CZ2006305A3 - Zpusob chlorace vsázky rudonosných materiálu a reaktor k provádení tohoto zpusobu - Google Patents
Zpusob chlorace vsázky rudonosných materiálu a reaktor k provádení tohoto zpusobu Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2006305A3 CZ2006305A3 CZ20060305A CZ2006305A CZ2006305A3 CZ 2006305 A3 CZ2006305 A3 CZ 2006305A3 CZ 20060305 A CZ20060305 A CZ 20060305A CZ 2006305 A CZ2006305 A CZ 2006305A CZ 2006305 A3 CZ2006305 A3 CZ 2006305A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- reactor
- melt
- chlorine
- longitudinal
- charge
- Prior art date
Links
- 238000005660 chlorination reaction Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 32
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 claims abstract description 30
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 16
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 13
- 239000000571 coke Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 31
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 8
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims description 7
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 claims description 7
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 6
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 2
- 210000003739 neck Anatomy 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 14
- 229910001510 metal chloride Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 abstract description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 17
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 14
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 9
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 7
- YDZQQRWRVYGNER-UHFFFAOYSA-N iron;titanium;trihydrate Chemical compound O.O.O.[Ti].[Fe] YDZQQRWRVYGNER-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 3
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L iron dichloride Chemical class Cl[Fe]Cl NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004484 Briquette Substances 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021577 Iron(II) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NSYYPXSKPGPMBW-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[Ti+4].Cl Chemical compound [O-2].[O-2].[Ti+4].Cl NSYYPXSKPGPMBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 229960002089 ferrous chloride Drugs 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 1
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N nitrogen dioxide Inorganic materials O=[N]=O JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012254 powdered material Substances 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J titanium tetrachloride Chemical compound Cl[Ti](Cl)(Cl)Cl XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B34/00—Obtaining refractory metals
- C22B34/10—Obtaining titanium, zirconium or hafnium
- C22B34/12—Obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by metallurgical processing; preparation of titanium compounds from other titanium compounds see C01G23/00 - C01G23/08
- C22B34/1218—Obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by metallurgical processing; preparation of titanium compounds from other titanium compounds see C01G23/00 - C01G23/08 obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by dry processes
- C22B34/1222—Obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by metallurgical processing; preparation of titanium compounds from other titanium compounds see C01G23/00 - C01G23/08 obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by dry processes using a halogen containing agent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B1/00—Preliminary treatment of ores or scrap
- C22B1/02—Roasting processes
- C22B1/08—Chloridising roasting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B1/00—Preliminary treatment of ores or scrap
- C22B1/02—Roasting processes
- C22B1/10—Roasting processes in fluidised form
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
- F27B3/00—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Electric arc furnaces ; Tank furnaces
- F27B3/04—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Electric arc furnaces ; Tank furnaces of multiple-hearth type; of multiple-chamber type; Combinations of hearth-type furnaces
- F27B3/045—Multiple chambers, e.g. one of which is used for charging
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Forging (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
Pri zpusobu chlorace vsázky rudonosných materiáluv reaktoru za prítomnosti chlóru a koksu za úcelem výroby chloridu kovu jako jsou Fe, Cu, Ti, Sn, Al, Zr, V, Mo, Nb a Ta je z bocních protilehlých vstupních komor (14) reaktoru, kam je prubežne dodávána prášková vsázka a pod tlakem vhánena smes chlóru a vzduchu, horní vrstva taveniny o teplote 850 až 1200.degree., se suspendovanými cásticemi vsázky, vhánena rychlostí 50 až 500 m/sec protibežne pod úhlem 30-60.degree. šikmo smerem vzhuru vedenýmipodélnými reakcními kanály (16) do smešovací komory (15). Zde je tavenina dispergována na emulzi s vysoce rozvinutým aktivním mnohafázovým povrchem, která je následne odvádena šikmo vzhuru pod úhlem 30 až 60.degree. vedeným prícným prodouvacím kontaktním kanálem (20) do výstupní komory (19), odkud jsou jednak odvádeny plynné produkty chlorace ke kondensaci za úcelem vydelení prímesí a jednak je prubežne vypouštena solná tavenina.
Description
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu chlorace vsázky rudonosných materiálů a rovněž řeší konstrukci reaktoru k provádění tohoto způsobu, využitelného při zpracování rudonosných materiálů za přítomnosti chlóru a koksu za účelem výroby chloridů kovů, jako jsou například Fe, Cu, Ti, Sn, Al, Zr, V, Mo, Nb a Ta.
