沸騰氯化法生產四氯化鈦的設備及工藝改進

陳 輝（遵義鈦業(yè)集團股份有限公司，貴州遵義 563004）

沸騰氯化法生產四氯化鈦的設備及工藝改進

陳 輝
（遵義鈦業(yè)集團股份有限公司，貴州遵義 563004）

我國目前四氯化鈦生產主要采用沸騰氯化法，相對于美國、日本、俄羅斯、烏克蘭等國的四氯化鈦生產技術還有一定的差距，主要體現(xiàn)在裝備技術水平、工藝技術設計、生產原料控制等多個方面。通過生產摸索、改進、試驗、整理資料、探討、總結等多種控制手段對這些問題實行技術攻關，使我國沸騰氯化法生產四氯化鈦工藝技術水平、裝備技術水平進一步提高，逐步縮小與發(fā)達國家先進技術水平的差距，實現(xiàn)四氯化鈦生產裝備自動化、工藝技術合理化。通過生產設備及工藝技術攻關，結合產學研究，使問題得以解決，最終實現(xiàn)四氯化鈦設備及工藝技術的提高、完善，形成一套自主的四氯化鈦生產技術。

沸騰氯化；四氯化鈦；裝備技術；工藝技術；改進；控制

在海綿鈦的生產過程中，粗四氯化鈦的生產在我國乃至世界各海綿鈦生產廠家都是以沸騰氯化法生產為主。在我國粗四氯化鈦的生產工藝主要有兩種形式，一種是固定床氯化，是早期從前蘇聯(lián)引用；二是沸騰氯化，目前應用于各大海綿鈦生產廠家。在氯化法生產四氯化鈦的發(fā)展過程中，固定床氯化正在逐步被取消，逐漸以沸騰氯化為主。

沸騰氯化法生產四氯化鈦是鎂法海綿鈦生產工藝的重要工序之一，沸騰氯化生產四氯化鈦是用富鈦物料在氯氣氣流作用下呈流態(tài)化狀態(tài)反應制取的過程［1］，該法充分利用了氣－固相間的傳質和傳熱過程。工藝特點是氣－固相間的傳質和傳熱的條件好、爐型結構較簡單、自熱方式生產、氯渣可回收綜合利用等。因此，世界上多數(shù)海綿鈦生產企業(yè)都采用該工藝。

隨著科學技術的不斷發(fā)展，發(fā)達國家對技術的封鎖，技術引進費用高，發(fā)展中國家的工業(yè)技術水平的升級大多只能在現(xiàn)有工藝技術背景條件下，對現(xiàn)有生產技術（包括裝備技術、工藝技術、電器技術等）開展技術攻關，逐步提高工業(yè)技術水平，縮小與發(fā)達國家先進技術水平的差距，使沸騰氯化四氯化鈦生產裝備自動化、工藝技術合理化，實現(xiàn)自主知識產權。

1 關鍵問題

1.1 原料問題

1.1.1 高鈦渣品級低

由于我國目前鈦礦資源的枯竭，尾礦較多，高鈦渣的品質達不到，進口原料太貴，企業(yè)使用的高品質高鈦渣［2］呈現(xiàn)逐步下降，造成了四氯化鈦生產一系列后續(xù)問題的發(fā)生，諸如爐渣多、收塵渣多、筒體堵塞頻繁、泥漿含量多等。

1.1.2 粒度的控制不精細

沸騰氯化爐生產中原料粒度控制至關重要，它會給沸騰氯化生產帶來嚴重后果，細粒料過多會造成粗四氯化鈦中泥漿的比例過重，使泥漿回收負荷過重；粗粒料過多會使氯化爐產生較多的爐渣，物料的利用率下降，造成物料的浪費，金屬回收率低。

1.2 裝備的密封性

1.2.1 沸騰氯化爐的密封性

氯化爐的密封主要是爐體和爐蓋之間的連接密封，是微正壓生產的前提條件，防止爐氣外泄造成環(huán)境污染和生產操作環(huán)境惡化。

1.2.2 收塵系統(tǒng)的密封性

收塵器的密封主要是收塵筒體和收塵器蓋子的密封，同樣也是微正壓生產的前提條件，保證氯化生產收塵系統(tǒng)不進空氣，減少空氣進入帶入一定量的水分，減少水分與爐氣混合形成酸氣對設備的腐蝕。

1.2.3 淋洗系統(tǒng)的密封性

淋洗系統(tǒng)的密封主要包括以下幾個方面：（1）液下泵與泵槽的連接密封；（2）噴淋裝置安裝與淋洗筒體的密封；（3）觀察孔和清理孔的密封。

1.3 排渣的方式

1.3.1 爐渣排放

爐渣排放是沸騰氯化爐生產操作控制的必須，是氯化爐連續(xù)生產的保障。開放式爐渣排放，容易使空氣中的水分進入氯化系統(tǒng)，造成設備腐蝕、四氯化鈦冷凝回收水解物偏多，操作員工的勞動量大、操作環(huán)境惡劣，必須采用密閉排放渣。

