RU2119454C1 - Способ получения высокодисперсных оксидов - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к производству высокодисперсных оксидов металлов или металлоидов из галогенидов. Результат способа состоит в снижении эксплуатационных затрат и повышении качества продукта. Высокодисперсные порошки оксидов получают путем окисления тетрахлоридов кислородом. При этом жидкие тетрахлориды распыляют в кислородсодержащий плазменный теплоноситель. Распыление проводят кислородсодержащим газом при отношении массового расхода кислорода к массовому расходу тетрахлорида металла или металлоида не менее половины стехиометрически необходимого количества. Распылению подвергают тетрахлориды титана, кремния, олова, германия. Тетрахлорид титана распыляют под углом от 10 до 25^o к направлению движения плазменного теплоносителя не менее чем четырьмя струями попарно навстречу друг другу. Модифицирующие добавки, в частности трихлорид алюминия, тетрахлорид кремния и/или тетрахлорид углерода, вводят в зону реакции в виде раствора в тетрахлориде титана. Последние позволяют ускорить процесс испарения капель диспергированной жидкости в высокотемпературном газе и уменьшить размер частиц получаемого порошка диоксида титана. 7 з.п.ф-лы.

Description

Изобретение относится к области производства высокодисперсных оксидов металла или металлоидов из галогенидов и может быть использовано для получения пигментного диоксида титана, находящего применение в лакокрасочной промышленности, производстве бумаги и пластмасс.

Известны способы получения высокодисперсных оксидов металлов или металлоидов из их галогенидов, в частности диоксида титана из тетрахлорида титана, путем высокотемпературного гидролиза паров TiCl₄ водяным паром (US 3505091, C 09 C 1/36, 1968) или продуктами сгорания водородсодержащего топлива в кислороде (US 4048290, C 01 B 13/14, 1977), а также окислением паров TiCl₄ в струе кислорода (JP 57-123824, C 01 G 23/07, 1981) или кислородсодержащего газа с одновременной подачей для достижения газовой смесью необходимой температуры реакции (преимущественно 1573-1623 K) и стабилизации процесса горения некоторого количества горючего газа, например водорода (DE 1283818, C 01 G 23/04, 1965), оксида углерода (US 3632313, C 01 G 23/04, 1969) или природного газа (Лысцов А.И. и др. Аппаратурная схема узла сжигания тетрахлорида титана пигментной установки. В "Лакокрасочные материалы и их применение", 1989, N 4, с. 81-86; Лысцов А.И. и др. Опытно-промышленные испытания узла сжигания тетрахлорида титана для получения пигментного диоксида титана. В "Лакокрасочные материалы и их применение", 1989, N 5, с. 78-22).

Недостатком этих способов является подвод в зону реакции водородсодержащих горючих газов. Образующийся при их сгорании хлористый водород повышает коррозионную активность отходящего из зоны реакции хлоргаза, обесценивающую последний и снижающую ресурс работы технологического оборудования. Использование же в качестве горючего газа оксида углерода требует специального оборудования по его генерированию, очистке и т.п.

Реализация всех перечисленных выше способов получения пигментного TiO₂ предполагает подачу в зону реакции перегретых паров TiCl₄. Температура нагрева хлоридов определяется стойкостью футеровки электропечей и, как правило, не превышает 1273 K. Выше 1273 K футеровка электропечей в хлорсодержащих средах быстро разрушается. Наличие протяженных футерованных огнеупорами газоходов для подвода перегретых паров TiCl₄ и кислорода к реактору окисления делает такие технологические установки громоздкими, инерционными, создает дополнительные тепловые потери.

При окислении TiCl₄ получают диоксид титана рутильной модификации с некоторым количеством анатазной. Последняя ухудшает пигментные свойства TiO₂. Для улучшения качества продукта в процесс окисления вводят модифицирующие добавки, например AlCl₃ (до 6-8 мас.%) для рутилизации диоксида титана и SiCl₄ (до 2-4 мас.%) для повышения дисперсности порошка (Лысцов А.И. и др. Опытно-промышленные испытания узла сжигания тетрахлорида титана для получения пигментного диоксида титана. В "Лакокрасочные материалы и их применение", 1989, N 5, с. 78-82). Жидкий тетрахлорид кремния смешивают с тетрахлоридом титана и в виде раствора подают в испаритель TiCl₄. Пары трихлорида алюминия в зону реакции вводят отдельно или хлорирование рубленого металлического алюминия совмещают с нагревом паров TiCl₄ в перегревателе. В том и другом случае в зону реакции вводят перегретую смесь паров.

