DE3136289A1 - Verfahren zur herstellung eines weitgehend aluminiumchloridfreien titantetrachlorids aus titanhaltigen rohstoffen, die aluminiumverbindungen enthalten - Google Patents
Verfahren zur herstellung eines weitgehend aluminiumchloridfreien titantetrachlorids aus titanhaltigen rohstoffen, die aluminiumverbindungen enthaltenInfo
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Description
KRONOSTITAN-GMBH Leverkusen, 9. September" 1981
LEVERKUSEN 1 Dr .V.B./MÖ 3136289
Verfahren zur Herstellung eines weitgehend aluminiumchloridfreien Titantetrachlorids
aus titanhaltigen Rohstoffen, die Aluminiumverbindungen enthalten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines weitgehend
aluminiumchloridfreien Titantetrachlorids aus titanhaltigen
Rohstoffen, die Aluminiumverbindungen enthalten, durch Chlorieren des feinteiligen titanhaltigen Rohstoffes in einem
Wirbelbett unter Verwendung eines Reduktionsmittels, wobei das bei der Chlorierung gebildete Aluminiumchlorid mittels
Natriumchlorid zu einem Komplex gebunden und in Form dieses Komplexes vom Titantetrachlorid abgetrennt wird.
Als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Titantetrachlorid
werden titanhaltige Erze,wie z.B. Rutil und Ilmenit, oder andere
titanreiche Substanzen eingesetzt, die durch Anreichern des Titans aus den Erzen gewonnen werden, wie z.B. Schlacken und
Konzentrate. Dieses Ausgangsmaterial wird weiter unten als "titanhaltiger Rohstoff" bezeichnet. Die titanhaltigen Rohstoffe
enthalten Verbindungen anderer Metalle, wie z.B. Aluminium. Es gibt unter ihnen solche titanhaltigen Rohstoffe, die
größere Mengen Aluminium , beispielsweise 1 bis 2 %, berechnet
als AIpO-, enthalten. Bei der Chlorierung werden diese Metallverbindungen
in die entsprechenden Chloride umgewandelt und verlassen zusammen mit dem gebildeten Titantetrachlorid den Chlorierungsreaktor.
Anschließend werden diese Chloride entweder zusammen mit mindestens einem Teil des Titantetrachlorids
durch Kondensation abgeschieden, oder es erfolgt zunächst eine Abscheidung der schwerer flüchtigen Chloride in einer ersten
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Stufe, wonach in einer zweiten Stufe das im wesentlichen von diesen schwerer flüchtigen Chloriden "befreite Roh-Titantetrachlorid
zusammen mit leichter flüchtigen anderen Chloriden verflüssigt wird.
Unter "schwerer flüchtigen Chloriden" sollen hier und weiter unten die Metallchloride verstanden werden, deren Siede- bzw.
Sublimationspunkt unter vergleichbaren Druckbedingungen höher als der Siedepunkt von Titantetrachlorid ist, während unter
"leichter flüchtigen Chloriden" die Metallchloride verstanden werden, deren Siede- bzw. Sublimationspunkt unter vergleichbaren
Druckbedingungen tiefer als der Siedepunkt von Titantetrachlorid ist.
Während beispielsweise die Chloride von Eisen und Zirkonium wegen ihres relativ niedrigen Dampfdruckes im allgemeinen
problemlos vom Titantetrachlorid abgetrennt werden können, bereitet die Anwesenheit von Aluminiumchlorid im Titantetrachlorid
Schwierigkeiten, wenn seine Menge über die im Titantetrachlorid lösliche Menge hinausgeht.
Infolge seines relativ hohen Dampfdruckes wird das Aluminiumchlorid
in erheblichem Maße mit dem Titantetrachlorid mitgeführt und scheidet sich bei der Abkühlung des Titantetrachloriddampfes
, bei seiner Kondensation und bei der weiteren Abkühlung des flüssigen Titantetrachlorids in fester Form aus,
sobald seine Löslichkeit im Titantetrachlorid unterschritten
wird. Da diese Löslichkeit stark temperaturabhängig ist, treten in allen Temperaturbereichen Aluminiumchloridablagerungen
auf, die die Wärmeaustauschflächen der Kühleinrichtung
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und der Kondensationsanlage bedecken und so die Abführung von Wärme erschweren oder zu Verstopfungen in den Leitungen
führen. Darüber hinaus virkt das Aluminiumchlorid im flüssigen Roh-Titantetrachlorid gegen die üblichen metallischen
Apparateteile stark korrodierend.
