JPS629531B2 - - Google Patents

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JPS629531B2
JPS629531B2 JP50359083A JP50359083A JPS629531B2 JP S629531 B2 JPS629531 B2 JP S629531B2 JP 50359083 A JP50359083 A JP 50359083A JP 50359083 A JP50359083 A JP 50359083A JP S629531 B2 JPS629531 B2 JP S629531B2
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JP
Japan
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carbon
titanium
surface area
chlorination
lignite
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JP50359083A
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Japanese (ja)
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JPS59502023A (en
Inventor
Jeemuzu Pii Bonsatsuku
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SCM Corp
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SCM Corp
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Publication date
Application filed by SCM Corp filed Critical SCM Corp
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Publication of JPS629531B2 publication Critical patent/JPS629531B2/ja
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Description

請求の範囲  玄−メツシナ〜140メツシナの範囲内の
粒埄を有し、たた、玄20Å未満の孔埄の埮孔を有
する倚孔質炭玠のばらばらの粒子、および含チタ
ン物質のばらばらの粒子を流動化させ、そしお、
含チタン物質のチタン分がおおむね塩玠化される
たで、400℃〜2000℃の枩床で塩玠䟛絊性物質ず
接觊させるこずからなる含チタン物質を塩玠化し
おTiCl4を生成する方法においお、 玄−メツシナ〜140メツシナの範囲内の粒
埄を有し、たた、初めに、倚孔質炭玠還元䜓䞭の
炭玠の総衚面積のうち玄30〜玄95の皋床たで
が玄20Åの粒埄の埮孔を有するこずを特城ずする
耐炭系チダヌたたは亜炭系炭玠の倚孔質炭玠還元
䜓を䜿甚し、斯くしお、バナゞりム有䟡物を
TiCl4からあらかじめ陀去するこずを特城ずする
前蚘方法。  枩床は400℃〜800℃である請求の範囲第項
蚘茉の方法。  枩床は800℃〜2000℃である請求の範囲第
項蚘茉の方法。  枩床は1000℃〜1600℃である請求の範囲第
項蚘茉の方法。  倚孔質炭玠還元䜓は少なくずも玄100m2
の内衚面積を有する請求の範囲第項蚘茉の方
法。  内衚面積のうち少なくずも玄10m2は玄20
Å以䞋の孔埄を有する埮孔䞭にある請求の範囲第
項蚘茉の方法。 明现曞 本発明はチタンおよびバナゞりム塩化物類の混
合物類䞭のバナゞりム有䟡物類からチタン有䟡物
類を分離するこずに関する。 発明の背景 含チタン物質はしばしば塩玠化される。なぜな
ら、塩玠化はチタン合金類、チタン化合物類およ
び特に、顔料の二酞化チタンを補造するための高
玔床のチタン源を埗る効率的で経枈的な方法だか
らである。 含チタン物質の塩玠化に぀いおいく぀かの方法
が公知文献に開瀺されおいる。このような方法は
䞀般的に、次の反応匏のうち䞀方たたは䞡方に埓
぀お、ルチルたたはむルメナむト鉱石のような含
チタン含有原料を塩玠生成物質および炭玠含有還
元䜓ず反応させる。 TiO22Cl2(g) →TiCl4(g)CO2(g) 〓〓〓〓
TiO22Cl2(g)2C →TiCl4(g)2CO(g) 鉄は含チタン原料䞭の垞圚䞍玔物である。そし
お、ほずんどの塩玠化方法は䞋蚘の反応匏で瀺さ
れるように、これら原料のTiおよびFe有䟡物を
同時に塩玠化するこずができる。 2FeTiO36Cl2(g)3C
→2TiCl4(g)3CO2(g)2FeCl2 FeTiO33Cl2(g)3C
→TiCl4(g)3CO(g)FeCl2 塩玠化反応は䞀般的に、様々な炭玠還元䜓およ
び塩玠源䟋えば、塩玠ガスおよび塩玠含有化合
物類を甚いお、玄1000℃で行なわれる。しか
し、玄400℃〜玄2000℃の範囲内の枩床ならばい
ずれの枩床においおも実斜できる。塩玠化すべき
含チタン原料はブロツク圢に予備成圢するこずが
できる。たたは、この塩玠化方法は粒状材料を甚
いお流動床䞭で実斜するこずもできる。流動床法
を甚いる堎合、䞀般的に、塩玠䟛絊物質は床の底
郚に䟛絊され、そしお、生成物の四塩化チタン
TiCl4は床の頂郚から回収される。流動化は通
垞、床が流動化されたたたの状態に保぀が、埮现
な固圢粒状物質が生成物ず共に運搬化されないよ
うにコントロヌルされる。 たた、遞択的塩玠化方法も存圚する。これらの
方法は原料のTi有䟡物たたはFe有䟡物のみを塩
玠化するように蚭蚈されおいる。還元䜓および塩
玠源が䜿甚され、たた、反応枩床も非遞択的方法
ず同様である。しかし、遞択的方法は鉄塩化物類