Для получения высокодисперсных оксидов металлов или металлоидов известны способы, заключающиеся в плазменном нагреве паров галогенида металла или металлоида и окислителя, в частности тетрахлорида титана и кислорода (Марин К. Г. и др. Плазмохимическое получение абразивных материалов для полирования полупроводников. В кн. Плазмохимические реакции и процессы. М.: Наука, 1977, с. 50-80). В этом случае не требуется подвода в зону реакции дополнительных горючих газов и уменьшается количество вводимых модификаторов. Среди плазмохимических способов известны варианты нагрева исходных реагентов через промежуточный инертный газ-теплоноситель (например, азот) (US 3275411, кл. 23-202, 1963 и US 3275412, кл. 23-202, 1965) или прямого нагрева кислородсодержащего газа в плазменном генераторе с использованием его в качестве газа-теплоносителя и окислителя TiCl₄ (СССР, 324858, C 09 C 1/36, 1970).

По первому варианту (US 3275411, кл. 23-202, 1963 и US 3275412, кл. 23-202, 1965) кислородсодержащий газ и пары галогенида металла (TiCl₄) вводят раздельно в два потока плазменного теплоносителя (температура 3000 - 12000 K), полученного при пропускании инертного газа (N₂) через плазменные генераторы. Затем оба потока плазмы, один из которых содержит O₂ (температура 900-4000 K), а второй - пары TiCl₄ (температура 900-3000 K), смешивают, направляя навстречу друг другу под углом от 50 до 160^o. Содержание O₂ в смеси должно быть не ниже стехиометрически необходимого для превращения хлорида в оксид. Рекомендуется 15-50%-ный (по объему) избыток O₂ против стехиометрии. Количество инертного газа в смеси 3-95% от ее суммарного объема. Смесь пропускают через реакционную зону, где образуется оксид соответствующего соединения (высокодисперсные частицы TiO₂). Продолжительность пребывания реакционной смеси в зоне реакции 0,001 - 1 (преимущественно 0,02-0,1) с. При получении TiO₂ рутильной модификации в один из потоков плазменного теплоносителя вводят пары AlCl₃, количество которых составляет 0,16-6,3 (преимущественно 1,6-4,7)% к весу образующегося TiO₂. В результате окисления тетрахлорида титана в реакционной зоне образуются сферические частицы пигментной TiO₂, большая часть которых имеет средний диаметр 0,13-0,23 мкм. В одном из вариантов процесса через электрическую дугу пропускают только один поток инертного газа, и в образующийся при этом поток плазменного теплоносителя вводят последовательно пары TiCl₄ и кислородсодержащий газ или вначале кислородсодержащий газ, а затем пары TiCl₄.

По второму варианту (СССР, 324858, C 09 C 1/36, 1970) кислород, нагретый в безэлектродном индукционном или другом разряде, например плазменно-дуговом, высоковольтном, высокочастотном, сверхвысокочастотном, до атомарного (частично или полностью диссоциированного) состояния, в виде струи при среднемассовой ее температуре 1000-5000 K направляют в реактор, где он взаимодействует с подводимыми туда же перегретыми до 1073 K парами тетрахлорида титана, в результате чего образуются пигментный диоксид титана высокого качества и концентрированный хлоргаз. Нагрев кислорода производят без использования инертного газа-теплоносителя при небольшом (5-15%-ном) избытке кислорода от стехиометрического состава. Достоинство способа - наличие в теплоносителе высокой концентрации атомарного кислорода, заметно ускоряющего как начальную стадию окисления тетрахлорида титана до трихлорида (TiCl₃) и оксихлорида (TiOCl₂), так и конечную стадию процесса - образование твердых частиц диоксида титана при взаимодействии последних с кислородом (Рыкалин Н. Н. и др. Получение пигментной двуокиси титана индукционно-атомарным способом. Физика и химия обработки материалов, 1975, N 1, с. 154-157). Скорость реакции определяется именно этой компонентой струи диссоциированного кислорода.