Dosavadní stav techniky
V současné době je známo zařízení a způsob výroby tetrachloridů kovů, jako například titanu nebo zirkonia, popsané v patentu US 4595573, které obsahuje reakční komoru vyrobenou ze žáruvzdorného materiálu a umístěnou v hermeticky uzavřeném kovovém plášti. Ve spodní části této komory se nachází reakční zóna. Popisované zařízení je opatřeno systémem rozvodů technologických médií, který zprostředkovává zahřívání reakční komory, plnění pláště plynem, podávání pevné reakční směsi s obsahem zpracovávaného kovu a přívod plynné směsi s obsahem chlóru skrze trysku umístěnou ve spodní části reakční zóny. Tlak v komoře je udržován na hodnotě převyšující atmosférický tlak, přičemž hodnota tlaku v plášti je vyšší než tlak v komoře. Tak je zabezpečen nepřetržitý pohyb proudu plynu, vháněného pomocí systému technologických médií a odvádějícího páry chlóru a chloridů z vnitřního prostoru pláště. Nedostatkem tohoto chlorátoru je nízký specifický výkon, neboť v zařízení nedochází k intenzivnímu promíchávání kovů ve vsázce a směsi plynů, a proto všechny procesy probíhají v režimu laminární nebo přirozené difúze.
• ·
-2Rovněž je znám proces výroby terachloridu titanu, popsaný v patentu GB 836079, při kterém jemně dispergovaná směs materiálu obsahujícího titan a uhlíkaté redukční činidlo prochází současně s proudem chlóru vertikální reakční komorou, přičemž reagenty se pohybují směrem dolů a pevné i plynné produkty reakcí se odvádějí skrze spodní část komory. Teplota reakcí přesahuje 700°C a je žádoucí, aby se nacházela v rozpětí 1000-1400°C. Pevná vsázka se podává rozptýlená v nosném plynu zpravidla mimo proud chloračního plynu. Částice pevné vsázky rozptýlené v dusíku nebo oxidu uhelnatém či uhličitém s přídavkem kyslíku mohou být podávány do reakční komory ve směru osy reaktoru zatímco chlór může být vháněn do reaktoru ve směru tečny. Reaktor má tvar vertikálně uloženého válce. Do jeho vrchní části se skrze násypku podává směs titanové rudy a uhlíkatého redukčního činidla, která je předběžně drcena a připravena v drtiči s míchačkou. Chlorační plyn je vháněn otvory v horní části reaktoru a postupuje směrem dolů rychlostí 15m/sec. Spodní část reaktoru je propojena s lapačem pevných částic, jehož teplota je nižší než teplota v reakční komoře a z něhož směs plynů pokračuje dále do separátoru a kondenzátoru. Chloridy s vysokou teplotou tavení vzniklé v důsledku probíhajících reakcí se usazují v podobě tenkého filmu na stěnách reaktoru, stékají po nich do lapače pevných částic, jehož teplota je nastavená tak, aby chloridy s vysokou teplotou tavení, jako např. zásady, prvky alkalických zemin či dichloridy železa, přešly do pevného skupenství a mohly být následně z reaktoru odvedeny. Plynné chloridy postupují do další komory, jejíž teplota podporuje usazování pevných sloučenin oxidů železa a chlóru, které jsou z reaktoru následně odváděny odpovídajícím ventilem. Vhodnými materiály obsahujícími titan jsou rutil, ilmenit, železné a titanové rudy a struska či syntetický oxid titaničitý. Jelikož zařízení nezajišťuje intenzivní promíchávání kovu, tedy vsázky, se směsí chloru a vzduchu, probíhají všechny procesy v režimu laminární či přirozené difúze, což má za následek nízký specifický výkon reaktoru. K dalším slabým stránkám patří nízká celková výrobní kapacita jednotlivých zařízení, neboť není možné zajistit rovnoměrnou distribuci směsi chloru se vzduchem po celém průřezu reaktoru. Nedostatkem jsou také vysoké specifické kapitálové a výrobní náklady, způsobené nízkým měrným výkonem a potřebou vsázku speciálně upravovat.