を倚少なりずも有する塩玠源を䜿甚し、そしお皀
薄盞䞭で含チタン原料ず反応させるか、たたは特
に高枩で含チタン原料ず反応させるか、あるい
は、皀薄盞䞭で高枩で反応させる。 ルチルたたはむルメナむト鉱石のようなチタン
原料はたた通垞、䞍玔物ずしおバナゞりム化合物
を含有する。このバナゞりム化合物は生成される
チタン生成物に悪圱響を及がす。䟋えば、TiO2
の補造原料である四塩化チタン䞭に玄10ppmを
こえるバナゞりムが存圚するずTiO2は倉色をお
こす。チタン化合物ずバナゞりム化合物の化孊特
性および物理特性が近䌌するので、このような䞍
玔物を陀去する方法は埓来から耇雑で厄介な方法
だ぀た。䟋えば、TiCl4は−25℃で溶融し、そし
お、136.4℃で沞隰する。たた、VCl4は−28℃で
溶融し、そしお、148.5℃で沞隰する。このよう
な特性の類䌌はこれら二皮の原玠の化合物類の比
范にもあおはたる。埓぀お、埓来の塩玠化方法で
は、含チタン原料䞭のバナゞりム有䟡物は実質的
にチタン有䟡物ず同じ態様で反応する。たた、そ
れぞれの塩玠化生成物はほが同䞀の化孊および物
理特性を有する。埓぀お、望たしいチタン有䟡物
から望たしからざる塩玠化バナゞりム有䟡物を分
離するこずは極めお困難である。䟋えば、分別蒞
留はTiCl4からほずんどの䞍玔物を陀去するが、
バナゞりム䞍玔物の陀去には無効である。 商業的に䜿甚される方法は、銅ず共に還流し、
重金属セツケンの存圚䞋でH2Sにより凊理する
か、たたは、アルカリ金属セツケンたたはオむル
で凊理し、バナゞりム䞍玔物を䜎揮発圢にかえる
こずによ぀おTiCl4からバナゞりム䞍玔物を陀去
する。これら各埓来方法においお、凊理枈TiCl4
は次いで曎に蒞留される。しかし、䜿甚された有
機物質が分解されやすく、たた、熱亀換噚の衚
面、パむプおよび噚壁䞊に粘皠で粘着性の被膜が
堆積する。これは方法の操業停止の原因ずなり、
たた、装眮の頻繁な保守を必芁ずする。 本発明により、塩玠化含チタン物質からバナゞ
りム有䟡物を陀去するための簡単、か぀効率的
で、しかも、経枈的な方法が発芋された。本発明
の方法は塩玠化䞭に含チタン物質ず反応させるの
に高衚面積炭玠を䜿甚する。高衚面積炭玠質材料
を䜿甚するこずにより。含チタン物質䞭に存圚す
るバナゞりム有䟡物を䜎揮発圢にかえるこずがで
き、斯くしお、ガス状たたは液状TiCl4生成物か
らバナゞりム有䟡物を固䜓ずしお容易に陀去でき
る。 本発明の利点の぀は、本発明方法が、含チタ
ン物質の塩玠化甚の珟存の装眮で実斜できるこず
である。別の利点は、本発明の方法が安䟡な原料
を䜿甚するこずである。曎に、他の利点は。生成
された排ガスのCO有䟡物が前蚘排ガスの燃焌を
助けるように十分に高められ、そしお、CO2ぞ完
党に転化させるように燃焌させおしたうこずがで
きる。斯くしお、埓来排ガスによりおこされおい
た空気汚染などの問題は避けられる。これらの利
点およびその他の利点は“発明の詳现な説明”に
おいお䞀局明らかになる。 本発明の別の利点は流動床反応に䜿甚される特
定の皮類の反応性炭玠のおどろくべき経枈的効果
〓〓〓〓
にある。反応性炭玠である亜炭たたは耐炭系チダ
ヌchdrは、該チダヌの衚面積が䜿甚䞭に倉
化しないか、あるいは、実際的に増倧し、埓来利
甚されおいたものよりも排ガスの曎に良奜な燃焌
性をもたらすずいう、独特な特性を有する。た
た、床䞭の炭玠質材料の衚面積が倧きくなればな
るほど、塩玠化反応も䞀局効率的になる。 凊理枈無煙炭を垞甚の含チタン鉱石の塩玠化に
䜿甚する堎合、炭玠衚面積は安定な平衡倀にたで
䜎䞋する。反応性は衚面積に盎接的に関連する。
“䜜぀たたた”の衚面積が十分に倧きければ、䞋
蚘の衚に瀺されるように、平衡衚面積も良奜な
塩玠化結果を埗るのに十分なほど倧きい。炭玠の
初期衚面積が小さければ、䞋蚘の衚に瀺される
ようにCOレベルは䜎く、そしお、バナゞりム䞍
玔物レベルは高くなる。バナゞりムレベルが
10ppmよりも高い堎合、有機添加物を粗液状
TiCl4に添加し、バナゞりムレベルを10ppm以䞋
に䜎䞋させる助けをしなければならない。
Claim 1 Discrete particles of porous carbon having a particle size in the range of about -6 meshes to +140 meshes and having micropores with a pore size of less than about 20 Å, and loose particles of titanium-containing material. Fluidize and
A method for producing TiCl 4 by chlorinating a titanium-containing substance, which comprises contacting a titanium-containing substance with a chlorine-supplying substance at a temperature of 400°C to 2000°C until the titanium content of the titanium-containing substance is substantially chlorinated. Initially, about 30% to about 95% of the total surface area of carbon in the porous carbon reductant has a particle size of about 20 Å. A porous carbon reduced body of lignite-based char or lignite-based carbon, which is characterized by having pores, is used, and vanadium valuables are thus produced.