Es sind mehrere Verfahren bekannt, das Aluminiumchlorid aus dem titantetrachloridhaltigen Chloridgemisch abzutrennen,
wobei das Aluminiumchlorid mittels Alkalichlorid zu einem Komplex gebunden wird.
Nach der DE-OS 29 02 098 vird das flüssige Chloridgemisch mit Wasser und Natriumchlorid behandelt, wobei die Menge
beider Zusätze auf die Menge des anwesenden Aluminiumchlorids abgestimmt ist.
Bei der US-PS 3 066 010 wird das gasförmige Chloridgemisch in einer Säule mit festem Natriumchlorid in Berührung gebracht,
wobei aus der Säule neben dem aluminiumchloridfreien Chloriddampf eine Schmelze abgezogen wird, die aus
Natriumchlorid mit dem im Chloridgemisch enthaltenden Aluminiumchlorid und gegebenenfalls Eisen(III)-chlorid gebildet
wurde. In ähnlicher Weise wird bei den Verfahren, die in den SU-Patentschriften 116 207 und 133 866 beschrieben sind, gearbeitet.
Hier wird das gasförmige Chloridgemisch vorher in einer gesonderten Stufe von festen Teilchen befreit, oder
die Säule enthält außer dem Alkalichlorid noch ein kohlenstoffhaltiges
Material.
TG 112
Das Verfahren der BS-OS 29 02 098 hat nicht nur den Nachteil,
da£ es die bsi der Kondensation des Chloridgemisches
auftretenden Probleme nicht beseitigt, sondern darüber hinaus bestehen Γό si e rungs prob 3 eine, veil beide Zusätze nicht
* nur auf die Alundniumchlcriaraenge, sondern auch aufeinander
ab^estiwat vrrden «ussen. ?>ie Bindung des Alanin ivrachlor ids
erfolgt relativ lar.gsarr., und es vird eine sehr gro&e Menge
Nstrv.:w.d"i!c3"i d beiiOti gt.
Die übrigen VeIi«inten VerfiCiren erfordern einen zusätzlichen
Ayparateteil und sind kompliziert gebaut. Cas Abtrennen des
flüssigen Ko-splexes vor;, nicht vös.gs>set2t.pn Alkalichlorid ist
nicht einfach durchiufiiliren. und es Kann leicht zu Verstopfungen
in der Säule KöBnnen,
Ks viirde nvm ein r.eups Verfahren ot Herstellung eines veit-1ς
gehend aluir.inuiiachiwidfrcien T\lantc<rsichloriäs aus titan™
halti^en Rohstoffen, die Alwuniu?-*.v-erVindungen enthalten,
durch Cl'.lorirren des fein te i Ii gen titsMh altigen Rohstoffes
in einem Wirbelbett unter Vervendung; eines Reduktionsmittels
tcefunde.n, vcbei das bei der Chlorierung gebildete Aluminiumchlorid
mittels Natriumchlorid eu einem Komplex gebunden und
in Form dieses Komplexes vom Tjtantetrachlorid abgetrennt
vird. Pas Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, da& die
r.u^abe von Natriumchlorid r.um Knald ions gemisch bzv. die
Bildung von Natriumchlorid im Renk ti onsgemisch vor der
ersten Kondensati.onsatufe des gebildeten Qiloridgemisches
erfolgt, wobei die für die Bindung des Aluminiumchlorids verwendete Natriumchloridmcnpe maximal 1 Mol NaCl je Mol
Al im titanhaltipm Rohstoff beträgt, und der aus dem Natriumchlorid
und dem Aluminiumchlorid gebildete Komplex zusammen mit dem Ch.loridgrm.isch ausgetragen vird.