• · · · ·
-3·· ···· ·· • · · · · ·
V současné době je měrný výkon vztahovaný na 1m2 horizontálního průřezu chlorační komory reaktoru všech známých typů chloračních zařízení, tedy tavícího, šachtového či chlorátoru s fluidní vrstvou, prakticky stejný. Je proto obtížné upřednostnit určitý typ aparátu. Při pokusu zvýšit výkon šachtového chlorátoru s fluidní vrstvou na více než 10Ot TiCI4 denně vznikají velké technické problémy. Rovnoměrně distribuovat chlór do celého objemu vrstvy vsázky v zařízeních s průměrem větším než 3m je prakticky nemožné.
Zařízením, které se svou technickou podstatou a ekonomicko-technologickou efektivitou nejvíce blíží představovanému zařízení je reaktor pro chloraci materiálů obsahujících titan popsaný v patentu GB 893067. Tento způsob zpracování materiálů obsahujících titan za přítomnosti chlóru a koksu za účelem výroby chloridů kovů spočívá v použití množství plynovodních hrdel sloužících ke vhánění chlóru do reakční zóny a ústících dovnitř směrem ke dnu reakční komory. Ústí jednotlivých přívodů se nachází v určité vzdálenosti od sebe, od stěn i ode dna komory.
V důsledku vhánění proudu plynu se v reakční komoře vytváří turbulentní zóny, jejichž pohyb je znázorněn šipkami a přerušovanými čarami. Činnost zařízení je popsána pro případ zpracování ilmenitu jako materiálu obsahujícího titan. V důsledku zavedení uhlíku, uhlí nebo koksu do reaktoru, zažehnutí a dmýchání proudu vzduchu se vnitřní prostor pece zahřívá na reakční teplotu ve výši 700-1200°C. Přes nakloněný žlab se do pece podává jemně dispergovaná směs ilmenitu a koksu, která vytváří uvnitř pece vrstvu neustále promíchávanou proudem vháněného vzduchu. Když tato vrstva dosáhne pracovní teploty, přeruší se dodávka vzduchu a skrze hrdla se začíná podávat chlór. Pohyb vháněného chlóru vytvoří stoupající sloupy ilmenitu a uhlíku. Částice ilmenitu a uhlíku, které nestihnou zreagovat a dosáhnou nejvyššího bodu těchto sloupů začnou padat zpět do vrstvy materiálu, dokud neklesnou do blízkosti plynovodních hrdel a nejsou opětovně zachyceny proudem chlóru a vyneseny nahoru. Tímto způsobem je zajištěna nepřetržitá cirkulace ilmenitu a uhlíku nahoru a dolů napříč vrstvou materiálu. Plynné produkty reakcí, a to chlorid titaničitý, dichlorid železa a oxid uhelnatý, jsou odváděny z pece skrze její horní část.
V patentu je rovněž popsáno zpracování zirkonia, tantalitu nebo kolumbia.
-4Nedostatkem tohoto typu zařízení je malý měrný výkon, zpravidla 5 t/m3 denně, limitovaný nízkou lineární rychlostí pohybu plynové bubliny s obsahem chloru v tavenině solí, jejíž hodnota je udávána ve výši 0,3 m/sec. Z tohoto důvodu by další intensifikace procesů probíhajících ve stávajících chlorátorech byla spojena se zvětšením jejich objemu, a tím i potřebné pracovní plochy, což by vedlo k dalšímu zvyšování kapitálových i výrobních nákladů.
Úkolem představovaného vynálezu je představit takový způsob chlorace vsázky a související konstrukční řešení reaktoru, které by umožňovalo zvýšení jeho výrobní kapacity.
Podstata vynálezu
Uvedeného cíle je dosaženo vynálezem, kterým je způsob chlorace vsázky rudonosných materiálů v reaktoru za přítomnosti chlóru a koksu za účelem výroby chloridů kovů, jako jsou Fe, Cu, Ti, Sn, Al, Zr, V, Mo, Nb a Ta, jehož podstatou je, že z bočních protilehlých vstupních komor reaktoru, kam je průběžně dodávána prášková vsázka a pod tlakem vháněna směs chlóru a vzduchu, je horní vrstva taveniny o teplotě 850-1200° se suspendovanými částicemi vsázky vháněna rychlostí 50-500 m/sec protiběžně pod úhlem 30-60° šikmo směrem vzhůru vedenými podélnými reakčními kanály do směšovací komory, kde je tavenina dispergována na emulzi s vysoce rozvinutým aktivním mnohafázovým povrchem, která je následně odváděna šikmo vzhůru pod úhlem 30-60° vedeným příčným prodouvacím kontaktním kanálem do výstupní komory, odkud jsou jednak odváděny plynné produkty chlorace ke kondensaci za účelem vydělení příměsí a jednak je průběžně vypouštěna solná tavenina.