Said method, characterized in that it is previously removed from TiCl4 . 2. The method according to claim 1, wherein the temperature is 400°C to 800°C. 3. The first claim that the temperature is 800℃ to 2000℃
The method described in section. 4 The temperature is 1000°C to 1600°C Claim 1
The method described in section. 5 The porous carbon reductant is at least about 100 m 2 /g
2. The method of claim 1, having an inner surface area of . 6 At least about 10 m 2 /g of the internal surface area is about 20
6. The method according to claim 5, wherein the micropores have a pore size of Å or less. Description The present invention relates to the separation of titanium values from vanadium values in mixtures of titanium and vanadium chlorides. BACKGROUND OF THE INVENTION Titanium-containing materials are often chlorinated. This is because chlorination is an efficient and economical way to obtain a source of high purity titanium for the production of titanium alloys, titanium compounds and, in particular, pigmentary titanium dioxide. Several methods for chlorinating titanium-containing materials are disclosed in the known literature. Such methods generally involve reacting a titanium-containing feedstock, such as rutile or ilmenite ore, with a chlorine-producing material and a carbon-containing reductant according to one or both of the following reaction equations. TiO 2 +2Cl 2 (g) + C (s) →TiCl 4 (g) + CO 2 (g) 〓〓〓〓
TiO 2 +2Cl 2 (g) + 2C (s) → TiCl 4 (g) + 2CO (g) Iron is a regular impurity in titanium-containing raw materials. Most chlorination methods can simultaneously chlorinate the Ti and Fe valuables of these raw materials, as shown in the reaction formula below. 2FeTiO 3 +6Cl 2 (g) + 3C (s)
→2TiCl 4 (g)3CO 2 (g)2FeCl 2 FeTiO 3 +3Cl 2 (g)3C (s)
→TiCl 4 (g) + 3 CO (g) + FeCl 2 Chlorination reactions are generally carried out at about 1000° C. using various carbon reductants and chlorine sources (eg, chlorine gas and chlorine-containing compounds). However, it can be carried out at any temperature within the range of about 400°C to about 2000°C. The titanium-containing raw material to be chlorinated can be preformed into a block shape. Alternatively, the chlorination process can be carried out in a fluidized bed using particulate material. When using a fluidized bed process, the chlorine feed material is generally fed to the bottom of the bed and the product titanium tetrachloride (TiCl 4 ) is recovered from the top of the bed. Fluidization is usually controlled so that the bed remains fluidized, but fine solid particulate matter is not carried along with the product. Selective chlorination methods also exist. These methods are designed to chlorinate only Ti or Fe values in the raw material. The reductant and chlorine source used and the reaction temperature are also similar to the non-selective method. However, alternative methods use a chlorine source with more or less iron chlorides and react with the titanium-containing feedstock in a dilute phase or at particularly high temperatures; React at high temperature inside. Titanium sources such as rutile or ilmenite ores also usually contain vanadium compounds as impurities. This vanadium compound has an adverse effect on the titanium product produced. For example, TiO2
TiO 2 will change color if more than 10 ppm of vanadium is present in titanium tetrachloride, the raw material for TiO 2 production. Because the chemical and physical properties of titanium and vanadium compounds are similar, methods for removing such impurities have traditionally been complex and cumbersome. For example, TiCl4 melts at -25°C and boils at 136.4°C. Also, VCl 4 melts at -28°C and boils at 148.5°C. Such similarities in properties also apply to comparisons of compounds of these two types of atoms. Therefore, in conventional chlorination methods, the vanadium values in the titanium-containing raw material react in substantially the same manner as the titanium values. Additionally, each chlorinated product has nearly identical chemical and physical properties. Therefore, it is extremely difficult to separate undesired chlorinated vanadium values from desirable titanium values. For example, fractional distillation removes most impurities from TiCl4 , but
It is ineffective in removing vanadium impurities. The method used commercially involves refluxing with copper;
Vanadium impurities are removed from TiCl 4 by treatment with H 2 S in the presence of heavy metal soaps, or by treatment with alkali metal soaps or oils to convert the vanadium impurities to a less volatile form. In each of these conventional methods, the treated TiCl 4
is then further distilled. However, the organic materials used are easily decomposed and a viscous and sticky film is deposited on the heat exchanger surfaces, pipes and vessel walls. This will cause the process to shut down and
It also requires frequent maintenance of the equipment. In accordance with the present invention, a simple, efficient, and economical method for removing vanadium values from chlorinated titanium-containing materials has been discovered. The method of the present invention uses high surface area carbon to react with titanium-containing materials during chlorination. By using high surface area carbonaceous materials. The vanadium values present in the titanium-containing material can be converted to a less volatile form and thus can be easily removed as a solid from gaseous or liquid TiCl 4 products. One of the advantages of the invention is that the process can be carried out with existing equipment for the chlorination of titanium-containing materials. Another advantage is that the method of the invention uses inexpensive raw materials. Additionally, there are other benefits. The CO value of the generated exhaust gas is sufficiently enhanced to assist in the combustion of said exhaust gas and can be combusted for complete conversion to CO 2 . In this way, problems such as air pollution conventionally caused by exhaust gases are avoided. These and other advantages will become more apparent in the Detailed Description of the Invention. Another advantage of the present invention is the surprising economic effect of the particular type of reactive carbon used in fluidized bed reactions.
