DE69832172T2

DE69832172T2 - Verfahren zur herstellung einer wässrigen eisen(iii)chlorid enthaltende lösung

Info

Publication number: DE69832172T2
Application number: DE69832172T
Authority: DE
Inventors: J. Kevin LEARY; Kurt Juergen PLISCHKE; Larson John OWEN; Robert John STECHER
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1997-07-11
Filing date: 1998-07-08
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2018-07-09
Also published as: DE69832172D1; WO1999002456A1; EP0993419A1; EP0993419B1; TW470778B; KR20010021618A; AU737575B2; US5935545A; AU8293298A; JP2001509468A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Eisen(III)-chlorid aufweisenden Lösung. Das Eisen(III)-chlorid wird durch Chlorierung von Titan enthaltenden Materialien erzeugt.
BESCHREIBUNG DES VERWANDTEN GEBIETS
Bei zahlreichen Industrieprozessen fallen große Mengen an Metallchloriden als Nebenprodukte an. Beispielsweise wird in einem Chlorid-Prozess zur Erzeugung von Titandioxid (TiO₂)-Pigment Titan enthaltendes Material oder Erz chloriert, um Titantetrachlorid (TiCl₄) zu erzeugen, sowie andere Metallchlorid-Nebenprodukte. Die Metallchlorid-Nebenprodukte sind stark sauer und enthalten oftmals als Hauptbestandteile Eisenchloride. Viele Prozesse zur Behandlung dieser Materialien sind kostspielig und erzeugen ein Produkt, das durch Neutralisation, auf Deponien, durch Versenkung in Schluckbrunnen oder mit Hilfe anderer Verbringungsmethoden verbracht werden müssen.
Es besteht daher eine Nachfrage nach einem Verfahren zur Behandlung wässriger Medien, die Metallchloride enthalten, so dass gefahrstofffreie Produkte gewährt werden, die sich bei kommerziellen Anwendungen einsetzen lassen.
Es ist bekannt, dass Eisenchlorid als Ausflockungsmittel zur Behandlung von Abwasser verwendet werden kann. Herkömmlich sind für diese Aufgabe Eisenchlorid-Lösungen hoher Reinheit zum Einsatz gelangt. Es sind mühselige und aufwendige Prozesse zur Reinigung von Metallchlorid-Nebenproduktströmen entwickelt worden, um sie für die Verwendung zur Abwasserbehandlung geeignet zu machen.
Cairns und Kleinfelder beschreiben in der US-P-3 261 664 ein Verfahren zur Entfernung von Eisen(II)-chlorid (FeCl₂) aus heißen Gasen, die Eisen(III)-chlorid (FeCl₃), TiCl₄ und Abblasfeststoffe enthalten die nicht umgesetzte Erze und Kohlenstoff enthaltendes Material aus einer Reaktion für die Chlorierung von Titan enthaltenden Materialien aufweisen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) einen Strom, der FeCl₂, FeCl₃ und TiCl₄ enthält, in einen Abzug bei 900°C einleiten; (b) in den Abzug zur Kühlung des Stroms auf 500° bis 550°C gekühltes TiCl₄ eindüsen, wobei sich FeCl₂ als ein Feststoff abscheidet; (c) die Mischung, die festes FeCl₂ und verbleibende Gase enthält, in eine Art Staubabscheider oder Zyklon einführen um festes FeCl₂ und Abblas-Feststoffe von den Gasen abzutrennen; (d) die Gase zu Kühltürmen leiten, worin FeCl₃ mit Hilfe konventioneller Maßnahmen entfernt wird, z.B. durch Kühlen der Gase bis 250° bis 270°C mit Hilfe einer Berieselung eines inerten Kühlmediums, wie beispielsweise gekühltes TiCl₄, um festes FeCl₃ zu erzeugen; (e) die Mischung, welche Gase und festes FeCl₃ enthalt, in einen Zyklonabscheider zur Entfernung von festem FeCl₃ überführen; (f) Kondensieren der verbleibenden Gase, die jetzt frei von festen Chloriden sind; sowie (g) Gewinnen von flüssigem TiCl₄.