Недостатком перечисленных плазмохимических способов получения высокодисперсных оксидов металлов или металлоидов является подача в зону реакции тетрахлорида титана и модификаторов в виде перегретого пара, что требует наличия специального оборудования по испарению хлоридов, нагреву паров до температуры 600-1000 K и их подводу к реактору окисления. Данное оборудование отличается большими габаритами, низким тепловым КПД и инерционностью, усложняя эксплуатацию плазмохимических установок, предназначенных для реализации этих способов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ получения пигментного диоксида титана путем окисления тетрахлорида титана кислородом (СССР, 322960, C 01 G 23/04, 1969, прототип), согласно которому в зону реакции вводят три кислородсодержащие плазменные струи, так что из струй образуется плазменная воронка, в которую подают жидкий тонкораспыленный TiCl₄. В качестве плазмообразующего газа применяют очищенный от пыли атмосферный воздух. Воздушную плазму получают в электродуговых нагревателях.

При соударении плазменных струй, истекающих из выходных сопел электродуговых нагревателей с околозвуковой скоростью (около 1000 м/с), в зоне реакции возникают интенсивные рециркуляционные потоки газа, позволяющие интенсивно перемещать кислородсодержащий газ-теплоноситель и факел тонкораспыленного тетрахлорида титана. После смешения происходит нагрев и испарение капель TiCl₄ с последующим перегревом паров до температуры начала их реагирования с кислородом. Выделяющееся при экзотермической реакции окисления тепло частично компенсируют затраты энергии плазменного теплоносителя на нагрев и испарение капель жидкости, перегрев паров хлорида и тепловые потери через стенки реактора. Результирующая температура синтеза TiO₂ определяется расходом реагентов, тепловым балансом и газодинамической обстановкой в реакционном канале реактора окисления.

Реагирующий поток со скоростью 700 м/с проходит через закалочное сопло в охлаждаемый объем. Из охлаждаемого объема пылегазовая смесь направляется в систему улавливания TiO₂.

Способ реализуют при избытке кислорода 20%, температуре воздушной плазмы при входе в зоне реакции 3000-3200 K, температуре в зоне реакции 2200-2300 K, времени пребывания реагентов в зоне реакции 0,002-0,02 с, расходе электроэнергии 2-3 кВт•час/кг TiO₂. Полученный диоксид титана состоит на 87-97% из рутила без ввода рутилизирующих добавок, диаметр частиц TiO₂ 0,1-0,4 мкм, форма частиц сферическая и овальная.

Ввод тетрахлорида титана в зону реакции в виде тонкораспыленной жидкости позволяет исключить предварительное испарение и перегрев паров TiCl₄ вне реактора окисления. При этом значительно упрощается аппаратурное оформление способа, поскольку нагрев окислителя, галогенида и синтез оксида металла или металлоида совмещаются в одном технологическом аппарате.

Отходящий из системы улавливания диоксида титана хлоргаз содержит около 25 об. % хлора. Хлоргаз предлагается использовать для получения хлорпроизводных. Если в качестве плазмообразующего газа применяют смесь кислорода и воздуха (70% кислорода, 30% воздуха), то это дает возможность уменьшить расход энергии на производство диоксида титана до 1,3-1,5 кВт•ч/кг TiO₂ и получить концентрированный хлоргаз (объемное содержание хлора около 70%). Такой хлоргаз может быть использован для хлорирования титансодержащего сырья. Применение чистого кислорода в качестве плазмообразующего газа в указанном способе проблематично из-за малого ресурса работы электродуговых нагревателей газа на кислороде.