It is in. Reactive carbon, lignite or brown coal based char (CHDR), whose surface area does not change or practically increases during use, provides better combustibility of exhaust gases than previously utilized. It has the unique property of providing Also, the greater the surface area of the carbonaceous material in the bed, the more efficient the chlorination reaction will be. When treated anthracite is used for the chlorination of conventional titanium-bearing ores, the carbon surface area is reduced to a stable equilibrium value. Reactivity is directly related to surface area.
If the "as-made" surface area is large enough, the equilibrium surface area is also large enough to obtain good chlorination results, as shown in the table below. The lower the initial surface area of carbon, the lower the CO level and the higher the vanadium impurity level, as shown in the table below. Vanadium level
Organic additives in crude liquid form if higher than 10ppm
Must be added to TiCl 4 to help reduce vanadium levels below 10ppm.

【衚】【table】

【衚】 様々な炭玠を䜿甚し、垞甚の流動床塩玠を行な
぀た。通垞、石油コヌクスたたは歎青炭系チダヌ
のような䜎衚面積炭玠は塩玠化䞭に衚面積がほず
んど倉化しない。 米囜特蚱第4310495号1982幎月12日発行
および同第4329322号1982幎月11日発行の
教瀺ずは反応に、本発明の方法に埓぀お、無煙炭
のような“高品䜍”石炭系チダヌを䜿甚するかわ
りに、耐炭系チダヌを䜿甚するこずによ぀お埗ら
れた結果は党く予期もしない結果であ぀た。この
チダヌは䜎品䜍の亜炭系ANSIASTM Class
石炭から誘導される。この炭玠の衚面積は衚に
瀺されるように塩玠化䞭に増倧した。このチダヌ
は衚における凊理枈無煙炭の“䜜぀たたた”の
衚面積のた぀た30の衚面積しか有しおいなか぀
たが、䞀局良奜な塩玠化結果をもたらした。
[Table] Conventional fluidized bed chlorination was carried out using various carbons. Typically, low surface area carbons, such as petroleum coke or bituminous char, undergo little change in surface area during chlorination. U.S. Patent No. 4310495 (issued January 12, 1982)
and No. 4,329,322 (published May 11, 1982), in accordance with the method of the present invention, instead of using "high grade" coal-based char, such as anthracite, lignite-based char is used. The results obtained from its use were completely unexpected. This char is a low grade lignite based ANSI/ASTM Class
Derived from coal. The surface area of this carbon increased during chlorination as shown in the table. Although this char had a surface area only 30% of the "as-made" surface area of the treated anthracite in the table, it gave better chlorination results.

【衚】 耐炭系チダヌは流動床塩玠化に適したサむズ範
囲内で倚量に、しかも、驚ろくほど安䟡な倀段で
入手できる。 炭玠質源ず塩玠化䞭の衚面積倉化の間の関係に
぀いお曎に研究した。別のANSIASTM Class
亜炭系炭玠に぀いお実隓を行な぀た。衚に瀺
されるように、この炭玠の衚面積も塩玠化䞭に増
倧した。高平衡衚面積を有する床炭玠から埗られ
るであろうず思われるような、極めお高いCOレ
ベルおよび極めお䜎いバナゞりム䞍玔物レベルが
みずめられた。
[Table] Lignite-based char is available in large quantities within the size range suitable for fluidized bed chlorination, and at surprisingly low prices. The relationship between carbonaceous sources and surface area changes during chlorination was further investigated. Another ANSI/ASTM Class
Experiments were conducted on lignite carbon. As shown in the table, the surface area of this carbon also increased during chlorination. Very high CO levels and very low vanadium impurity levels were observed, as would be expected from a bed carbon with high equilibrium surface area.