Rado und Nelson offenbaren in der US-P-3 906 077 ein Verfahren zum Gewinnen von im Wesentlichen reinem FeCl₃ aus der Chlorierung eines Eisen enthaltenden Erzes, worin die Abtrennung eines überwiegenden Teils der nichtflüchtigen Feststoffe in einem ersten Zyklon einbezogen ist, gefolgt von einem Kühlschritt (Zugabe von flüssigem TiCl₄), um FeCl₃ abzuscheiden, Verwendung eines zweiten Zyklons um FeCl₃ abzutrennen sowie alle anderen verbleibenden nichtflüchtigen Feststoffe und Reinigung von FeCl₃ durch Gewinnung als Überkopfprodukt aus einer Behandlungszone bei 350° bis 700°C.
Hartmann und Schmeir offenbaren in der US-P-S 248 497 ein Verfahren für die Gewinnung von Eisen(II)-chlorid aus gasförmigen Abgängen, die bei der Chlorierung von Titan enthaltendem Material entstehen, wobei das Verfahren umfasst: (a) Abtrennen von FeCl₂ und Abblasfeststoffen (nicht umgesetzter Koks, Erz) und anderen Metallchloriden in einem Zyklon zur Erzeugung von Zyklonstaub; (b) Aufschlämmen des Zyklonstaubs mit einer Flüssigkeit (Wasser, HCl); (c) Entfernen der wasserunlöslichen Bestandteile aus der Aufschlämmung, z.B. durch Filtration; (d) Eindampfen der Lösung unter Vakuum; (e) Kühlen der eingedampften Lösung, damit sich FeCl₂ auskristallisieren kann, und (f) Abtrennen der FeCl₂ Kristalle.
In dieser Patentschrift wird kein Verfahren zum Abtrennen von FeCl₃ oder ein Verfahren zur Bereitstellung einer Lösung von FeCl₃ beschrieben, die über einen geringen Feststoffgehalt verfügt.
Kommerziell ist bisher ein Verfahren praktiziert worden, bei dem Titan enthaltendes Material zur Erzeugung eines Metallchlorid-Dampfstromes chloriert wurde, der bis zu einer Temperatur oberhalb von 500°C zur Abscheidung einer Fraktion des FeCl₂ und anderer Metallchloride gekühlt wurde, die hohe Siedepunkte haben, wie beispielsweise Bleichlorid (PbCl₂), Manganchlorid (MnCl₂), Magnesiumchlorid (MgCh) und Chromchlorid (CrCl₃), und zwar in einem Zyklonabscheider. Die abgeschiedenen Feststoffe sowie der überwiegende Teil von eingeschlossenem Koks, Erz und Gangart werden in dem Zyklon-Unterlauf aufgefangen, wodurch der FeCl₃-Dampfstrom gereinigt wird, der im Zyklon-Überlauf austritt.
Bei diesem kommerziellen Prozess wird der Zyklon-Überlauf bis zu 180° bis 240°C weiter gekühlt, worin FeCl₃ ausgeschieden und anschließend mit Wasser aufgeschlämmt wird, um eine wässrige Lösung von FeCl₃ zu erzeugen, die aufgelöstes FeCl₂ und andere vermischte Metallchloride sowie Spuren von wasserunlöslichem Koks, Erz und Gangart enthält. Die FeCl₃-Lösung wird durch ein Sieb/Absetz-Prozess zur Verringerung der Feststoffkonzentration weiter behandelt, um ein für den Einsatz für die Abwasserbehandlung geeignetes Produkt zu schaffen.
Obgleich das vorstehend beschriebene Verfahren bei der Herstellung einer wässrigen Lösung von FeCl₃ wirksam ist, wäre es wünschenswert, wenn man über ein verbessertes Verfahren verfügte, bei dem eine größere Fraktion der Chloride mit hohen Siedepunkt-Temperaturen aus dem FeCl₃-Strom entfernt wird. Beim Betreiben des vorstehend beschriebenen Verfahrens kommt es aber auch zum Aufbau von Feststoffen an den nachgeschalteten Rohrleitungen und Anlagen, der zu Einschränkungen und Verstopfung führt. Daher wäre es wünschenswert, wenn man über ein Verfahren verfügte, das sich kontinuierlicher mit weniger austrittseitig auftretenden Behinderungen und Verstopfungen betreiben ließe.
