DE1758473C3 - Verfahren zur Chlorierung von Titanerzen - Google Patents

Description

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Gegenwärtig wird die großtechnische Chlorierung von titanhaltigen Erzen in einem Festbett oder einem Fließbett durchgeführt. Im bevorzugten Fließbettverfahren enthalten die Trägergase reduzierende und chlorierende Gase. Obwohl eine solche Arbeitsweise gut durchführbar ist, treten bei Chlorierungsverfahren im Fließbett Probleme auf wegen der bei den erforderlichen hohen Temperaturen auftretenden Korrosion der Anlage und der Beeinträchtigung der Dispersion des Trägergases durch Ansatzbildung auf dem Gasverteiler.

Aus der USA.-Patentschrift 3 086843 ist ein Verfahren zur Chlorierung von titanhaltigen Erzen in Gegenwart eines kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels bekannt, bei dem man ein Reaktionssystem in verdünnter Phase durch Einleiten von Chlorgas und einer festen Beschickung aus dem Erz und einem kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel in einem Reaktor aufrechterhält, wobei mindestens 70% des Erzes eine Teilchengröße von 0,074 bis 0,230 mm und wenigstens 70% des kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels eine Teilchengröße von 0,149 bis 0,840 mm haben und die Temperatur 700 bis 1400° C betragen soll. Es hat sich gezeigt, daß bei diesem Verfahren Betriebsstörungen, insbesondere Verstopfungen und nicht optimaler Reaktionsgang auftreten können.

Aufgabe der Erfindung ist nun eine optimale Führung des Chlorierungsprozesses durch Einhaltung bestimmter Verfahrensbedingungen.

Das erfindungsgemäße Verfahren geht aus von obigem bekannten Verfahren und ist nun dadurch gekennzeichnet, daß man innerhalb der Reaktionskammer eine Beschickung vn 64 bis 128 kg/m² Reaktionsvolumen und eine Gasgeschwindigkeit von 146 bis 732 m/min bei einer Temperatur von 850 bis 1300° C aufrechterhält. Das bevorzugte Reduktionsmittel ist Koks. Dieser soll insbesondere eine Korngröße von wenigstens 80% zwischen 0,208 und 0,833 mm aufweisen.

Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung zur Durchführung dos erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert. Die Reaktionskammer (Wirbeischichtkammer) 1 besitzt ein Zuführungsrohr 2 und eine Ableitung 3, welche in einen Zyklonabscheider bzw. den ersten einer Reihe von Zyklonabscheidern 4 und 5 führt. Aus dem ersten Zyklon 4 fallen abgetrennte Feststoffe in einen Bunker 6. Die Zufuhr von Erz und Koks erfolgt durch die Leitung IS oder - falls gewünscht - direkt in den Bunker 6. Über die Rückleitung Ta und 76 gelangen rückgeführte Feststoffe zusammen mit einem frischen Erz und Koks aus der Leitung 15 oder dem Bunker 6 in den Chlorierungsreaktor. Diese Einspeisung wird teilweise durch Einführung eines Inertgases 8 in einen abgewinkelten Teil der Rückleitung geregelt. Mitgerissene Feststoffe und Reaktionsgase gelangen aus dem ersten Zyklon durch Leitung 9 in einen zweiten Zyklon 5. Aus diesem werden die Chlorierungsprodukte über Leitung 10 zur Aufarbeitung auf Titantetrachlorid geführt. Vom Boden des zweiten Zyklons 5 werden die Feststoffe über die Leitungen 11a, 11b und lic ausgetragen. Die Aufgabe in die Zuführung 2 durch die Leitung 12 wird teilweise durch einen Inertgasstrom geregelt, der nach oben in einen vertikalen Abschnitt der Leitung 16 einströmt und in diesem Abschnitt eine Aufwirbelung der Feststoffe bewirkt. Die Förderung der Feststoffe zur Chlorierung geschieht über Leitung 12 mit Hilfe von umlaufendem Gas und frischem Chlor, das bei 14 eingeführt wird. Bei 13 kann noch sauerstoffhaltiges Gas in Leitung 12 eingeführt werden, um gegebenenfalls zum Anfahren oder für die richtige Reaktionstemperatur Brennstoff abzubrennen.

Die in den Reaktor eingespeisten Feststoffe bestehen aus Erz und dem kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel wie z. B. Koks, das als Brennstoff und als Reduktionsmittel für das Titanerz verwendet wird. Bei der Chlorierung von Titanerzen ist das Gewicht des Reduktionsmittels wichtig. Der Reaktor arbeitet in sehr zufriedenstellender Weise bei Einspeisung von etwa 40% Reduktionsmittel und 60% Erz. Wenn das Reduktionsmittel Koks ist, kann die Beschickung etwa 64 bis 160 kg/m³, vorzugsweise 96 bis 112 kg/m³, betragen. Bei der einzuhaltenden Gasgeschwindigkeit ist darauf zu achten, daß auch die gröbsten Feststoffe ausreichend fluidisiert werden und eine ausreichende Verweilzeit gewährleistet ist. Für einen Chlorierungsreaktor von etwa 18 m Länge beträgt der Druckabfall etwa 0,7 kg/cm².