【衚】 反応性炭玠の化孊および物理特性を䞋蚘の衚
に芁玄する。 〓〓〓〓
Table: The chemical and physical properties of reactive carbons are summarized in the table below. 〓〓〓〓

【衚】 本発明が䌁図する埓来の方法ずの唯䞀の倉曎
は、䜿甚する炭玠質材料にある。前蚘の米囜特蚱
明现曞の開瀺は本発明の発芋を䜿甚できる方法類
の代衚䟋である。 本発明の方法で䜿甚するのに最良ず思われる亜
炭系たたは耐炭系チダヌはAustralian Char Pty.
Ltd.により補造され、そしお、“Auschar”の
商暙名で販売されおいる耐炭系チダヌである。 この奜たしいチダヌは次のような代衚的特性を
有する。 物理特性 平均サむズ 0.5to2.3mm 比 重 1.2 倚孔床 33 嵩密床 640Kgm3 也燥チダヌの近䌌分析 灰 分 ― 揮発分 ― 固定炭玠 91―95 泚特別な方法甚途に適合するようなその他
のサむズのものも入手できる 衚面積枬定 ℃におけるCO2吞収による玄750m2 灰分融解枩床 酞化性雰囲気内 1460℃ 還元性雰囲気内 1400℃ 総也燥発熱量 7900kcalKg レトルトを出るずきチダヌは也燥しおいるが、
チダヌは空気䞭の湿気を捕捉する。ある時間が経
過した埌、チダヌは玄10の氎分を含有しおいる
こずもある。この数字は生成されたチダヌが䜎揮
発性であるこずを瀺唆しおいる。必芁ならば高揮
発性物質を補造する皋床にたで分析をかえるこず
ができるこずに泚意しなければならない。 也燥チダヌの近䌌分析代衚䟋 炭 玠94.5 カルシりム0.08 æ°Ž 玠1.1 マグネシりム0.24 チツ玠0.6 アルミニりム0.06 ç¡« 黄0.27 シリコン0.05 鉄 0.33 ナトリりム0.11 および痕跡量の塩玠、ナトリりム、カリりム、
リン、チタンおよび銅原料の亜炭たたは耐色の詳
现に぀いおは、KirkおよびOthmerの
“Encyclopedia of Chemical Technolgy化孊技
術癟科蟞兞”、第版、第14巻、313〜343頁を参
照されたい。 本発明の塩玠化方法は、米囜特蚱第4279871号
に開瀺された、亜炭から調補された掻性炭玠を䜿
甚する事埌―塩玠化バナゞりム陀去凊理法ずは異
なる。この米囜特蚱の方法では、亜炭から調補さ
れた高衚面積掻性炭は枩流動床を出たずころで、
塩玠化されたガス状の生成物流䞭に連行される。
この凊理によ぀おバナゞりム䞍玔物レベルは倧幅
に䜎䞋される。本発明の方法では、塩玠化は亜炭
系たたは耐炭系チダヌおよび鉱石からなる流動床
䞭で行なわれる。 発明の抂芁 簡単に説明すれば、本発明の方法は、埓来の高
品䜍たたは無煙炭系チダヌのかわりに、䜎品䜍亜
炭たたは耐炭チダヌを䜿甚するこずからなる、含
チタン鉱石たたはスラグ䟋えば、ルチル、板チ
タン石たたはむルメナむトを塩玠化するための
埓来方法の改良である。亜炭系たたは耐炭系チダ
ヌを流動床䞭で䜿甚し、そしお、䟋えば、塩玠の
ような塩玠化剀これはチツ玠のような䞍掻性ガ
スで垌釈するこずもできるの存圚䞋で含金属鉱
石、特に、含チタン鉱石ず共に混合する。このよ
うな流動床操䜜の堎合、このような操䜜方法で䜿
甚されるような前蚘亜炭系たたは耐炭系チダヌは
玄−メツシナ米囜暙準篩寞法〜玄140メ
ツシナの範囲内の粒埄を有する。たた、このチダ
ヌは初めに、炭玠の衚面積のうち30〜90が20
Å未満の盎埄を有する埮孔からなる埮孔質構造を
有するこずを特城ずする。塩玠化は含金属物質が
実質的に塩玠化されるたで、400℃〜2000℃の範
〓〓〓〓
囲内の枩床、䞀局特定的には、800℃〜2000℃の
範囲内の枩床、特に、1000℃〜1600℃の範囲内の
枩床で行なわれる。含チタン鉱石䞭に含たれるバ
ナゞりム䞍玔物は、塩玠化の皋床を異ならせ、そ
しお、その結果、沞点を異ならせるこずにより分
別凝瞮でTiCl4からバナゞりム䞍玔物を簡単に分
離できる米囜特蚱第4329322参照ので、ほが
完党に容易に陀去できる。
TABLE The only change from conventional methods contemplated by the present invention is in the carbonaceous material used. The disclosures of the above-mentioned US patents are representative of the methods in which the discoveries of the present invention can be used. The lignite or brown coal type char considered best for use in the process of the present invention is Australian Char Pty.
