神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，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.四氯化钛生产中混合熔盐产物的精制装置，该装置由熔盐精制室(2)、循环精制室(3)和成品熔盐室(4)组成,其特征在于：所述熔盐精制室(2)、循环精制室(3)和成品熔盐室(4)用耐火材料砌筑于一个炉壳(1)内；炉壳(1)顶部设置有一个公共的密封主盖(5)；所述循环精制室(3)设置于炉壳(1)中间，所述熔盐精制室(2)与成品熔盐室(4)在所述循环精制室(3)的两测；所述熔盐精制室(2)和循环精制室(3)之间设置有拱墙(6)，通过拱墙(6)底部的拱形通道(7)连通；所述成品熔盐室(4)与循环精制室(3)之间用隔离墙(8)隔开；所述主盖(5)上，在所述熔盐精制室(2)、循环精制室(3)和成品熔盐室(4)正上方依次设置有辅盖一(9)、辅盖二(10)和辅盖三(11)；所述主盖(5)上，在所述熔盐精制室(2)、循环精制室(3)和成品熔盐室(4)上方前端依次设置有液位计安装孔一(12)、测温计安装孔一(13)；液位计安装孔二(14)、测温计安装孔二(15)；液位计安装孔三(16)、测温计安装孔三(17)；所述主盖(5)上还设置有一个尾气主排出管(18)，所述熔盐精制室(2)、循环精制室(3)和成品熔盐室(4)各引出一个尾气支排出管(19)与尾气主排出管(18)连通；所述主盖(5)上还设置有保护气通入口(92)；所述辅盖一(9)上开设有取样口一(91)；所述辅盖二(10)上开设有取样口二(101)；所述辅盖三(11)上设有精制熔盐出料口(111)；所述辅盖一(9)上开设的连接口一(93)和辅盖二(10)上开设的连接口二(102)通过熔盐循环输送管(20)将熔盐精制室(2)和循环精制室(3)连通；所述辅盖二(10)开设的连接口三(103)和辅盖三(11)上开设的连接口四(112)通过精制熔盐输送管(21)将循环精制室(3)和成品熔盐室(4)连通；所述循环精制室(3)内通过连接口二(102)还设置有熔盐循环泵(22)，并于伸入循环精制室(3)内的熔盐循环输送管(20)的端口连接；所述循环精制室(3)内通过连接口三(103)还设置有精制熔盐转移泵(23)，并于伸入循环精制室(3)内的精制熔盐输送管(21)的端口连接；所述炉壳(1)的外壁底部，靠近熔盐精制室(2)和循环精制室(3)连接处相对的位置各设置一个加热电极一(24)；所述炉壳(1)的外壁底部，靠近成品熔盐室(4)两侧中间位置各设置一个加热电极二(25)。

2.根据权利要求1所述的四氯化钛生产中混合熔盐产物的精制装置，其特征在于：所述取样口一(91)还可以用于混合熔盐或镁液的加料口。

3.根据权利要求1所述的四氯化钛生产中混合熔盐产物的精制装置，其特征在于：所述的耐火材料为电熔类耐火砖。

4.根据权利要求1所述的四氯化钛生产中混合熔盐产物的精制装置，其特征在于：所述辅盖一(9)、辅盖二(10)和辅盖三(11)均为可移动式的。

5.根据权利要求1所述的四氯化钛生产中混合熔盐产物的精制装置，其特征在于：所述熔盐循环泵(22)和精制熔盐转移泵(23)均为SUS310材质。

6.根据权利要求1所述的四氯化钛生产中混合熔盐产物的精制装置，其特征在于：所述液位计安装孔一(12)、液位计安装孔二(14)及液位计安装孔三(16)；测温计安装孔一(13)、测温计安装孔二(15)及测温计安装孔三(17)分别安装有液位计和测温计。

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