К недостаткам данного способа получения пигментного диоксида титана следует отнести возникновение интенсивных рециркулирующих потоков газа в зоне смещения кислородсодержащих плазменных струй с факелом тонкораспыленного тетрахлорида титана, создающих направленное движение теплоносителя и капель диспергированной жидкости к периферийным областям реактора окисления. Это, с одной стороны, вызывает перегрев стенок реактора от конвективного теплообмена с нагретым выше 3000 K теплоносителем, поскольку из-за наличия в газовой среде паров хлоридов и возможной их конденсации водяное охлаждение стенок недопустимо. С другой стороны, вследствие взаимодействия исходных (TiCl₄) и образующихся при протекании целевой термохимической реакции окисления промежуточных (TiCl₄) и конечных (TiO₂) жидких и твердых высокодисперсных продуктов с поверхностью стенок канала реактора существует тенденция к образованию и увеличению устойчивого слоя отложений твердых веществ. В результате происходит забивка канала, сопровождающаяся снижением выхода целевого продукта, и, в конечном итоге, приводящая к росту эксплуатационных затрат на получение диоксида титана.

Реализация известного способа предполагает высокие скорости движения реагирующего потока по каналу реактора из-за малого поперечного сечения последнего, что определяет, соответственно, большие линейные габариты реактора окисления. Увеличение внутреннего диаметра реактора снижает эффективность смешения компонентов. При этом по сечению реактора возникают профили температуры и скорости газа (Неклесса А.Т. и др. Экспериментальное исследование процессов смешения и теплоотдачи в многодуговом ПХР. Теплофизика высоких температур, 1984, т. 22, N 5, с. 1034-1036), создающие различные температурно-временные условия термообработки капель жидкости, окисления паров TiCl₄, формирования зародышей твердой фазы и роста частиц диоксида титана в объеме зоны реакции. Последнее сказывается на распределении образующихся твердых частиц по размерам и приводит к существенным неоднородностям в дисперсном составе порошка TiO₂.

Цель настоящего изобретения состоит в снижении эксплуатационных затрат и повышении качества продукта.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе получения высокодисперсных оксидов металлов или металлоидов, например диоксида титана, путем окисления тетрахлорида титана кислородом, включающем распыление жидкого тетрахлорида титана в кислородсодержащий плазменный теплоноситель, распыление тетрахлорида титана проводят кислородсодержащим газом при отношении массового расхода кислорода к массовому расходу тетрахлорида титана не менее половины стехиометрически необходимого количества. При этом тетрахлорид титана распыляют под углом от 10 до 25^o к направлению движения плазменного теплоносителя не менее чем четырьмя струями попарно навстречу друг другу. Распылению подвергают раствор тетрахлорида титана с трихлоридом алюминия, а также с тетрахлоридом кремния и/или тетрахлоридом углерода.

Достижение поставленной цели обеспечивается прежде всего тем, что при распылении тетрахлорида титана кислородсодержащим газом исходные компоненты в зону реакции вводятся уже в виде газодисперсной смеси, в которой каждая капля TiCl₄ окружена кислородсодержащей газовой оболочкой, за счет чего воспламенение смеси при ее контакте с высокотемпературным газом-теплоносителем, образование и рост зародышей твердой фазы оксида при горении паров хлорида металла происходят по всему объему зоны реакции, содержащей высокодисперсный аэрозоль, в условиях близких концентрации окислителя. Распыление жидкого TiCl₄ кислородсодержащим газом при отношении массового расхода кислорода к массовому расходу тетрахлорида титана не менее половины стехиометрически необходимого количества позволяет, с одной стороны, провести качественное распыление тетрахлорида титана газом, поскольку размер капель прямо пропорционален массе распыливающего газа, приходящегося на единицу массы распыливаемой жидкости, с другой - обеспечивает в газодисперсной системе начальное содержание кислорода, гарантирующее окисление TiCl₄ по крайней мере до оксихлорида титана TiOCl₄.

Смешение факела распыленного тетрахлорида титана с плазменным теплоносителем происходит при инжектировании теплоносителя в факел за счет разности кинетических энергий потока теплоносителя и газодисперсной смеси. При этом нагрев и испарение капель жидкости с воспламенением паров TiCl₄ начинается в периферийных областях газодисперсной струи с распространением фронта горения к центральным областям за счет наличия в факеле распыла поперечных турбулентных пульсаций газа. Подмешивание кислородсодержащего газа-теплоносителя в факел распыла кроме подвода тепла увеличивает в газодисперсной системе содержание кислорода до концентрации, необходимой для полного окисления TiCl₄ в TiO₂.