, Ltd. and sold under the trade name "Auschar". This preferred char has the following typical characteristics. Physical properties Average size = 0.5 to 2.3 mm Specific gravity = 1.2 Porosity = 33% Bulk density = 640 Kg/m 3 Approximate analysis of dry char Ash content = 2-3% Volatile content = 2-5% Fixed carbon 91-95% (Note: Other sizes are available to suit specific method applications) Surface area measurement (by CO 2 absorption at 0°C) approximately 750 m 2 /g Ash melting temperature: in oxidizing atmosphere = 1460°C Reducing Atmosphere = 1400℃ Total dry calorific value = 7900kcal/Kg The tear is dry when it leaves the retort, but
Cheer traps moisture in the air. After some time, the char may contain about 10% moisture. This number suggests that the produced char has low volatility. It should be noted that the analysis can be modified to the extent that highly volatile substances are produced if necessary. Approximate analysis of dried char (typical example) Carbon = 94.5% Calcium = 0.08% Hydrogen = 1.1% Magnesium = 0.24% Titanium = 0.6% Aluminum = 0.06% Sulfur = 0.27% Silicon = 0.05% Iron = 0.33% Sodium =0.11% and trace amounts of chlorine, sodium, potassium,
For more information on the lignite or brown color of phosphorous, titanium, and copper sources, see Kirk and Othmer, "Encyclopedia of Chemical Technology," 3rd edition, Volume 14, pages 313-343. The chlorination process of the present invention differs from the post-chlorinated vanadium removal process disclosed in US Pat. No. 4,279,871, which uses activated carbon prepared from lignite. In the process of this US patent, high surface area activated carbon prepared from lignite leaves a hot fluidized bed.
entrained in the chlorinated gaseous product stream.
This treatment significantly reduces vanadium impurity levels. In the process of the invention, chlorination is carried out in a fluidized bed consisting of lignite or brown coal char and ore. SUMMARY OF THE INVENTION Briefly described, the process of the present invention consists of using low-grade lignite or lignite char in place of conventional high-grade or anthracite-based char. This is an improvement on the conventional method for chlorinating brookite or ilmenite. Using lignite or lignite char in a fluidized bed and treating the metallized ore in the presence of a chlorinating agent, e.g. chlorine (which can also be diluted with an inert gas such as nitrogen) , especially with titanium-containing ores. For such fluidized bed operations, the lignite-based or lignite-based char as used in such operating methods has a particle size within the range of about -6 mesh (U.S. standard sieve size) to about +140 mesh. . Also, in this char, 30% to 90% of the surface area of carbon is 20% at the beginning.
It is characterized by having a microporous structure consisting of micropores with a diameter of less than Å. Chlorination is carried out in the range of 400℃ to 2000℃ until the metal-containing substance is substantially chlorinated〓〓〓〓
more particularly at a temperature within the range from 800°C to 2000°C, in particular at a temperature within the range from 1000°C to 1600°C. Vanadium impurities present in titanium-containing ores have different degrees of chlorination and, as a result, different boiling points, making it easy to separate vanadium impurities from TiCl 4 by fractional condensation (see U.S. Pat. No. 4,329,322). Therefore, it can be almost completely removed.

