TiCl4精制過程中AlCl3對(duì)換熱設(shè)備的影響

李卡佳

摘 要：TiCl4作為氯化法鈦白、海綿鈦、鈦系列化合物的主要原料，具有純度高、質(zhì)量穩(wěn)定的要求。在TiCl4精制提純過程中，AlCl3對(duì)精制提純過程設(shè)備及最終產(chǎn)品質(zhì)量影響頗為重要，為此本文著重討論AlCl3在TiCl4提純過程中的影響。

關(guān)鍵詞：TiCl4;精制提純;AlCl3

Abstract：TiCl4 is the main raw material of titanium dioxide， sponge titanium and titanium series compounds for chlorination， and has high purity and stable quality requirements. In the process of TiCl4 purification， AlCl3 has an important influence on the equipment of the refining process and the quality of the final product. Therefore， this paper focuses on the influence of AlCl3 in the process of TiCl4 purification.

Keywords：TiCl4;Purification;AlCl3

1 現(xiàn)狀：AlCl3來源

富鈦料、氯氣和碳存在的高溫情況下，富鈦料中的TiO2被氯化而生成TiCl4，同時(shí)富鈦料中存在的Fe2O3、FeO、MnO2、Al2O3等雜質(zhì)，也被高溫氯化為其相應(yīng)的氯化物。FeCl2、MgCl2、MnCl2等高沸點(diǎn)氯化物大部分進(jìn)入固相，部分以上物質(zhì)及AlCl3在粗TiCl4中含量如下1：

粗TiCl4雜質(zhì)中，以SiCl4為代表的輕組分與TiCl4的相對(duì)分離度都較大，達(dá)到了9，以、FeCl3為代表的重組分與其相對(duì)分離度達(dá)到了0.013，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于和小于1，很容易分離。AlCl3沸點(diǎn)180.5℃，熔點(diǎn)192.4℃，由于AlCl3的蒸氣或溶于非極性溶劑中或處于熔融狀態(tài)時(shí)，都以共價(jià)的二聚分子形式存在。且具有升華性質(zhì)，氯化鋁在蒸餾工序除去高沸點(diǎn)雜質(zhì)過程中，去除率并不高。溶解貨懸浮在TiCl4中的Al2Cl6大部分會(huì)進(jìn)入下一工序，影響設(shè)備、管路和產(chǎn)品質(zhì)量。由于AlCl3在TiCl4中的溶解度與FeCl3含量有關(guān)，且AlCl3溶解度受物料溫度影響較大，在TiCl4生產(chǎn)提純過程中溫度變化幅度較大的換熱器、冷凝器、以及熱物料流動(dòng)管道、熱物料儲(chǔ)罐等位置會(huì)結(jié)晶，逐漸附著在換熱器壁、管道壁、罐壁上造成換熱設(shè)備效率下降、管道堵塞、管出口堵塞等一系列問題。嚴(yán)重時(shí)候還造成換熱器因?yàn)榫植繙囟忍荻冗^大，換熱效率不均等問題造成換熱器腐蝕、穿孔等問題。影響TiCl4生產(chǎn)過程的平穩(wěn)進(jìn)行。為此，在長期生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)該一系列問題進(jìn)行了總計(jì)分析，并提出有效的解決方案，得到了良好的生產(chǎn)效果，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

2 試驗(yàn)過程

通過對(duì)換熱器，冷凝器的各設(shè)備的冷凝區(qū)域溫度分區(qū)、同時(shí)在設(shè)備檢修過程中對(duì)不同區(qū)域的情況進(jìn)行觀測統(tǒng)計(jì)，在不同區(qū)域發(fā)現(xiàn)的結(jié)垢、堵塞程度不一致，分別統(tǒng)計(jì)如下：

注：熱物料管道溫區(qū)變化于此統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)類似通過對(duì)以上數(shù)據(jù)的分析，在溫度梯度在110℃～130℃范圍內(nèi)區(qū)域，冷凝器腐蝕穿孔次數(shù)最多。在50～70℃溫區(qū)內(nèi)，AlCl3析出結(jié)晶堵塞管線，設(shè)備最為嚴(yán)重。分析以上情況，AlCl3為較強(qiáng)的路易斯酸，在110℃以上范圍內(nèi)局部溫度梯度較大，冷凝下來的TiCl4中，AlCl3局部點(diǎn)蝕開始進(jìn)行，造成設(shè)備局部整體變薄、點(diǎn)蝕。在50～70℃溫區(qū)，由于冷凝下來的TiCl4流速較慢，TiCl4中AlCl3由于溫度降低達(dá)到飽和析出，并在換熱器壁上逐漸結(jié)晶長大，造成傳熱效率降低直至堵塞換熱器，造成設(shè)備事故。

3 改進(jìn)方案

通過對(duì)以上統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的分析，我們著重從降低冷凝器局部傳熱效率，同時(shí)提高局部物料溫度，調(diào)整不同溫區(qū)的TiCl4流速來控制TiCl4中AlCl3析出并結(jié)晶到設(shè)備、管道器壁上的能力，最終達(dá)到了良好的效果。將冷凝器1/3冷凝面積改為空氣自然冷卻，原來集中冷凝位置的110～130℃及以上溫區(qū)的換熱面積由用循環(huán)水冷卻的面積擴(kuò)大15倍，改用自然空氣冷卻，使冷區(qū)面積增加，換熱強(qiáng)度降低，同時(shí)AlCl3不在集中冷凝到某一區(qū)域，而是逐步析出，從換熱強(qiáng)度與腐蝕強(qiáng)度上分散其對(duì)換熱器的影響。在溫區(qū)從50℃～70℃的換熱器部分，將物料由原來的橫向水平流動(dòng)換熱改為豎向垂直向下流動(dòng)換熱，提高物料流動(dòng)速度，使析出AlCl3小顆粒不能很好地結(jié)晶到換熱器壁上，統(tǒng)一到結(jié)晶儲(chǔ)罐進(jìn)行析出結(jié)晶。達(dá)到除去的目的。

4 改進(jìn)后效果

通過以上的統(tǒng)計(jì)可以看出，兩年的統(tǒng)計(jì)效果是非常明顯的。

5 結(jié)論

通過以上的一系列工作，找到了精制提純過程中，換熱設(shè)備堵塞及點(diǎn)腐蝕的原因，有效解決了TiCl4精制過程中AlCl3對(duì)換熱設(shè)備的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]莫畏，鄧國珠，羅方承.鈦冶金（第二版）[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1998：248.