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BAD ORIGINAL
Unter "weitgehend aluminiumchloridfrei" soll verstanden verden, daß das erhaltene Titantetrachlorid weniger Aluminiumchlorid
enthält, als es seiner Löslichkeit im Titantetrachlorid bei Zimmertemperatur entspricht, d.h. das
erhaltene Titantetrachlorid darf nicht mehr als 0,07 Gev. %
Aluminiumchlorid enthalten. Es ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht nur möglich, diesen geringen Aluminiumchloridgehalt
zu erreichen, sondern der Aluminiumehloridgehalt kann leicht noch weiter herabgesetzt werden.
unter "Chloridgemisch" wird das bei der Chlorierung gebildete
Gasgemisch verstanden, das üblicherweise außer den gebildeten Metallchloriden auch nicht umgesetzte oder gebildete sonstige
Gase, wie z.B. Kohlendioxid oder Stickstoff, enthält.
Das Natriumchlorid wird vorzugsweise in fester Form entweder zusammen mit einem Bestandteil des Wirbelbettes oder getrennt
vom Wirbelbett in den Chlorierungsreaktor oder außerhalb des Chlorierungsreaktors, aber noch vor der Stelle zugegeben, an
der zum erstenmal Metallchloride aus dem entstandenen Chloridgemisch
durch Kondensation abgeschieden werden. Das Natriumchlorid kann aber auch im Chlorierungsreaktor selbst aus
anderen Natriumverbindungen gebildet werden.
Das zugesetzte bzw. gebildete Natriumchlorid bildet mit dem Aluminiumchlorid einen Komplex, der im wesentlichen aus Natriumtetrachlor
oalumin at (NaAlCl)J besteht. Dieser Komplex ist schwerer flüchtig als das Aluminiumchlorid selbst. Durch
seine geringe Flüchtigkeit kann der Komplex leichter von Titantetrachlorid abgetrennt werden als das Aluminiumchlorid.
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Im Gegensatz zu der DE-OS 29 02 098 vird das im Chloridgemisch
enthaltende Aluminiumchlorid nicht zusammen mit dem Roh-Titantetrachlorid abgeschieden, sondern aus dem
Roh-Titantetrachlorid entfernt, "bevor das Titantetrachlorid
kondensiert vird.. Die Bildung des Komplexes erfolgt bei wesentlich höheren Temperaturen und wesentlich rascher
als beim bekannten Verfahren, und es wird eine wesentlich geringere Menge Natriumchlorid benötigt.
Im Gegensatz zu den anderen bekannten Verfahren, bei denen die Bildung des Komplexes gleichzeitig mit seiner Kondensation
und der Kondensation weiterer schwerer flüchtiger Metallchloride in Anwesenheit von festem Natriumchlorid erfolgt,
erfolgt in der vorliegenden Erfindung die Zugabe bzw. Bildung des Natriumchlorids vor der ersten Kondensationsstufe, und
der gebildete Komplex wird zusammen mit den anderen schwerer flüchtigen Metallchloriden im wesentlichen gasförmig im Reaktionsgemisch
mitgenommen und zusammen mit diesen schwerer flüchtigen Metallchloriden in der ersten Kondensationsstufe
abgeschieden.
Auch im Vergleich zu diesen bekannten Verfahren wird beim vorliegenden Verfahren sehr wenig Natriumchlorid benötigt;
ferner wird die bei den bekannten Verfahren notwendige, aber technisch aufwendige Trennung des gebildeten flüssigen Komplexes
von überschüssigem festen Natriumchlorid vermieden.
Da Eisen(III)-Chlorid in ähnlicher Weise wie das Aluminiumchlorid
mit Natriumchlorid Komplexe bildet, muß, falls im Reaktionsgemisch Eisen(lll)-chlorid vorhanden oder gebildet
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-T- α
wird, entsprechend mehr Natriumchlorid eingesetzt werden. Um den Natriumchloridverbrauch nicht allzusehr zu erhöhen,
ist es im allgemeinen zweckmäßig, bei der Chlorierung des titanhaltigen Rohstoffes die Bildung größerer Mengen
Eisen(III)-chlorid zu vermeiden.
Das bei der Chlorierung verwendete Reduktionsmittel kann fest oder gasförmig sein; feste Reduktionsmittel, insbesondere
kohlenstoffhaltige Reduktionsmittel, werden bevorzugt.