Die vorliegende Erfindung gewährt ein verbessertes Verfahren, das kontinuierlicher mit weniger Problemen der Verstopfung und Behinderung betrieben werden kann. Die resultierende wässrige Lösung verfügt über einen hohen Eisengehalt und speziell über einen hohen FeCl₃-Gehalt, während sie gleichzeitig einen geringen Gehalt an Chromchlorid hat, was für Anwendungen bei der Abwasserbehandlung von Vorteil ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung gewährt ein Verfahren zum Herstellen einer wässrigen FeCl₃-Lösung, umfassend die Schritte: (a) Umsetzen eines Titan und Eisen enthaltenden Erzmaterials mit Chlor und Koks unter Erzeugung eines Metallchlorid-Dampfstroms, der Titantetrachlorid aufweist, Eisen(II)-chlorid, Eisen(III)-chlorid und nicht umgesetzten Koks und Erz-Feststoffe; (b) Kühlen des Metallchlorid-Dampfstroms bis zu einer Temperatur im Bereich von 350° bis 475°C, um mindestens einen Teil des Eisen(II)-chlorids abzuscheiden; (c) Zuführen des Metallchlorid-Dampfstroms in einen Zyklon bei einer Einlasstemperatur im Bereich von 350° bis 475°C und Abtrennen des abgeschiedenen Eisen(II)-chlorids und des nicht umgesetzten Koks und der Erz-Feststoffe von dem Metallchlorid-Dampfstrom; (d) Kühlen des Metallchlorid-Dampfstroms, der sich aus Schritt (c) ergibt, bis zu einer Temperatur im Bereich von 180° bis 240°C, um einen Eisen(III)-chlorid aufweisenden Niederschlag zu erzeugen, und (e) Zugeben des Niederschlags zu Wasser, um eine Eisen(III)-chlorid aufweisende wässrige Lösung zu erzeugen.
Zusätzlich zu Eisen(II)-chlorid werden in dem vorstehend beschriebenen Schritt (b) andere Metallchloride abgeschieden, die einen Siedepunkt haben, der höher ist als die Kühltemperatur, und werden von dem Metallchlorid-Strom in dem vorstehend beschriebenen Schritt (c) abgetrennt. Beispiele für derartige Metallchloride schließen Chromchlorid, Manganchlorid, Magnesiumchlorid, Bleichlorid und Mischungen davon ein. Der Metallchlorid-Strom wird vorzugsweise in Schritt (b) gekühlt, indem flüssiges Titantetrachlorid eingedüst und die ausgeschiedenen Feststoffe vorzugsweise in Schritt (c) unter Anwendung eines Zyklons entfernt werden. Das Eisen(II)-chlorid und andere Metallchloride lassen sich aus dem Zyklon mit Hilfe einer beliebigen geeigneten Fördervorrichtung entfernen, vorzugsweise mit Hilfe eines Drehschiebers. Im typischen Fall werden in Schritt (c) das Eisen(II)-chlorid und andere Metallchloride von dem Metallchlorid-Dampfstrom abgetrennt und entfernt und zu einem Abschrecktank gefördert, der Wasser enthält.
Im typischen Fall wird der Niederschlag, der in dem vorstehend beschriebenen Schritt (d) erzeugtes Eisen(III)-chlorid aufweist, zu einem Wasser enthaltenden Abschrecktank gefördert. Der Metallchlorid-Strom wird vorzugsweise durch Zugabe von flüssigem Titantetrachlorid in Schritt (d) gekühlt.