Распыление TiCl₄ под углом от 10 до 25^o к направлению движения плазменного теплоносителя не менее чем четырьмя струями попарно навстречу друг другу позволяет организовать соударение газодисперсных струй распыла в центральной области зоны реакции и получить слаборасширяющийся капельно-газовый факел с углом раскрытия (телесный угол, внутри которого находится не менее 90% массы распыливаемой жидкости) от 10 до 70^o, обладающий инжекционной способностью и ориентированный в направлении движения плазменного теплоносителя (вдоль оси реактора). При этом за счет соударения направленных навстречу друг другу газодисперсных струй происходит гашение радиальных составляющих скоростей распыливающего газа и капель TiCl₄ и выравнивание параметров (температуры и концентрации кислородсодержащего газа и паров TiCl₄, скорости газа и капель, распределения дисперсной фазы) капельно-газового факела по его сечению.

Проведенные исследования соударения струй распыла форсунок показали, что слаборасширяющийся ориентированный капельно-газовый факел, обладающий инжекционной способностью, удается получить только при угле соударения струй от 20 до 50^o (или угле ввода струй к направлению движения плазменного теплоносителя (20-50^o)/2 = (10-25^o)). При угле ввода распыленных струй к направлению движения плазменного теплоносителя менее 10^o, с одной стороны, значительно увеличивается расстояние от плоскости ввода струй до плоскости их соударения в зоне реакции, с другой - смешение струй происходит не путем их соударения, а путем слияния, без выравнивания параметров капельно-газового факела по его сечению. Получаемое распределение параметров по сечению факела мало отличается от такого для одиночной газодисперсной струи. При угле соударения струй более 50^o начинает быстро возрастать угол раскрытия, при этом становится существенной массовая доля капель жидкости, имеющая направление движения к периферийным областям зоны реакции (стенкам реактора). Смешение компонентов приближается к динамическому перемешиванию. В том и другом случае по сечению зоны реакции возникают различные температурно-временные условия протекания целевой реакции окисления, снижающие качество конечного продукта.

Подача в реактор окисления трихлорида алюминия в виде раствора в тетрахлориде титана позволяет упростить подвод AlCl₃ в зону реакции и получить равномерное распределение оксида алюминия по массе диоксида титана. При этом расход AlCl₃ определяется его растворимостью в тетрахлориде титана и составляет 0,05-1% по массе к TiCl₄.

При испарении в высокотемпературном газе капли раствора тетрахлорида кремния и/или тетрахлорида углерода в тетрахлориде титана за счет различия в парциальных давлениях паров хлоридов от температуры (температуры кипения TiCl₄, SiCl₄ и CCl₄ соответственно равны 409, 330 и 350 K) в поверхностном слое капли снижается содержание высоколетучего компонента за счет его более интенсивного испарения. Температура поверхности капли, а за ней и средняя температура в объеме капли повышается до температуры равновесного испарения жидкого хлорида с более высокой температурой кипения (TiCl₄) (при испарении капли в газе с температурой значительно превышающей температуры кипения жидкости капли, температура равновесного испарения близка к температуре кипения), в результате происходит объемное вскипание содержащихся в капле хлоридов кремния и/или углерода, сопровождающееся разрывом и дроблением капли парами высоколетучего хлорида. Дополнительное диспергирование капель ускоряет процесс испарения жидкости в высокотемпературном газе, поскольку характерное время испарения капель прямо пропорционально квадрату их диаметра, и уменьшает вероятность гетерогенной конденсации паров диоксида титана, что в конце концов приводит к росту дисперсности получаемых частиц диоксида титана.

Способ осуществляют следующим образом. Кислородсодержащий газ-теплоноситель, в частности кислород, нагревают высокочастотным индукционным разрядом в ВЧИ-плазмотроне до диссоциированного состояния и в виде потока с среднемассовой температурой 4000-5000 K (удельная энтальпия плазменной струи (14-21)•10³ кДж/кг), имеющего среднемассовую скорость 10-15 м/с, направляют в реактор окисления вдоль оси последнего. Тетрахлорид титана распыляют кислородом (или воздухом) при критических параметрах газа. Средний объемно-поверхностный диаметр капель в факеле распыла форсунок не превышает 90 мкм. Процесс ведут при суммарном содержании кислорода в плазменном теплоносителе и распыливающем газе не выше двукратного стехиометрически необходимо количества, при этом на выходе зоны реакции образуется отходящий хлоргаз, с объемным содержанием хлора не менее 70%, который непосредственно можно использовать для хлорирования титансодержащего сырья.