1.3.2 收塵渣排放

收塵渣的排放是降低爐氣在進入冷凝回收系統(tǒng)前的重要工藝環(huán)節(jié)，收塵器在收塵過程中可使爐氣中一部分高沸點雜質冷凝，減少粗四氯化鈦生產中雜質的含量，同時也可大大減少爐氣中微小固體微粒的量，減少淋洗回收四氯化鈦中泥漿的含量，降低四氯化鈦過濾負荷。開放的收塵渣排放方式使空氣中的水分進入氯化系統(tǒng)造成設備腐蝕，收塵渣的排放和沖洗使操作員工的勞動量大、操作環(huán)境惡劣，必須采用機械連續(xù)排放收塵渣。

1.4 噴淋裝置設計的合理性

噴淋系統(tǒng)是沸騰氯化粗四氯化鈦生產的關鍵工藝之一，四氯化鈦冷凝回收的主要環(huán)節(jié)，噴淋系統(tǒng)中噴頭設計、液下泵流量的參數(shù)選擇是控制四氯化鈦淋洗回收率的關鍵設備，解決筒體內壁粘附微粒造成筒體堵塞的重要手段。

2 關鍵技術攻關

2.1 原料選用

通過近幾年國內高鈦渣行業(yè)的產業(yè)升級，已能生產出各種需求的高鈦渣產品，粒度可根據(jù)用戶要求隨時調整，因而原料品質要求、粒度要求已能滿足生產要求。

2.2 裝備技術升級完善

隨著行業(yè)技術升級要求不斷提高，生產企業(yè)對生產裝備的升級改進投入不斷增加，生產裝備的自動化水平、先進性等得到提高，逐步適應現(xiàn)代化的要求，為現(xiàn)代企業(yè)的產業(yè)升級奠定了基礎。

2.2.1 沸騰氯化爐的密封研究

對于沸騰氯化爐的密封問題，主要考慮爐蓋的密封、氯化爐與收塵器之間的過道密封，將原來的高溫粘接劑密封改為螺栓連接密封，使氯化爐的密封性得到保障，對實現(xiàn)微正壓生產創(chuàng)造了有利條件。

圖1為國內氯化爐與收塵器的連接過道配置示意圖，圖2為經研究改進后的沸騰氯化爐與收塵器的過道配置示意圖。須對引進氯化爐爐蓋密封頭按圖2示意進行改進，由原來的高溫粘接劑密封改為螺栓密封連接。改進后連接過道密封性增強，直徑變大，對氯化爐的工作壓力帶來變化，更加適應微正壓生產，使生產過程中的工藝控制得到優(yōu)化

圖1 氯化爐與收塵器的連接過道示意圖

圖2 改進后的氯化爐與收塵器的連接過道示意圖

圖3 未經改進前的排渣方式

2.2.2 收塵系統(tǒng)的密封性

收塵器的密封主要是收塵器蓋的密封、收塵器之間的連接過道密封，必須按照圖2的密封方式，采用螺栓連接密，過道密封采用圖2的連接過道的密封方式，使過道的保溫防腐層與收塵器的保溫防腐形成一個整體，減少收塵器的煙氣泄露可能，使收塵器的密封得到解決。

2.3 排渣的方式改進

2.3.1 爐渣排放方式

原來排渣方式較為粗放，爐底的爐渣排除后直接進入渣斗，經冷卻后直接運到入渣場，該操作方式簡單、便捷，如圖3所示。當渣量較多時，排除的高溫爐渣易飛濺造成燙傷事故，同時伴隨著較多的含氯廢氣，使職工的操作環(huán)境惡化，危害職工的職業(yè)健康，產生的含氯廢氣對周邊的大氣造成一定的環(huán)境污染，產生一定的社會負面效應，對企業(yè)的持續(xù)發(fā)展不利。

經改進后爐底采用無篩板爐底［3］，排渣采用的密閉排渣方式，采用負壓抽吸的方式，使排放出的爐渣、煙氣經負壓抽吸系統(tǒng)把爐渣吸入渣箱，排渣過程中產生的含氯廢氣經負壓系統(tǒng)吸入廢氣處理系統(tǒng)，經過處理后滿足環(huán)保排放要求方可排空，如圖4所示。改進后避免了排渣造成的燙傷事故、環(huán)境污染事件的發(fā)生，保證了員工的職業(yè)健康。

圖4 經改進后的排渣方式

2.3.2 收塵渣的排放裝置

收塵渣的排放主要是通過人工將收塵渣排放到收塵渣渣池內，用清水沖洗，使收塵渣被水溶解，形成大量的酸性廢水和部分固體沉降物，通過酸水溝將酸水排放至酸水站，經酸水站酸堿中和處理后外排，如圖5所示。在此過程中收塵渣的排放會產生大量酸性煙氣，使員工操作環(huán)境惡化，危害員工的職業(yè)健康、周邊環(huán)境污染，另外在排渣過程中當渣量較大時，易造成收塵渣的噴濺，高溫收塵渣極易造成燙傷事故發(fā)生，這是原始排渣工藝的幾個重要缺陷。