Im typischen Fall weist die wässrige Eisen(III)-chlorid-Lösung, die mit Hilfe des Verfahrens der vorliegenden Erfindung erzeugt wird, etwas Eisen(II)-chlorid auf. Es kann in die Lösung Chlor eingedüst werden, um mindestens einen Teil des Eisen(II)-chlorids zu Eisen(III)-chlorid umzuwandeln. Bevorzugt weist die wässrige Lösung 1% bis 45% und mehr bevorzugt 30% bis 45 Gew.% Eisen(III)-chlorid auf, weniger als 0,5 Gew.% Eisen(II)-chlorid, weniger als 1 Gew.% Salzsäure und weniger als 0,5 Gew.% Feststoffe bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung. Es kann außerdem eine zusätzliche Verarbeitung zur Entfernung mindestens eines Teils der Feststoffe vorgenommen werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine schematische Darstellung, die eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung gewährt ein Verfahren zum Herstellen einer Eisen(III)-chlorid aufweisenden wässrigen Lösung.
In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung werden Titan und Eisen enthaltendes Erzmaterial, ein kohlenstoffhaltiges Material oder Koks, Chlor und wahlweise Luft oder Sauerstoff in einen Wirbelschichtreaktor eingeführt, wo sie umgesetzt werden, um einen Metallchlorid-Dampfstrom zu liefern, der Titantetrachlorid aufweist, Eisen(II)-chlorid, Eisen(III)-chlorid, andere Metallchloride, CO₂, CO und Feststoffpartikel, die aus nicht umgesetztem Erz, Koks und Gangart bestehen. Das Titan enthaltende Material kann jedes beliebige geeignete Titan-Ausgangsmaterial sein, wie beispielsweise Titan enthaltende Erze, einschließlich Rutil-, Ilmenit- oder Anatas-Erz; Aufbereitungsprodukte davon; Titan enthaltende Nebenprodukte oder Schlacken sowie Mischungen davon, wobei im typischen Fall als Hauptbestandteil Eisen enthalten ist. Die Reaktorbedingungen werden vorzugsweise so gehalten, dass das Eisen enthaltende Material zu Eisen(III)-chlorid umgewandelt wird.
Der Metallchlorid-Dampfstrom aus dem Wirbelschichtreaktor wird sodann bis auf eine Temperatur im Bereich von 350° bis 475°C gekühlt und in eine Gas/Feststoff-Trennvorrichtung, d.h. einen Zyklon, geführt. Der Metallchlorid-Dampfstrom kann mit Hilfe jeder beliebigen geeigneten Maßnahme gekühlt werden, wie beispielsweise einem inerten flüssigen Kühlmittel, vorzugsweise flüssiges Titantetrachlorid (TiCl₄), das in den eintrittseitigen Strom des Zyklons zur Kontrolle der Temperatur an der Eintrittseite des Zyklons eingedüst werden kann.
In der Regel bestimmt die Temperatur des Zyklons, welche Metallchloride als Feststoffe (oder Flüssigkeiten) abgeschieden werden. Metallchloride, die über Siedepunkte verfügen, die höher sind als die Zyklontemperatur, werden ausgeschieden und ausgefällt, z.B. Eisen(II)-chlorid (FeCl₂), Chromchlorid (CrCl₃), Manganchlorid (MnCl₂), Magnesiumchlorid (MgCl₂) und Bleichlorid (PbCl₂) sowie Mischungen davon. Die meisten der ausgeschiedenen Metallchloride werden in dem Zyklon-Unterlauf aufgefangen. Der größte Teil von nicht umgesetztem Koks, Erz und Gangart und geringere Mengen an FeCl₃ werden ebenfalls in dem Zyklon-Unterlauf aufgefangen.
Wie vorstehend diskutiert wurde, wird der Zyklon in konventionellen Prozessen bei einer Einlasstemperatur (Kühltemperatur) oberhalb von 500°C betrieben, um flüssiges FeCl₃ daran zu hindern, aus dem Strom auszufallen und Verstopfungsprobleme hervorzurufen. Überraschend ist festgestellt worden, dass, wenn man den Metallchlorid-Dampfstrom bis zu einer Temperatur im Bereich von 350° bis 475°C am Zykloneinlass kühlt, das Verfahren weniger anfällig auf Verstopfung in der Rohrleitung und der Anlage austrittseitig des Zyklons ist, während es wirksamer bei der Abtrennung und Entfernung des entscheidenden Anteils von FeCl₂ und anderer Metallchloride aus dem Dampfstrom ist. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann kontinuierlicher mit weniger Behinderungen und weniger Verstopfung ausgeführt werden, als dieses in konventionellen Verfahren zu beobachten ist.