Die Chlorierungsgeschwindigkeit hängt unter anderem von der Teilchengröße sowohl vom Reduktionsmittel wie vom Erz ab. Die bevorzugte Korngröße des Erzes ist zumindest 80% 0,147 bis 0,246 mm und des Reduktionsmittels zumindest 80%, 0,246 bis 0,833 mm.

Der Wirkungsgrad der Chlorierung hängt von vielen Variablen ab, wie Chlorkonzentration, Geschwindigkeit, Temperatur, Konzentration von Titantetrachlorid und anderen Chloriden im Reaktor und von der Menge und Teilchengröße des Reduktionsmittels und Erzes. Bei einem Reaktor von 18 m Länge und 81 cm Durchmesser wurden folgende Verfahrensbedingungen als sehr zufriedenstellend aufgefunden:

Zur Chlorierung von 110 Mol/h Titandioxid benö-

tigt man Reduktionsmittel von etwa 566 kg oder etwa 48 kg/m³ Reaktorvolumen. Das bevoizugte Gewichtsverhältnis von Reduktionsmittel (Koks) zu Erz beträgt etwa 40:60. Aus diesem Grunde sollte die Erzcharge (TiO₂-Gehalt und Gangart) zu jeder Zeit etwa 80 kg/m³ betragen. Die Temperatur der Produkte am Reaktoreintritt 2 sollte etwa 870° C betragen, sie steigt auf etwa 1050° C mit fortschreitender Reaktion. Die Einspeisegeschwindigkeit von Chlor beträgt etwa 225 Mol/h und des gesamten Gasstroms ungefähr 333 Mol/h. Die Chlorierungsgeschwindigkeit wird durch Temperaturanstieg erhöht. Die Maximaltemperatur ist durch die Werkstoffe der Anlage und das Sintern der Teilchen begrenzt und nicht so sehr durch die Reaktionskinetik. Ein Temperaturbereich von 850 bis 1300° C ist für eine zufriedenstellende Durchführung des Verfahrens möglich, wobei der bevorzugte Bereich 900 bis 1200° C beträgt. Eine sehr zufriedenstellende Verfahrensführung wird erreicht, wenn die Temperatur bei der Chlorierung auf etwa 1000 bis 1100° C gehalten wird. Die Arbeitstemperatur kann unmittelbar innerhalb dieser Grenzen dem Reaktor angepaßt werden. Eine niedrigere Arbeitstemperatur wird durch ein größeres Reaktorvolumen bei gleicher Produktionsmenge kompensiert, wobei ein Chlorumsatz von über 98% erreicht wird.

Eine angemessene Strömungsgeschwindigkeit für das Trägergas liegt am Reaktoreingang bei etwa 183 m/min und am Reaktorausgang bei 315 m/min. Der Druck beim Reaktoreingang beträgt 1,57 atü und am Ausgang etwa 0,88 atü.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann jedes handelsübliche feste oder gasförmige kohlenstoffhaltige Reduktionsmittel verwendet werden, jedoch ist Koks bevorzugt. Als gasförmiges Reduktionsmittel eignet sich Phosgen oder Kohlenmonoxid zusätzlich zum festen Reduktionsmittel.

ίο Diese Gase können in den Reaktor zusammen mit den Fördergasen und gegebenenfalls mit der Charge oder auch getrennt eingeführt werden. Wird die Wirkung des festen Reduktionsmittels durch Einführung gasförmiger Reduktionsmittel ergänzt, so sollten Kohlenwasserstoffe vermieden werden, weil Komplikationen und Ausbeuteverluste auftreten infolge der Bildung von Wasserdampf und/oder Salzsäure.

Die Erfindung ist auf die Chlorierung von jedem titanhaltigen Erz anwendbar. Ein bevorzugtes Erz hat einen Titandioxidgehalt zwischen 45 und 98%. Eine Ansammlung von Gangart im Chlorierungsreaktor und den angeschlossenen Leitungen und den Zyklonen wird vermieden, indem man bei Temperaturen arbeitet, die zur Chlorierung der Gangart hoch genug sind, oder indem die Zyklonwirkung periodisch durch einen erhöhten Stickstoffstrom in den Boden des Zyklons unterbrochen wird oder durch Entleeren von Zeit zu Zeit.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Chlorierung von titanhaltigen Erzen in Gegenwart eines kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels bei Temperaturen von wenigstens 850° C und Abtrennung der gasförmigen Chlorierungsprodukte von den nicht umgesetzten Feststoffen, wobei zumindest 70% des Erzes eine Teilchengröße von 0,074 bis 0,246 mm und wenigstens 70% des kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels eine Teilchengröße von 0,246 bis 0,833 mm haben, dadurch gekennzeichnet, daß man innerhalb der Reaktionskammer eine Beschickung von 64 bis 128 kg/m³ Reaktionsvolumen u.id eine Gasgeschwindigkeit von 146 bis 732 m/min bei einer Temperatur von 850 bis 1300° C aufrechterhält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Titanerz mit einem TiO₂-Gehalt zwischen 45 und 95% verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel Koks verwendet.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Koks verwendet, bei dem wenigstens 80% eine Teilchengröße zwischen 0,208 und 0,833 mm aufweisen.