Eine bevorzugte Aus fuhrungs form des erfin dungs gemäßen Verfahrens
ist dadurch gekennzeichnet, daß
a) die Chlorierung bei einer Temperatur von 800 bis 12000C
derart durchgeführt wird, daß dabei keine wesentlichen Mengen Eisen(lll)-chlorid entstehen,
b) außer dem für die Bindung des Aluminiumchlorids verwendeten Natriumchlorid noch 1 Mol NaCl je Mol gebildetem
Eisen(III)-Chlorid, berechnet als FeCl , zugesetzt bzw.
im Reaktionsgemisch gebildet wird, und
c) in an sich bekannter Weise aus dem entstandenen Chloridgemisch
zunächst in einer ersten Kondensationsstufe die schwerer flüchtigen Chloride abgetrennt und anschließend
in einer zweiten Kondensationsstufe das Titantetrachlorid und die leichter flüchtigen Chloride verflüssigt werden.
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-JS-40
Bei dieser Verfahrensweise wird der aus Natriumchlorid und Aluminiumchlorid gebildete Komplex nahezu quantitativ
zusammen mit den schwerer flüchtigen Metallchloriden (u.a. Chloride von Fe, Mn, Mg, Ca, Zr, Nb) in einer
ersten Kondensationsstufe von dem gasförmigen Titantetrachlorid
und den leichter flüchtigen Chloriden abgetrennt und anschließend in einer zweiten Kondensationsstufe das Titantetrachlorid zusammen mit den leichter
flüchtigen Chloriden (insbesondere SiCl^, SnCIi) verflüssigt.
Im allgemeinen soll die Chlorierung in einem bestimmten Temperaturbereich bei 800 bis 1200°C stattfinden. Wird die
untere Temperaturgrenze unterschritten, dann kann es leicht zur Anreicherung von Natriumchlorid im Bett und zu Verklebungen
der Betteilchen durch das anwesende Natriumchlorid kommen.
Die Überschreitung der oberen Temperatur grenze führt unter
Umständen zu Versinterungen im Wirbelbett. Vorzugsweise beträgt die Chlorierungstemperatur 850 bis 1100 C.
Das Natriumchlorid kann an beliebiger Stelle in den Chlorierungsreaktor oder in die unmittelbar angrenzenden Apparateteile
vor der ersten Kondensationsstufe eingeführt werden. Eine bevorzugte
Ausführungsform der Erfxndung besteht darin, das
Natriumchlorid in das Wirbelbett zuzugeben. Es kann dabei beispielsweise mit einem der Wirbelbettbestandteile in den
Chlorierungsreaktor eingeführt werden.
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-sr- -AA
Durch das folgende Beispiel wird die Erfindung näher erläutert:
Als titanhaltiger Rohstoff vurde eine aus Ilmenit gewonnene
Schlacke eingesetzt, die folgende analytische Zusammensetzung und folgende Korngrößenverteilung aufwies:
Analytische Zusammensetzung: Korngrößenverteilung
(Siebanalyse):
Gew. % mm Gew. %
TiO0 85,6 >O,25 33,2
0,1 - 0,25 66,1
0,063 - 0,1 0,6
< 0,063 0,1
TiO | 85,6 |
Fe2O3 Nb2O3 ZrO2 |
10,7 0,23 |
MnO2 | 1,8 |
CaO | 0,13 |
MgO | 0,99 |
P2°5 | < 0,02 |
2,5 | |
Al2O3 SnO2 |
1,6 0,01 |
V 0 | 0,1*6 |
TG 112 - 10 -
■β τ
» -5
Als Reduktionsmittel wurde ein Koks mit folgender Korngrößenverteilung
(Siebanalyse) eingesetzt:
mm Gew.
%
1-2 2,5
0,5 - 1 88,0
0,25 - 0,5 9,0
< 0,25 0,5
Aus 80 Gew. % des titanhaltigen Rohstoffes und 20 Gew. %
des Kokses wurde in einem Chlorierungsreaktor ein Wirbelbett gebildet, wobei diesem Wirbelbett laufend 6800 kg/h
dieses Gemisches zugeführt wurden. In dieses Wirbelbett wurden bei einer Temperatur von I050 C 9300 kg/h eines
Gases eingeleitet, das zu 88,2 Gew. % aus Chlor bestand. Aus dem Chlorierungsreaktor wurden 17300 kg/h eines gasförmigen
Chloridgemisches abgezogen, das 12000 kg/h Metallchloride enthielt. Dieses Chloridgemisch wurde zunächst
in einer ersten Kondensationsstufe auf 1U0 C abgekühlt, um
schwerer flüchtige Metallchloride, hauptsächlich Eisen(ll)-chlorid,
abzuscheiden. Danach wurde das verbleibende Gasgemisch in einer zweiten Kondensationsstufe weiter auf