圖5 改進前收塵渣排渣裝置

改進后的排渣裝置是在密閉條件下排放收成渣，沒有渣和煙氣的外泄，排渣裝置是完全自動化設備，改善了員工的操作環(huán)境、減少周邊空氣污染、降低職工的勞動強度，如圖6所示。

圖6 改進后收塵渣排渣裝置

2.4 噴淋裝置設計

原噴頭設計采用獨立噴頭加篩板進行噴淋，如圖7所示，該噴淋裝置在使用過程中存在噴淋液霧化效果不好，對筒體內壁不能形成有效沖涮，使四氯化鈦氣流冷凝回收效果差、筒體粘附微粒而堵塞。

圖7 改進前的噴淋裝置

新噴淋裝置改進后的示意圖如圖8所示。解決了噴淋液霧化效果差、筒體堵塞、回收率低等相關問題，使沸騰氯化生產四氯化鈦整套工藝技術得到明顯提升，產生了積極效應。同時搪瓷筒體［4］的應用，使筒體內壁更加光滑，堵塞的可能性更低。

3 效果檢查

通過上述相關設備及工藝改進，使沸騰氯化爐生產粗四氯化鈦的設備技術、工藝技術更加完善，操作過程中設備的自動化程度較高、員工的勞動負荷減輕、生產總體指標更先進。

1.爐料品質較高、粒度控制合理，氯化爐工況控制合理，淋洗回收能力加強，回收率明顯提高，進入尾氣系統(tǒng)的含氯氣體減少，為尾氣排放達標創(chuàng)造了條件，通過生產實際檢測，尾氣中含氯廢氣平均約為76.3 mg／m3，達到環(huán)保要求。

2.設備、工藝技術提高，生產產能匹配合理，產量提升幅度較為明顯，單爐日產量達到101 t／d，原來為90 t／d，提升幅度較大。

3.氯化爐的連續(xù)生產能力提高，非主觀和客觀的停爐時間減少，主要包括排渣（爐渣和收塵渣）時間的節(jié)約、清理淋洗筒體堵塞造成的停爐等，使氯化爐正常作業(yè)率提高，氯化爐排渣后到恢復正常生產的時間－溫度曲線反應了氯化爐正常作業(yè)率的提高，如圖9所示。

4.原料消耗指標先進性，通過設備及工藝技術改進后，提高了原料的利用率和四氯化鈦的回收率，使生產中的各項消耗指標都有下降，相關的消耗指標對比見表1。

圖8 改進后的噴淋裝置

圖9 氯化爐排渣后到恢復正常生產的溫度－時間曲線圖1－改進后的溫度－時間曲線；2－原生產工藝的溫度－時間曲線

表1 設備及工藝改進前后消耗指標的變化情況

4 結 論

通過生產中對沸騰氯化關鍵技術進行攻關、試驗，逐步形成一套較為先進的、合理的、完備的沸騰氯化生產四氯化鈦工藝技術，可有效提高四氯化鈦的金屬回收率，降低原料消耗指標，提高氯化爐的連續(xù)作業(yè)能力，節(jié)約生產成本，同時也打破了發(fā)達國家對技術的封鎖，實現(xiàn)自主知識產權的沸騰氯化生產四氯化鈦工藝技術。

［1］ 莫畏，鄧國珠，羅方承.鈦冶金［M］.北京；冶金工業(yè)出版社，1998.198－220.

［2］ 商黔麗，田建強.不同品位的高鈦渣對沸騰氯化工藝的影響［J］.鈦工業(yè)進展，2007，（3）：26－27.

［3］ 陳輝.沸騰氯化生產四氯化鈦工藝技術［M］.現(xiàn)代機械，2010，（5）：68－70.

［4］ 田建強，陳輝，程代松.一種氯化法生產四氯化鈦用的淋洗塔筒體［P］.中國專利：ZL 2007 2 0123072.0，2008－05－28.

Im provement of Equipment and Process for Producing Titanium Chloride Four Boiling Chlorination

CHEN Hui
（Zunyi Titanium Industry Group Co．，Ltd．，Zunyi563004，China）

China＇s current production of titanium tetrachloride by boiling chlorination，there is a certain gap with respect to the United States，Japan，Russia，Ukraine and other countries of titanium tetrachloride in the production technology，mainly reflected in themultiple aspects of equipment technical level，design and production technology，raw materials for production control.Through the production of exploration，improvement and experiment，collating information，discussion and summary a variety of means of control technology research on these issues，make our country boiling chloride production tetrachloride titanium technology level，technical level of equipment to further improve，and gradually narrow the developed countries advanced technology level gap，realize the rational tetrachloride titanium production automation equipment，technology.Through the production equipment and technology research，the combination of production，learning and research，the problem can be solved，finally realize the improvement of titanium tetrachloride equipment and technology，form a set of independent tetrachloride titanium production technology.

boiling chlorination；titanium tetrachloride；equipment technology；process technology；improvement；control

TF806.11

A

1003－5540（2016）02－0036－04

2016－01－19

陳 輝（1979－），男，工程師，主要從事鈦冶煉工程技術。