In der vorliegenden Erfindung ist eine maximale Temperatur von 475°C signifikant, da bei Zyklon-Einlasstemperaturen oberhalb von 500°C die Metallchloride, die hohe Siedepunkte haben (z.B. FeCl₂) weniger wirksam aus dem Dampfstrom in dem Zyklon abgetrennt werden. Ohne an irgendeine Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass eine Verstopfung in der Rohrleitung und der Anlage, die dem Zyklon nachgeschaltet sind, entweder durch Ausscheidung von Eisen(II)-chlorid und anderen hoch siedenden Chloriden hervorgerufen werden kann oder durch Ausscheidung von Eisen(III)-chlorid. Ein Betrieb unterhalb von 475°C vermindert die Verstopfung, indem die ausscheidende Kondensationsmenge von Eisen(II)-chlorid und anderer hoch siedender Chloride in der dem Zyklon nachgeschalteten Rohrleitung und Anlage verhindert wird. Ebenfalls signifikant ist eine Mindesttemperatur von 350°C, da bei Temperaturen unterhalb von 350°C flüssiges FeCl₃, das einen relativ geringen Siedepunkt hat, in der gleichen Leitung und Anlage ausfällen kann oder sogar in dem Zyklon und eine Verstopfung hervorruft. Um die Entfernung von CrCl₃, MnCl₂, MgCl₂, PbCl₂ und anderer Metallchloride mit hohen Siedepunkten mit minimalem Verlust an FeCl₃ und minimaler Verstopfung auf ein Optimum zu halten, beträgt die bevorzugte Zyklon-Einlasstemperatur 375° bis 475°C und am meisten bevorzugt 400° bis 450°C.
Die Feststoffe in dem Zyklon-Unterlauf werden in einen Abschrecktank befördert, wo sie in Wasser aufgelöst und aufgeschlämmt werden. In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann eine Reihe geeigneter Fördereinrichtungen zur Anwendung gelangen, jedoch wird die Verwendung eines Drehschiebers bevorzugt.
Wahlweise lassen sich die Feststoffe des Zyklon-Unterlaufes mit Wasser unter Erzeugung einer wässrigen Aufschlämmung von aufgelösten Metallchloriden und Erz, Koks und Gangart aufschlämmen. Die Aufschlämmung des Zyklon-Unterlaufes kann durch Hydrozyklonabscheider und einer Waschsäule verarbeitet werden, um einen gewissen Teil des Erzes zu gewinnen, das in den Kreislauf zum Wirbelschichtreaktor zurückgeführt wird.
Der aus dem Zyklon-Überlauf austretende Metallchlorid-Dampfstrom wird weiter auf 180° bis 240°C durch Zusatz eines flüssigen Kühlmittels gekühlt, wie beispielsweise flüssiges TiCl₄. Es wird Eisen(III)-chlorid ausgefällt und als ein Feststoff zusammen mit etwaigem zurückbleibendem Eisen(II)-chlorid, Koks, Erz und Gangart aufgefangen. Es kann jede beliebige geeignete Gas/Fest-Trennvorrichtung zur Anwendung gelangen. Die Feststoffe werden mit Wasser aufgelöst und aufgeschlämmt, um eine wässrige Lösung von Eisen(III)-chlorid zu erzeugen, das Spurenmengen an Koks, Erz und Gangart enthält.
Wahlweise kann die wässrige Lösung mit Chlor behandelt werden, wie beispielsweise in einem Reaktionsapparat mit Pfropfenströmung, um mindestens einen Teil des Eisen(II)-chlorids in Eisen(III)-chlorid zu überführen. Nach einer derartigen Chlorbehandlung befinden sich vorzugsweise weniger als 0,5 Gew.% Eisen(II)-chlorid in Lösung.
Das Produkt der vorliegenden Erfindung, das eine wässrige Lösung von Eisen(III)-chlorid aufweist, kann direkt ohne zusätzliche Weiterverarbeitung in einer Wasserbehandlung verwendet werden.