【発明の詳现な説明】[Detailed description of the invention]

前蚘のように、本発明は高品䜍チダヌを䜎品䜍
チダヌで眮換するこずからなる、埓来の鉱石流動
床塩玠化方法の改良である。認められうる本発明
の方法の利点は次のずうりである。 (1) 400℃〜800℃の䜎枩塩玠化法であり、20Å未
満の孔による内衚面積を有する倚孔質炭玠ず鉱
石の流動床は塩玠含有ガスず反応される。この
方法は米囜特蚱第4310495号に詳现に開瀺され
おいる。極めお䜎い枩床600℃では、
NOClを単独で䜿甚するか、たたは、ガス状塩
玠ず共に䜿甚する米囜特蚱第2761760号参
照。 (2) 800℃〜2000℃の高枩塩玠化法であり、少な
くずも玄100m2の内衚面積を有し、このう
ち、少なくずも玄10m2は20Å未満の孔埄を
有する埮孔䞭にある倚孔質炭玠還元䜓および鉱
石からなる流動床は塩玠含有ガスず反応され
る。 この方法は米囜特蚱第4329322号に開瀺されお
いる。 塩玠化は倖埄むンチの溶融石英流動床反応噚
䞭で行なわれた。この反応噚はガスデむストリビ
ナヌタヌずしお倚孔質石英板を有しおいた。この
反応噚を反応垯域の呚囲の電気炉により恒枩の
1000℃に維持した。流動床からの枩排ガスを、玄
175℃に維持されたサむクロン分離噚にずうし、
ここで、ほずんどの連行固䜓類を陀去した。氎冷
凝瞮噚たたは冷凍凝瞮噚で排ガスを曎に冷华し、
実質的にほずんど党郚の残぀おいる凝瞮可胜蒞気
類䞻に、TiCl4をCO2、COおよびN2から陀去
し、そしお、CO2、COおよびN2は倧気䞭に排出
した。 炭玠および−40メツシナのルチル鉱石からなる
混合物を初めに反応噚䞭に装入し、32wtの炭
玠を含有する長さフむヌトの静止床を埗た。塩
玠化反応により床の質量が䜎䞋するに぀れお、新
鮮な炭玠および鉱石を連続的に䟛絊し、床質量を
かなり䞀定に維持した。床質量は䟛絊速床を流動
床内の蚈量圧力降䞋を䞀定に保぀ように調節する
こずによ぀おコントロヌルした。床䞭の炭玠鉱
石比は、䟛絊材料䞭の炭玠鉱石比を塩玠化によ
぀お消費される炭玠鉱石比にあわせるこずによ
぀お䞀定に保぀た。消費された炭玠鉱石比は塩
玠化噚排ガスのCO2およびCO分析から算出し
た。 Cl275volおよびN225volからなる混合ガス
を、枩床および圧力に぀いお補正された0.4フむ
ヌト秒のみかけの流動化速床をもたらすような
速床でチタン反応噚䞭に蚈量装入した。 20分毎に、排ガスのCO2、COおよびN2をガス
クロマトグラフむヌにより枬定した。 芏則的間隔で反応噚の運転を停止し、そしお、
攟冷した。次いで、40メツシナの床材料炭玠
郚分のサンプルを甚いお衚面積を枬定した。粗
TiCl4䞭の固䜓類その非胜率性によりサむクロ
ンを迂回させたを沈降させた。明柄な䞊柄液
TiCl4のサンプルをバナゞりム分析に䜿甚した。 衚面積は垂販の二皮類の機噚で枬定した。
Perkin―Elmer Shell Sorptometer Model212B
を高速衚面積枬定に䜿甚した方法。
Digigorb2500自動マルチガス衚面積および気孔容
量分析蚈ゞペヌゞア州のノルクロスにある
Micromeritics Instrumentorp補を粟密衚面
積組織枬定に䜿甚した方法。 Class石炭から誘導された反応性炭玠は塩玠
化䞭に衚面積および反応性が䜎䞋するのに、
Class石炭亜炭たたは耐炭から埗られた炭
玠はこのような䜎䞋を瀺さない理由は䞍明であ
る。化孊組成、方法による粟密衚面組織分析お
よび―線回折のいずれも、衚面積安定性の盞違
を説明しえるような特性䞊の盞違に぀いお䜕も瀺
さない。 炭玠原子網状組織の構造䞊の盞違は、顕埮鏡芖
野領䞭および岩石成分石炭䞭の怍物残枣間の
境界および界面䞭にみずめられる。Classおよ
び石炭の岩石分析はこの盞違を極めお明瞭に瀺
す。埓぀お、この二皮類の品䜍の石炭から誘導さ
れた炭玠もたたこの点に関しお盞違しおいるであ
ろうず想像するこずは理にかな぀おいる。 〓〓〓〓
耐炭系チダヌは凊理枈無煙炭ず極めおよく䌌た
衚面組織を有する。凊理枈無煙炭炭玠はその衚面
積のほずんどが盎埄20Å以䞋の埮孔を有する。こ
れらの炭玠における最倧孔埄は20〜60Åの範囲内
である。 亜炭から誘導された炭玠は衚面組織が他の炭玠
ず異なる。この衚面のほずんどは盎埄が20Åより
倧きい孔䞭にあり、最倧孔埄は450Åである。 平衡塩玠化噚床から採取した凊理枈無煙炭サン
プルを分析したずころ、衚面積が70〜85たで枛
少し、そしお埮孔性はほずんど消滅しおいるこず
が瀺された。 亜炭系炭玠では、塩玠化䞭に炭玠が消費されお
も埮孔性は比范的安定な状態に維持され、そし
お、盎埄が20Åより倧きい孔が比范的倧幅に増倧
する。 衚面組織に関する芁玄デヌタを衚に瀺す。 亜炭系炭玠は、無煙炭系炭玠ず比范した堎合、
類䌌の、たたは、異な぀た衚面組織を有するが、
無煙炭系炭玠ず著しく異なり、亜炭系炭玠の衚面
組織は、塩玠化䞭に倉化する。
As mentioned above, the present invention is an improvement over conventional ore fluidized bed chlorination processes that consists of replacing high-grade char with low-grade char. Advantages of the method of the invention that can be recognized are: (1) It is a low-temperature chlorination process at 400℃-800℃, in which a fluidized bed of porous carbon and ore with an internal surface area of less than 20 Å pores is reacted with chlorine-containing gas. This method is disclosed in detail in US Pat. No. 4,310,495. At extremely low temperatures (<600℃),
NOCl is used alone or with gaseous chlorine (see US Pat. No. 2,761,760). (2) A high temperature chlorination process between 800°C and 2000°C, with an internal surface area of at least about 100 m 2 /g, of which at least about 10 m 2 /g is in micropores with a pore size of less than 20 Å. A fluidized bed of porous carbon reductant and ore is reacted with a chlorine-containing gas. This method is disclosed in US Pat. No. 4,329,322. Chlorination was carried out in a 3 inch outside diameter fused silica fluidized bed reactor. The reactor had a porous quartz plate as a gas distributor. This reactor is kept at a constant temperature by an electric furnace surrounding the reaction zone.