Vynálezem je rovněž konstrukce reaktoru pro chloraci vsázky sestávajícího z tělesa vytvořeného ve formě uzavřené vany, která je částečně zaplněna taveninou, kde těleso je vybaveno konstrukčními prvky pro dávkování vsázky, pro přívod směsi vzduchu a chloru, pro odvádění plynných produktů tavby, ohřev taveniny, vypouštění taveniny a chlazení svého pláště a konstrukčních prvků dělících jeho vnitřní prostor, jehož podstatou je, že ve vnitřním prostoru tělesa jsou vytvořeny podélné přepážky a příčné přepážky tak, že jej jednak rozdělují na alespoň jednu vstupní komoru, směšovací komoru a výstupní komoru, které jsou propojeny vzájemně propojeny šikmo vzhůru vedenými reakčním kanálem a kontaktním kanálem, které jsou vytvořeny na různé horizontální úrovni tak, že je zajištěno jejich vzestupné prodouvání vznikající disperzí taveniny.
Také je podstatou vynálezu, že reakční kanály a kontaktní kanál jsou v podélných přepážkách a příčných přepážkách vytvořeny tak, že jejich zkosení nabývá vzhledem k horizontální rovině hodnot 30-60°.
Konečně je podstatou vynálezu, že ve vnitřním prostoru tělesa jsou v oblasti umístění zásobovacích násypek a přívodních hrdel vytvořeny symetricky vzhledem k podélné ose tělesa dvojice horních podélných přepážek a spodních podélných přepážek se zkosením vzájemně přilehlých ploch, které vytvářejí dvojice dostředně šikmo směrem vzhůru vedených podélných reakčních kanálů, a že ve středové části vnitřního prostoru tělesa jsou vytvořeny horní příčná přepážka a spodní příčná přepážka se zkosením vzájemně přilehlých ploch vytvářejících kontaktní kanál, přičemž kontaktní kanál je vytvořen nad horizontální úrovní reakčních kanálů.
Ve výhodném provedení jsou podélné přepážky vytvořeny kolmo k příčným přepážkám a výstupní průřezy podélných reakčních kanálů do směšovací komory vytvořených v podélných přepážkách symetricky s osou reaktoru jsou ve stejné výši a jsou nasměrovány proti sobě.
-6Předkládané řešení způsobuje, že popisovaný reaktor je vysoce produktivní, technologicky a konstrukčně propracovaný a jeho provoz je nenáročný. Může najít široké uplatnění při výrobě titanu či jiných barevných a vzácných kovů a rovněž v jaderném průmyslu. Měrná výrobní kapacita nového reaktoru je přibližně 30-krát vyšší než u stávajících zařízení. Chlorační reaktor s vnějšími rozměry 4x3x2m a užitném objemu 24m3 má při spotřebě plynu 20-40 tis. m3/hod výrobní kapacitu 3800 tun za den. Měrná výrobní kapacita reaktoru je tedy 156 t/m3 za den, což je zhruba 30x více, než u známých technologií. Kromě toho je jednotkový výkon nového chlorátoru, a to v přepočtu na jedno zařízení, ve srovnaní se stávajícími chlorátory rovněž několikanásobně vyšší. Příčinou je snadno dosažitelná rovnoměrná distribuce chlóru v zónách chlorace a důležitá je rovněž přirozená vnitřní cirkulace taveniny solí kolem spodních příčných přepážek proti proudu vháněného plynu. Díky možnosti zpracovávat práškové materiály odpadá nutnost briketovat vsázku, čímž se snižují náklady na zpracování. Nový reaktor je navíc lehce automatizovatelný a výrobní náklady jsou velmi nízké. Smysluplnost a účelnost popsaného procesu chlorace spočívající ve vdouvání vsázky do intenzivně turbulentního proudu emulze taveniny a solí je jednoznačně potvrzena výsledky při praktické aplikaci autogenních proces, kdy proces tavení v tavící lázni má měrný výkon 55-60 t/m3 denně, což je 10-krát více než u existujících procesů v suspendované fázi.