Поскольку газодинамический напор струй распыла форсунок на несколько порядков превосходит газодинамический напор потока плазменного теплоносителя, то сноса струй в направлении движения теплоносителя не происходит. В результате на оси реактора образуется капельно-газовый факел, охваченный спутным потоком диссоциированного кислорода.

За счет протекания различных физико-химических процессов, сопровождающих смешение плазменного теплоносителя с капельно-газовым факелом, таких как нагрев распыливающего газа, нагрев и испарение капель тетрахлорида титана, нагрев паров TiCl₄ до начала их взаимодействия с окружающим кислородом (выше 1000 K), с одновременным снижением температуры подмешенной части теплоносителя, и выделения тепловой энергии экзотермической реакции окисления, с сопутствующим образованием конденсированной фазы диоксида титана, по сечению и длине капельно-газового факела устанавливается равновесная температура, определяемая тепловой мощностью плазменного теплоносителя и расходом реагентов. Величины последних подбирают из условия поддержания в объеме факела температуры в интервале 1500-2100 K, что, с одной стороны, обеспечивает достаточные скорости испарения диспергированного TiCl₄ и реакции окисления паров с получением диоксида титана рутильной модификации, с другой - исключает плавление, жидкофазную коагуляцию и спекание частиц конденсированной фазы. Поскольку течение всех физико-химических процессов растянуто во времени и пространстве, в том числе и подмешивание к капельно-газовому факелу плазменного теплоносителя, то в сечении факела устанавливается мало отличающаяся по его длине температура. Образование и рост зародышей конденсированной фазы происходит в близких по температуре и конденсации кислорода условиях, что в конечном итоге приводит к получению порошка узкого гранулометрического состава и регулируемой модификации.

При предложенном смешении реагентов в объеме реактора отсутствуют зоны, содержащие капли и пары TiCl₄, с температурой менее 1300 K и концентрацией кислорода менее половины стехиометрически необходимого количества, при которых скорость реакции превращения недостаточна, а качество получаемого диоксида титана ухудшается, в частности, из-за последующего гидролиза непрореагировавшей части TiCl₄. Высокой скорости реакции окисления паров тетрахлорида, три- и оксихлорида титана кислородом способствует нахождение кислорода плазменного теплоносителя в диссоциированном (атомарном) состоянии.

Расчетное время нахождения реагирующей смеси в зоне реакции 0,02 - 0,10 с.

По выходу из зоны реакции пылегазовая смесь поступает в закалочный объем, где осуществляют ее охлаждение оборотным хлоргазом и проводят частичную рекуперацию тепла. Пылегазовый поток с температурой 700-800 K направляют в систему улавливания, состоящую из металлотканевых (или металловойлочных) фильтров для выделения из газового потока порошка диоксида титана.

Отходящий хлоргаз подвергают дополнительному охлаждению до 320-330 K с рекуперацией тепла и после компримирования направляется в аппараты хлорирования титансодержащего сырья.

Пример 1. В зону реакции реактора окисления подают плазменный поток кислорода расходом 2,22•10³ кг/с с тепловой мощностью 32 кВт. Сюда же под углом 20^o к оси реактора через 4 форсунки распыляют подогретый до 363 K тетрахлорид титана. Расход TiCl₄ - 0,036 кг/с, расход кислорода на распыление - 6,28•10^-3 кг/с (отношение массовых расходов O₂ и TiCl₄ равно 0,17). Суммарный избыток кислорода от стехиометрии 34 об.% Температура в зоне реакции - 1600-1900 K.

Из фильтра выгружают порошок диоксида титана с размером частиц 0,18-0,54 мкм, содержащий 93-96% рутила. Форма частиц сферическая и овальная.