60 C abgekühlt und das Titantetrachlorid zusammen mit den leichter flüchtigen Chloriden verflüssigt.
Infolge des hohen Aluminiumgehaltes des eingesetzten Rohstoffes entstanden größere Mengen Aluminiumchlorid, die in
der ersten Kondensationsstufe nicht kondensiert-werden
konnten und zu starken Ablagerungen an den Wärmeaustauschflächen der zweiten Kondensationsstufe führten. Das
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verflüssigte Roh-Titantetrachlorid enthielt 0,8 Gew. % Aluminiumchlorid, das zum großen Teil in fester Form
neben den flüssigen Chloriden vorlag. Nach 50 Stunden mußte die Chlorierung unterbrochen werden, da die
Leitungen verstopft wurden.und der Wärmeübergang in den Kühlern der zweiten Kondensationsstufe zum Erliegen
kam. Das erhaltene Roh-Titantetrachlorid war sehr korrosiv.
Nun wurde die Verfahrensweise derart abgewandelt, daß während der Chlorierung laufend festes Natriumchlorid in
einer Menge von 35 kg/h in den Chlorierungsreaktor zugegeben wurde.
Jetzt blieben die Wärmeaustauschflächen der zweiten Kondensationsstufe
ansatzfrei, und das kondensierte flüssige Roh-Titantetrachlorid enthielt kein festes Aluminiumchlorid mehr;
der Aluminiumchloridgehalt im Roh-Titantetrachlorid betrug jetzt nur 0,0it Gew. %. Die Chlorierung konnte ungestört im
Dauerbetrieb fortgesetzt werden. Eine Untersuchung der in der ersten Kondensationsstufe abgeschiedenen Metallchloride
ergab, daß das Aluminiumchlorid dort praktisch quantitativ abgeschieden wurde. Infolge der weitgehenden Entfernung des
Aluminiumchlorids wies das erhaltene Roh-Titantetrachlorid
keine hohe Korrosivität auf.
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Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung eines veitgehend aluminiumchloridfreien
Titantetrachlorids aus titanhaltigen Rohstoffen, die Aluminiumverbindungen enthalten, durch Chlorieren des feinteiligen
titanhaltigen Rohstoffes in einem Wirbelbett unter Verwendung eines Reduktionsmittels, wobei das bei der Chlorierung
gebildete Aluminiumchlorid mittels Natriumchlorid zu einem Komplex gebunden und in Form dieses Komplexes vom
Titantetrachlorid abgetrennt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
die Zugabe von Natriumchlorid zum Reaktionsgemisch bzw. die Bildung von Natriumchlorid im Reaktionsgemisch vor der ersten
Kondensationsstufe des gebildeten Chloridgemisches erfolgt, wobei die für die Bindung des Aluminiumchlorids verwendete
' 15 Natriumchloridmenge maximal 1 Mol NaCl je Mol Al im titanhaltigen
Rohstoff beträgt, und der aus dem Natriumchlorid und dem Aluminiumchlorid gebildete Komplex zusammen mit dem
Chloridgemisch ausgetragen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
a) die Chlorierung bei einer Temperatur von 800 bis 1200 C derart durchgeführt wird, daß dabei keine wesentlichen
Mengen Eisen(lll)-chlorid entstehen,
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b) außer dem für die Bindung des Alumxniumchlorids verwendeten
Natriumchlorid noch 1 Mol NaCl je Mol gebildetes Eisen(IIl)-chlorid, berechnet als FeCl,,
zugesetzt bzw. im Reaktionsgemisch gebildet wird, und
c) in an sich bekannter Weise aus dem entstandenen Chloridgemisch
zunächst in einer ersten Kondensationsstufe die schwerer flüchtigen Chloride abgetrennt und anschließend
in einer zweiten Kondensationsstufe das Titantetrachlorid
und die leichter flüchtigen Chloride verflüssigt werden.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Natriumchlorid in das Wirbelbett zugegeben wird.
das Natriumchlorid in das Wirbelbett zugegeben wird.
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