Popis obrázků na připojených výkresech
Konkrétní příklad konstrukce reaktoru podle vynálezu je schématicky znázorněn na připojených výkresech, kde
- obr. 1 představuje podélný vertikální řez reaktorem
- obr. 2 je horizontální řez reaktorem v rovině B-B
- obr. 3 je vertikální řez reaktorem v rovině C-C
- obr.4 je podélný řez vstupní komorou reaktoru k podávání práškové vsázky v rovině D-D
-7Příklady provedení vynálezu
Reaktor sestává z tělesa 1 vytvořeného ve formě uzavřené vany vyzdívané žáruvzdorným materiálem nebo chlazené kesonovou konstrukcí, která je částečně zaplněna taveninou 2 solí s obsahem chloru. Těleso 1 je v horní části vybaveno běžnými konstrukčními prvky pro dávkování vsázky, pro přívod směsi vzduchu a chloru a pro odvádění plynných produktů tavby, když v popisovaném případě na straně jedné obsahuje dvojice symetricky podélně ustavených zásobovacích násypek 3 a přívodních hrdel 4 a na straně druhé centrální odtahové hrdlo 5, na jehož vstupu je umístěno záchytné zařízení 6 kapek taveniny, tvořené například sadou lamel, jak je patrné z obr.1. Ve spodní části tělesa I je u jeho dna vytvořena sifonová výpusť 7 taveniny 2 zakončená vypouštěcím žlabem 8. Těleso 1 reaktoru je dále vybaveno chlazenými grafitovými elektrodami 9 opatřenými tepelnými výměníky 10, sloužícími k zahřátí taveniny 2 solí při spouštění reaktoru nebo k ohřívání taveniny 2 při činnosti reaktoru v režimu sníženého výkonu, tj. v havarijních případech. Konečně je pak těleso 1 opatřeno chladícími výměníkovými okruhy 11, sloužícími k regulaci teploty jeho pláště i konstrukčních prvků dělících vnitřní prostor tělesa 1 popsaných níže.
Ve vnitřním prostoru tělesa 1 jsou v oblasti umístění zásobovacích násypek 3 a přívodních hrdel 4 vytvořeny symetricky vzhledem k podélné ose tělesa 1 dvojice horních podélných přepážek 12 a spodních podélných přepážek 13, které oddělují boční vstupní komory 14 a středovou směšovací komoru 15 reaktoru. Vstupní komory 14 a směšovací komora 15 jsou propojeny dvojicemi podélných reakčních kanálů 16, které jsou vytvořeny ve stejné výši a jsou vedeny mezi zkoseními příslušných podélných přepážek 12 a 13 dostředně šikmo směrem vzhůru, přičemž optimální sklon zkosení se pohybuje v rozmezí hodnot 30-60°. Ve středové části vnitřního prostoru tělesa 1 jsou dále vytvořeny horní příčná přepážka 17 a spodní příčná přepážka 18 oddělující směšovací komoru 15 od výstupní komory 19, které jsou propojeny prodouvacím kontaktním kanálem 20, vedeným ze směšovací komory
4
4 4 · šikmo směrem vzhůru pod úhlem pohybujícím se v rozmezí hodnot 30-60°.
Prodouvací kanál 20 je pak vytvořen nad horizontální úrovní reakčních kanálů 16.
Za běžného provozu reaktoru v rámci plánovaného výkonu vzniká při chloračních reakcích dostatečné množství tepla a elektrody 9 se vypínají. Přebytečná tepelná energie je z vany tělesa 1 odváděna pomocí výměníkových okruhů 11 umístěných v přepážkách 12, 13, 17, 18 a výměníků 10 v elektrodách 9. V důsledku chlazení se na povrchu přepážek 12, 13, 17, 18 vytváří z částic solné taveniny 2 a vsázky ochranná vrstva, tzv. garnisáž, která povrch přepážek 12, 13, 17, 18 spolehlivě chrání od erozního a chemického poškození a zajišťuje dlouhodobou nepřetržitou činnost reaktoru při vysokém měrném výkonu.