Vorzugsweise hat diese Lösung die folgende Zusammensetzung:

FeCl₃	1% bis 45 Gew.% und bevorzugt 30% bis 45 Gew.%
FeCl₂	< 0,5 Gew.%
HCl	< 1 Gew.%
suspendierte Feststoffe	< 0,5 Gew.% (Koks, Erz, Gangart)
andere Metallchloride *	< 4 000 ppm
Rest Wasser

* Konzentration anderer Metallchloride, die von deren Konzentrationen in der Titan und Eisen enthaltenden Erzbeschickung abhängen wird.

Eine zusätzliche Entfernung von Feststoffen kann wahlweise über verschiedene Methoden der Feststofftrennung vorgenommen werden, einschließlich die Verwendung eines Absetzteiches, einer Filterpresse, Zentrifuge oder eines Flotationsprozesses. Derartige zusätzliche Schritte können Feststoffkonzentrationen bis auf weniger als 0,2 Gew.% und im typischen Fall weniger als 0,1 Gew.% herabsetzen. Darüber hinaus lässt sich auch eine Chlorierung der wässrigen Lösung zur Verringerung der Konzentrationen an Eisen(II)-chlorid nach dem zusätzlichen Schritt der Feststoffentfernung ausführen.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist in 1 gezeigt.
Nach Entfernung des Eisen(III)-chlorids und der verbleibenden Feststoffe von Koks und Erz weist der Metallchlorid-Dampfstrom Titantetrachlorid (TiCl₄) auf und wird zu einer zusätzlichen austrittseitigen Anlage zugeführt, wo das gereinigte flüssige TiCl₄ erzeugt wird, das als eine Beschickung für die TiO₂-Pigmenterzeugung verwendet wird.
Die vorliegende Erfindung gewährt ein Verfahren zum Herstellen einer Eisen(III)-chlorid aufweisenden wässrigen Lösung, die eine praktische Anwendung als Abwasser-Behandlungsmittel findet. Eisen(III)-chlorid wird zur Verringerung der suspendierten Gesamtfeststoffe (TSS) des biochemischen Sauerstoffbedarfs, des chemischen Sauerstoffbedarfs, von Phosphor, der Farbe, Spurenmetallen und Geruch sowie für die Abschlammkonditionierung verwendet. Beispielsweise unterstützt Eisen(III)-chlorid die Entfernung von TSS in Abwasser, indem ein Hydroxid-Gel erzeugt wird, welches Feinpartikel zu größeren Agglomeraten koaguliert, die in einer Standard-Trennanlage entfernt werden können.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele weiter veranschaulicht, wobei diese Beispiele nicht als Einschränkung des Geltungsbereichs der Erfindung auszulegen sind.
VERGLEICHSBEISPIEL
Es wurde eine Mischung von 60 gew.%iger Ilmenit und 40 gew.%iger Titan enthaltender Schlacke (Gemischzusammensetzung: 71% TiO₂, 24% Fe₂O₃, 5% andere Metalloxide) mit Petrolkoks und Chlorgas in einem Wirbelschichtreaktor bei einer Temperatur von 1.000° bis 1.200°C umgesetzt. Die Reaktionsbedingungen wurden so gehalten, dass das Fe₂O₃ überwiegend zu FeCl₃ umgewandelt wurde und der Rest zu FeCl₂ umgewandelt wurde (Fe³⁺/Fe = 0,70 – 0,80).
Der Ausgangsstrom des Chlorierungsreaktors wurde auf näherungsweise 500°C gekühlt, indem flüssiges TiCl₄ in den Abzug unmittelbar eintrittseitig zum Zyklon-Einlass eingedüst wurde, um Eisen(II)-chlorid abzuscheiden sowie andere Metallchloride, die einen Siedepunkt oberhalb von 500°C hatten. Die abgeschiedenen Metallchlorid-Feststoffe sowie die eingeschlossenen Erz- und Kokspartikel wurden in dem Zyklon aufgefangen. Die Temperatur des Unterlaufs der Feststoffe wurde am Boden des Zyklons mit 325°C gemessen. Der Aufnahmewirkungsgrad des Zyklons für die verschiedenen Komponenten unter diesen Bedingungen ist in Tabelle 1 wiedergegeben.
Die Feststoffe in dem Zyklon-Unterlauf wurden mit Hilfe eines Drehschiebers in den Abschreckbehälter gefördert, wo die Feststoffe in Wasser aufgelöst und aufgeschlämmt wurden. Die Aufschlämmung des Zyklon-Unterlaufes wurde zu Hydrozyklonabscheidern und einer Waschsäule gepumpt, um einen Teil des Erzes zu gewinnen, das zu dem Chlorierungsreaktor in den Kreislauf zurückgeführt wurde.
Der den Zyklon verlassende Dampfstrom trat in einen Kühler, wo flüssige TiCl₄ eingedüst wurde, um den Strom auf 210°C zu kühlen und FeCl₃ abzuscheiden. Das TiCl₄ verblieb als Dampf und trat aus dem Kühler überkopf zu einer zusätzlichen austrittseitigen Abscheideranlage, wo der TiCl₄-Dampf abgeschieden und aufgefangen wurde.
FeCl₃ und andere ausgefällte Metallchloride wurden in dem Kühler aufgefangen. Die Feststoffe in dem Kühler-Unterlauf wurden in einen Abschrecktank gefördert, wo sie in Wasser aufgelöst und aufgeschlämmt wurden. Die Zusammensetzung der wässrigen FeCl₃-Lösung, die auf diese Weise erzeugt wurde, ist in Tabelle 2 zusammengestellt. Aufnahmewirkungsgrade (Gew.%) des Zyklonabscheider für das Vergleichsbeispiel (Einlasstemperatur = 500°C, Temperatur des Unterlaufs der Feststoffe = 325°C) TABELLE 1