Расход энергии 1,2-1,3 кВт•ч/кг TiO₂ с учетом КПД источника электропитания генератора плазмы (не ниже 0,65) и ВЧИ - плазмотрона (0,80-0,82).

Пример 2. В зону реакции реактора окисления подают плазменный поток кислорода расходом 2,96•10^-3 кг/с и тепловой мощностью 44 кВт. Распылению повергают TiCl₄, содержащий 0,5% растворенного AlCl₃ (6 форсунок, угол наклона форсунок к оси реактора - 15^o). Температура раствора - 363 K. Расход TiCl₄ 0,061 кг/с, расход кислорода на распыление 9,24•10^-3 кг/с (отношение массовых расходов O₂ и TiCl₄ равно 0,15). Суммарный избыток кислорода против стехиометрии 18 об.%. Температура в зоне реакции 1500-1800 K.

Из фильтра выгружают порошок TiO₂ с размером частиц 0,15-0,45 мкм и содержанием рутила 95-99%. Форма частиц сферическая и овальная.

Расход электроэнергии 1,0-1,1 кВт•ч/кг TiO₂.

Пример 3. В зону реакции реактора окисления подают плазменный поток кислорода расходом 2,96•10^-3 кг/с и тепловой мощностью 44 кВт. Распылению подвергают раствор TiCl₄, содержащий 2 мас.% SiCl₄ и 0,05 мас.% AlCl₃ (6 форсунок, угол наклона форсунок к оси реактора 15^o). Температура раствора 313 K. Расход раствора 0,061 кг/с, расход кислорода на распыление 9,24•10^-3 кг/с (отношение массовых расходов O₂ и раствора равно 0,15). Суммарный избыток кислородом против стехиометрии 18%. Температура в зоне реакции 1500-1800 K.

Из фильтра выгружают порошок TiO₂ с размером частиц 0,08-0,26 мкм и содержанием рутила 92-95%. Форма частиц сферическая и овальная.

Расход электроэнергии 1,0-1,1 кВт•ч/кг TiO₂.

Пример 4. Условия реализации способа те же, что и в примере 3. Распылению подвергают раствор TiCl₄, содержащий 1% CCl₄ и 0,05% AlCl₃.

Из фильтра выгружают порошок TiO₂ с размером частиц 0,10-0,36 мкм и содержанием рутила 94-98%. Форма частиц сферическая и овальная.

Расход электроэнергии 1,0-1,1 кВт•ч/кг TiO₂.

Массовая доля хлора в партиях продукта колеблется от 0,06 до 0,08% и связана с адсорбцией хлора на поверхности диоксида титана в процессе охлаждения порошка диоксида титана и газовой среды при выгрузке продукта из узла улавливания. После проведения операции обесхлорирования содержание хлора снижается до 0,005 мас.%. По своим качественным показателям получаемые порошки диоксида титана соответствует требованиям, предъявляемым к необработанному пигментному диоксиду титана.

Аналогичным образом получают высокодисперсные порошки оксидов кремния, олова и германия из их жидких хлоридов.

Claims (8)

1. Способ получения высокодисперсных оксидов металлов или металлоидов путем окисления хлорида соответствующего элемента кислородом, включающий распыление жидкого тетрахлорида металла или металлоида в кислородсодержащий плазменный теплоноситель, отличающийся тем, что распыление тетрахлорида металла или металлоида проводят кислородсодержащим газом при отношении массового расхода кислорода к массовому расходу тетрахлорида металла или металлоида не менее половины стехиометрически необходимого количества.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что распылению подвергают тетрахлорид титана.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что распылению подвергают тетрахлорид кремния.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что распылению подвергают тетрахлорид олова.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что распылению подвергают тетрахлорид германия.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что тетрахлорид титана распыляют под углом от 10 до 25^o к направлению движения плазменного теплоносителя не менее чем четырьмя струями попарно навстречу друг другу.

7. Способ по п. 1 и 2, отличающийся тем, что распылению подвергают раствор тетрахлорида титана с трихлоридом алюминия.

8. Способ по пп.1, 2 и 7, отличающийся тем, что распылению подвергают раствор тетрахлорида титана с тетрахлоридом кремния и/или тетрахлоридом углерода.