Představovaný reaktor pracuje následujícím způsobem:
Vana tělesa 1 se částečně zaplní taveninou 2 chloridů Na, K, Ca, Mg, Al a Fe, např. použitým elektrolytem hořčíkových elektrolyzérů. Zásobovací násypkou 3 se průběžně podává prášková vsázka, např. titanová struska a koksový prach. Přes přívodní hrdlo 4 se do reaktoru pod tlakem 1-2 Atm vhání směs chlóru a vzduchu, např. v poměru 70% Cl a 30% vzduchu. Elektrodami 9 se tavenina zahřeje na teplotu 850-1200 °C. Proud směsi chlóru a vzduchu vstupuje do kontaktních reakčních kanálů 16, jež jsou umístěny naproti sobě a zároveň symetricky s osou reaktoru a na výstupu vytváří směšovací komoru 15. Směs plynu vstupuje do reakčních kanálů 16 rychlostí 50-500 m/sec a unáší s sebou vrchní vrstvu solné taveniny, v níž jsou suspendovány pevné částice vsázky. Přitom dochází v reakčních kanálech 16 a směšovací komoře 15 k intenzivnímu drobení taveniny na emulzi tvořenou plynem, taveninou, solemi a pěnou. Vzniklá emulze se vyznačuje vysoce rozvinutým aktivním mnohafázovým povrchem. Ze směšovací komory 15 postupuje směs plynu do příčného kontaktního kanálu 20, což umožňuje využít chlór z chlorační směsi prakticky na 100%.
9Plynné produkty chlorace vsázky jsou z reaktoru skrze odtahové hrdlo 5 odváděny ke kondensaci za účelem vydělení příměsí, např. chloridu titanu. Chloridy hořčíku, vápníku, železa a manganu v podobě tekuté solné taveniny jsou v závislosti na míře naplnění vany z reaktoru nepřetržitě odváděny regulační sifonovou výpustí 7. Okraje příčných přepážek 17, 18 tvořící podouvané kontaktní kanály 20 jsou skoseny pod úhlem 30-60°a usměrňují tak proud vháněného plynu. Tím jsou zajištěny optimální podmínky pro dispergování taveniny. Pokud jsou úhly skosení menší než 30°, dochází k zahlcování kontaktních kanálů 20 a proces drobení je narušen v důsledku nadbytku taveniny v plynné fázi. Jsou-li úhly skosení větší než 60°, proud plynu se od povrchu taveniny odráží a snižuje se intenzita drobení taveniny na kapky, zmenšuje se celkový povrch emulze taveniny a solí a snižuje se výrobní kapacita reaktoru.
Aero-hydrodynamický a technologický režim činnosti reaktoru se snadno reguluje změnou dodávaného množství vsázky a směsi vzduchu s chlórem a také změnou výšky hladiny solné taveniny pomocí sifonové výpusti 7. Zvýší-li se hladina taveniny ve vaně, dochází ke zvýšení specifické spotřeby taveniny při prodouvání kanálů 16. 20. Zároveň se zvyšuje hydraulický odpor reaktoru, celková plocha reagujících částic, rychlost chlorace a specifická výrobní kapacita reaktoru.
Průmyslová využitelnost
Reaktor podle vynálezu je využitelný pro zpracování rudonosných materiálů za přítomnosti chlóru a koksu za účelem výroby chloridů kovů, jako jsou například Fe, Cu, Ti, Sn, Al, Zr, V, Mo, Nb a Ta.
• · .10. jWbAtX
Claims (6)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Způsob chlorace vsázky rudonosných materiálů v reaktoru za přítomnosti chlóru a koksu za účelem výroby chloridů kovů, jako jsou Fe, Cu, Ti, Sn, Al, Zr, V, Mo, Nb a Ta, vyznačující se tím, že z bočních protilehlých vstupních komor reaktoru, kam je průběžně dodávána prášková vsázka a pod tlakem vháněna směs chlóru a vzduchu, je horní vrstva taveniny o teplotě 850-1200° se suspendovanými částicemi vsázky vháněna rychlostí 50-500 m/sec protiběžně pod úhlem 30-60° šikmo směrem vzhůru vedenými podélnými reakčními kanály do směšovací komory, kde je tavenina dispergována na emulzi s vysoce rozvinutým aktivním mnohafázovým povrchem, která je následně odváděna šikmo vzhůru pod úhlem 30-60° vedeným příčným prodouvacím kontaktním kanálem do výstupní komory, odkud jsou jednak odváděny plynné produkty chlorace ke kondensaci za účelem vydělení příměsí a jednak je průběžně vypouštěna solná tavenina.