Cr 71

Mn 68

Mg 70

Pb 31

FeCl₃ 1,1

FeCl₂ 71

Ertz + Gangart 93

Koks 95

Zusammensetzung der in dem Vergleichsbeispiel erzeugten wässrigen FeCl₃-Lösung TABELLE 2

FeCl₃ 36 Gew.%

FeCl₂ 1,9 Gew.%

HCl (frei) < 1,0 Gew.%

suspendierte Feststoffe 0,17 Gew.%

Cr* 85 ppm

Mn* 2500 ppm

Mg* 520 ppm

Pb* 100 ppm

*die Konzentration gemischter Metalle wird von deren Konzentrationen in der Titan und Eisen enthaltenden Erzbeschickung abhängen.

BEISPIEL 1
Es wurde eine Mischung von 75 Gew.% Ilmenit und 25 Gew.% Titan enthaltender Schlacke (Gemischzusammensetzung: 71% TiO₂ 25% Fe₂O₃, 4% andere Metalloxide) mit Petrollcoks und Chlorgas in einem Wirbelschichtreaktor bei einer Temperatur von 1.000° bis 1.200°C umgesetzt. Die Reaktionsbedingungen wurden so gehalten, dass das Fe₂O₃; überwiegend zu FeCl₃ umgewandelt wurde und der Rest zu FeCl₂- umgewandelt wurde (Fe³⁺/Fe = 0,70...0,80).
Der Ausgangsstrom des Chlorierungsreaktors wurde auf näherungsweise 400°C gekühlt, indem flüssiges TiCl₄ in den Abzug unmittelbar eintrittseitig zum Zyklon-Einlass eingedüst wurde, um Eisen(II)-chlorid abzuscheiden sowie andere Metallchloride, die einen Siedepunkt oberhalb von 400°C hatten. Die abgeschiedenen Metallchlorid-Feststoffe sowie die eingeschlossenen Erz- und Kokspartikel wurden in dem Zyklon aufgefangen. Die Temperatur des Unterlaufs der Feststoffe wurde am Boden des Zyklons mit 260°C gemessen. Der Abscheidegrad des Zyklons für die verschiedenen Komponenten unter diesen Bedingungen ist in Tabelle 3 wiedergegeben.
Die Feststoffe in dem Zyklon-Unterlauf wurden mit Hilfe eines Drehschiebers in den Abschrecktank gefördert, wo die Feststoffe in Wasser aufgelöst und aufgeschlämmt wurden. Die Aufschlämmung des Zyklon-Unterlaufes wurde zu, Hydroryklonabscheidern und einer Waschsäule gepumpt, um einen Teil des Erzes zu gewinnen, das zu dem Chlorierungsreaktor in den Kreislauf zurückgeführt wurde.
Der den Zyklon verlassende Dampfstrom trat in einen Kühler, wo flüssige TiCl₄ eingedüst wurde, um den Strom auf 210°C zu kühlen und FeCl₃ abzuscheiden. Das TiCl₄ verblieb als Dampf und trat aus dem Kühler überkopf zu einer zusätzlichen austrittseitigen Abscheideranlage, wo der TiCl₄-Dampf abgeschieden und aufgefangen wurde.
FeCl₃ und andere ausgefällte Metallchloride wurden in dem Kühler aufgefangen. Die Feststoffe in dem Kühler-Unterlauf wurden in einen Abschrecktank gefördert, wo sie in Wasser aufgelöst und aufgeschlämmt wurden. Die Zusammensetzung der wässrigen FeCl₃-Lösung, die auf diese Weise erzeugt wurde, ist in Tabelle 4 zusammengestellt. Abscheidegrad (Gew.%) des Zyklonabscheiders für Beispiel 2 (Einlasstemperatur = 400°C, Temperatur des Unterlaufs der Feststoffe = 260°C) TABELLE 3