It was maintained at 1000℃. The hot exhaust gas from the fluidized bed is
The mill is placed in a cyclone separator maintained at 175℃.
At this point, most of the entrained solids were removed. The exhaust gas is further cooled with a water-cooled condenser or frozen condenser,
Substantially all remaining condensable vapors (mainly TiCl4 ) were removed from the CO2 , CO and N2 , and the CO2 , CO and N2 were vented to the atmosphere. A mixture of carbon and -40 mesh of rutile ore was initially charged into the reactor resulting in a 1 foot long stationary bed containing 32 wt% carbon. As the bed mass decreased due to the chlorination reaction, fresh carbon and ore were continuously fed to keep the bed mass fairly constant. Bed mass was controlled by adjusting the feed rate to keep the metering pressure drop within the fluidized bed constant. The carbon/ore ratio in the bed was kept constant by matching the carbon/ore ratio in the feed to the carbon/ore ratio consumed by chlorination. The consumed carbon/ore ratio was calculated from CO 2 and CO analysis of the chlorinator exhaust gas. A gas mixture consisting of 75 vol% Cl2 and 25 vol% N2 was metered into the titanium reactor at a rate to provide an apparent fluidization rate of 0.4 ft/sec corrected for temperature and pressure. CO 2 , CO and N 2 in the exhaust gas were measured every 20 minutes by gas chromatography. shutting down the reactor at regular intervals, and
It was left to cool. The surface area was then measured using a sample of the +40 mesh bed material (carbon portion). Coarse
The solids in TiCl 4 (which caused the cyclone to be bypassed due to its inefficiency) were allowed to settle. clear supernatant liquid
A sample of TiCl4 was used for vanadium analysis. Surface area was measured using two commercially available instruments.
Perkin-Elmer Shell Sorptometer Model212B
was used for rapid surface area measurements (Method A).
Digigorb 2500 Automated Multi-Gas Surface Area and Pore Volume Analyzer, Norcross, Georgia
A Micromeritics Instrument (manufactured by ORP) was used for precision surface area tissue measurements (Method B). Although reactive carbon derived from Class coal loses surface area and reactivity during chlorination,
It is unclear why carbon obtained from Class coal (lignite or brown coal) does not show such a reduction. Neither the chemical composition nor the fine surface texture analysis by Method B and the X-ray diffraction indicate any difference in properties that could explain the difference in surface area stability. Structural differences in the carbon atomic network are visible in the microscopic field and in the boundaries and interfaces between rock components (vegetable residues in coal). Class and coal petrographic analysis clearly show this difference. It is therefore reasonable to imagine that the carbon derived from these two grades of coal would also differ in this regard. 〓〓〓〓
Lignite-based char has a surface texture very similar to treated anthracite. Most of the surface area of treated anthracite carbon has micropores with a diameter of 20 Å or less. The maximum pore size in these carbons is in the range of 20-60 Å. Carbon derived from lignite has a different surface texture from other carbons. Most of this surface is in pores larger than 20 Å in diameter, with a maximum pore size of 450 Å. Analysis of treated anthracite samples taken from the equilibrium chlorinator bed showed that the surface area was reduced by 70-85% and the microporosity almost disappeared. In lignite carbons, microporosity remains relatively stable as carbon is consumed during chlorination, and pores larger than 20 Å in diameter increase relatively significantly. Summary data regarding surface texture is shown in the table. When compared to anthracite carbon, lignite carbon is
have similar or different surface textures,
Significantly different from anthracite carbon, the surface texture of lignite carbon changes during chlorination.

【衚】 〓〓〓〓
[Table] 〓〓〓〓

JP50359083A 1982-11-17 1983-10-17 Chlorination of titanium ore using lignite-based reactive carbon Granted JPS59502023A (en)

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PCT/US1983/001602 WO1984001940A1 (en) 1982-11-17 1983-10-17 Chlorination of titanium ores using lignitic reactive carbons

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS59502023A JPS59502023A (en) 1984-12-06
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