- 2. Reaktor pro chloraci vsázky sestávající z tělesa (1) vytvořeného ve formě uzavřené vany, která je částečně zaplněna taveninou (2), kde těleso (1) je vybaveno konstrukčními prvky pro dávkování vsázky, pro přívod směsí vzduchu a chloru, pro odvádění plynných produktů tavby, ohřev taveniny (2), vypouštění taveniny (2) a chlazení svého pláště a konstrukčních prvků dělících jeho vnitřní prostor, vyznačující se tím, že ve vnitřním prostoru tělesa (1) jsou vytvořeny podélné přepážky (12, 13) a příčné přepážky (17, 18) tak, že jej jednak rozdělují na alespoň jednu vstupní komoru (14), směšovací komoru (15) a výstupní komoru (19), které jsou propojeny vzájemně propojeny šikmo vzhůru vedenými reakčním kanálem (1$) a kontaktním kanálem (20), které jsou vytvořeny na různé horizontální úrovni tak, že je zajištěno jejich vzestupné prodouvání vznikající disperzí taveniny.
- 3. Reaktor podle nároku 2, vyznačující se tím, že reakční kanály (15) a kontaktní kanál (20) jsou v podélných přepážkách (12, 13) a příčných přepážkách (17, 18) • · vytvořeny tak, že jejich zkosení nabývá vzhledem k horizontální rovině hodnot 3060°.
- 4. Reaktor podle nároků 2 a 3, vyznačující se tím, že ve vnitřním prostoru tělesa (1) jsou v oblasti umístění zásobovacích násypek (3) a přívodních hrdel (4) vytvořeny symetricky vzhledem k podélné ose tělesa (1) dvojice horních podélných přepážek (12) a spodních podélných přepážek (13) se zkosením vzájemně přilehlých ploch, které vytvářejí dvojice dostředně šikmo směrem vzhůru vedených podélných reakčních kanálů (16), a že ve středové části vnitřního prostoru tělesa (1) jsou vytvořeny horní příčná přepážka (17) a spodní příčná přepážka (18) se zkosením vzájemně přilehlých ploch vytvářejících kontaktní kanál (20), přičemž kontaktní kanál (20) je vytvořen nad horizontální úrovní reakčních kanálů (16).
- 5. Reaktor podle nároků 2 až 4, vyznačující se tím, že podélné přepážky (12, 13) jsou vytvořeny kolmo k příčným přepážkám (17, 18).
- 6. Reaktor podle nároků 2 až 5, vyznačující se tím, že výstupní průřezy podélných reakčních kanálů (16) do směšovací komory (15) vytvořených v podélných přepážkách (12, 13 symetricky s osou reaktoru jsou ve stejné výši a jsou nasměrovány proti sobě.• · ·· ···· • · • · · · • ·
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20060305A CZ300896B6 (cs) | 2006-05-12 | 2006-05-12 | Zpusob chlorace vsázky rudonosných materiálu a reaktor k provádení tohoto zpusobu |
| EP06761637A EP2021518B1 (en) | 2006-05-12 | 2006-06-27 | Method and device for chlorination of ore-bearing materials |
| AT06761637T ATE442462T1 (de) | 2006-05-12 | 2006-06-27 | Verfahren und vorrichtung zur chlorierung von erzhaltigen materialien |
| PL06761637T PL2021518T3 (pl) | 2006-05-12 | 2006-06-27 | Sposób i urządzenie do chlorowania materiałów rudonośnych |
| PCT/CZ2006/000045 WO2007131459A1 (en) | 2006-05-12 | 2006-06-27 | Method and device for chlorination of ore-bearing materials |
| DE602006009155T DE602006009155D1 (de) | 2006-05-12 | 2006-06-27 | Verfahren und vorrichtung zur chlorierung von erzhaltigen materialien |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20060305A CZ300896B6 (cs) | 2006-05-12 | 2006-05-12 | Zpusob chlorace vsázky rudonosných materiálu a reaktor k provádení tohoto zpusobu |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2006305A3 true CZ2006305A3 (cs) | 2007-11-21 |
| CZ300896B6 CZ300896B6 (cs) | 2009-09-02 |
Family
ID=37571843
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20060305A CZ300896B6 (cs) | 2006-05-12 | 2006-05-12 | Zpusob chlorace vsázky rudonosných materiálu a reaktor k provádení tohoto zpusobu |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP2021518B1 (cs) |
| AT (1) | ATE442462T1 (cs) |
| CZ (1) | CZ300896B6 (cs) |
| DE (1) | DE602006009155D1 (cs) |
| PL (1) | PL2021518T3 (cs) |
| WO (1) | WO2007131459A1 (cs) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102735052B (zh) * | 2011-04-01 | 2015-05-06 | 中国恩菲工程技术有限公司 | 熔化设备 |
| CN109252057B (zh) * | 2018-09-25 | 2021-03-26 | 李梅 | 一种低品位锆精矿的熔盐氯化提取方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB893067A (en) * | 1959-10-26 | 1962-04-04 | Titanium Metals Corp | Chlorination of metal-bearing materials |
| GB992317A (en) * | 1961-08-09 | 1965-05-19 | British Titan Products | Titanium ore beneficiation process |
| SU793941A1 (ru) * | 1978-11-29 | 1981-01-07 | Березниковский Филиал Всесоюзногонаучно-Исследовательского И Проект-Ного Института Титана | Способ извлечени четыреххлористогоТиТАНА из ХлОРидНыХ пульп |
| US4332615A (en) * | 1981-06-29 | 1982-06-01 | Titanium Technology (Australia) Ltd. | Process for beneficiating a titaniferous ore |
| US4442075A (en) * | 1983-03-30 | 1984-04-10 | Kerr-Mcgee Chemical Corporation | Titanium ore chlorination process using a molten salt |
| JP4430287B2 (ja) * | 2002-08-12 | 2010-03-10 | 東邦チタニウム株式会社 | 四塩化チタンの製造装置 |
-
2006
- 2006-05-12 CZ CZ20060305A patent/CZ300896B6/cs not_active IP Right Cessation
- 2006-06-27 DE DE602006009155T patent/DE602006009155D1/de not_active Expired - Fee Related
- 2006-06-27 WO PCT/CZ2006/000045 patent/WO2007131459A1/en not_active Ceased
- 2006-06-27 AT AT06761637T patent/ATE442462T1/de not_active IP Right Cessation
- 2006-06-27 EP EP06761637A patent/EP2021518B1/en not_active Not-in-force
- 2006-06-27 PL PL06761637T patent/PL2021518T3/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2021518B1 (en) | 2009-09-09 |
| WO2007131459A1 (en) | 2007-11-22 |
| CZ300896B6 (cs) | 2009-09-02 |
| ATE442462T1 (de) | 2009-09-15 |
| PL2021518T3 (pl) | 2010-03-31 |
| DE602006009155D1 (de) | 2009-10-22 |
| EP2021518A1 (en) | 2009-02-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4385930A (en) | Method of producing aluminum | |
| CN1396112A (zh) | 生成碳化钨的方法 | |
| UA122658C2 (uk) | Шлак з установки прямого плавлення та сировинний матеріал | |
| US3074777A (en) | Method of chlorinating an agglomerate-free fluid bed of titanium-bearing materials | |
| JPH0394029A (ja) | アルミニウム粒子微細合金の製法 | |
| US3101249A (en) | Chlorination apparatus and process | |
| CZ2006305A3 (cs) | Zpusob chlorace vsázky rudonosných materiálu a reaktor k provádení tohoto zpusobu | |
| US10421054B2 (en) | Fluidized bed reaction system and method of producing titanium tetrachloride | |
| CN216936050U (zh) | 氯化法制备钛白粉工艺中的AlCl3制备装置 | |
| US6719952B1 (en) | Fluidized bed reaction design | |
| JPH0735245B2 (ja) | 高濃度次亜塩素酸ソ−ダ水溶液の連続製造装置 | |
| RU2186878C2 (ru) | Способ подготовки хлормагниевого сырья к электролизу и устройство для его осуществления | |
| US3497326A (en) | Apparatus for producing titanium tetrachloride and other halides | |
| US4447906A (en) | Arc furnace for producing aluminum | |
| EP1989336B1 (en) | Reactor intended for titanium production | |
| US2142875A (en) | Method of handling and treating metal | |
| EP0105542A1 (en) | Process for producing metallic chlorides | |
| US1264832A (en) | Reduction apparatus. | |
| JPH09138295A (ja) | 使用済核燃料の塩化物への転換方法及びその装置 | |
| CN119186412A (zh) | 一种氯化炉及一种氯化方法 | |
| CN119186413A (zh) | 一种氯化炉及一种氯化方法 | |
| SU190027A1 (ru) | Хлоратор типа шахтной печи для получения безводного сырья магниевого производства | |
| JPS6250409B2 (cs) | ||
| SU578356A1 (ru) | Реактор дл хлорировани дисперсных материалов | |
| JPS58156535A (ja) | 耐火ライニング容器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20120512 |