Cr 95

Mn 95

Mg 95

Pb 69

FeCl₃ 4

FeCl₂ 86

Erz + Gangart 99

Koks 93

Zusammensetzung der in Beispiel 2 erzeugten wässrigen FeCl₃-Lösung TABELLE 4

FeCl₃ 40 Gew.%

FeCl₂ 2,2 Gew.%

HCl (frei) < 1,0 Gew.%

suspendierte Feststoffe 0,17 Gew.%

Cr* 30 ppm

Mn* 570 ppm

Mg* 150 ppm

Pb* 60 ppm

*die Konzentration verschiedener Metalle wird von deren Konzentrationen in der Titan und Eisen enthaltenden Erzbeschickung abhängen.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer wässrigen Lösung, aufweisend Eisen(III)-chlorid, welches Verfahren die Schritte umfasst: (a) Umsetzen eines Titan und Eisen enthaltenden Erzmaterials mit Chlor und Koks unter Erzeugung eines Metallchlorid-Dampfstroms, der Titantetrachlorid aufweist, Eisen(II)-chlorid, Eisen(III)-chlorid und nicht umgesetzten Koks und Erz-Feststoffe; (b) Kühlen des Metallchlorid-Dampfstroms bis zu einer Temperatur im Bereich von 350° bis 475°C, um mindestens ein Teil des Eisen(II)-chlorids abzuscheiden; (c) Zuführen des Metallchlorid-Dampfstroms in einen Zyklon bei einer Einlasstemperatur im Bereich von 350° bis 475°C und Abtrennen des abgeschiedenen Eisen(II)-chlorids und des nicht umgesetzten Koks und der Erz-Feststoffe von dem Metallchlorid-Dampfstrom; (d) Kühlen des Metallchlorid-Dampfstroms, der sich aus Schritt (c) ergibt, bis zu einer Temperatur im Bereich von 180° bis 240°C, um einen Eisen(III)-chlorid aufweisenden Niederschlag zu erzeugen; und (e) Zugeben des Niederschlags zu Wasser, um eine Eisen(III)-chlorid aufweisende wässrige Lösung zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem zusätzlich zu Eisen(II)-chlorid andere Metallchloride mit einem höheren Siedepunkt als der Kühltemperatur in Schritt (b) abgeschieden werden und von dem Metallchlorid-Dampfstrom in Schritt (c) abgetrennt und entfernt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem die anderen Metallchloride ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Chromchlorid, Manganchlorid, Magnesiumchlorid, Bleichlorid und Mischungen davon.
Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem das Eisen(II)-chlorid und andere Metallchloride von dem Metallchlorid-Dampfstrom in Schritt (b) abgetrennt und entfernt werden und zu einem Wasser enthaltenden Abschrecktank gefördert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem zu dem Metallchlorid-Dampfstrom zum Kühlen in den Schritten (b) und (d) Titantetrachlorid zugegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Eisen(III)-chlorid aufweisende Niederschlag, der in Schritt (d) erzeugt wird, zu einem Wasser enthaltenden Abschrecktank gefördert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die in Schritt (e) erzeugte wässrige Lösung Eisen(II)-chlorid zusätzlich zu Eisen(III)-chlorid aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem in die wässrige Lösung Chlor eingespritzt wird, um mindestens einen Teil des Eisen(II)-chlorids zu Eisen(III)-chlorid umzuwandeln.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die wässrige Lösung 1% bis 45 Gew.% Eisen(III)-chlorid bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem die wässrige Lösung 30% bis 45 Gew.% Eisen(III)-chlorid bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem die wässrige Lösung weniger als 0,5 Gew.% Eisen(II)-chlorid aufweist, weniger als 1 Gew.% Salzsäure und weniger als 0,5 Gew.% Feststoffe bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung.