Металлургия и основы металлургического производства: Курс лекций, страница 26

Четыреххлористый титан получают хлорированием титансодержащих концентратов, шлаков или синтетической двуокиси титана.  Метод  хлорирования обладает рядом достоинств, главные из которых: высокая реакционная способность хлора, простота и эффективность разделения тетрахлорида титана и сопутствующих хлоридов, высокая производительность технологического оборудования в процессе хлорирования и разделения хлоридов.

В промышленных условиях процесс хлорирования осуществляют при температуре 700-1000˚С. В шихту добавляют углеродистый восстановитель. Хлорирование протекает по следующим суммарным уравнениям:

TiO₂ + C + Cl₂ = TiCl₄ + CO₂ + 52 ккал.

TiO₂ + C + Cl₂ = TiCl₄ + 2CO + 11 ккал.

Обе реакции протекают слева направо практически нацело.

Присутствующие в шихте окислы кальция, марганца, железа, магния, а также Н₂О хлорируются практически нацело. Степень хлорирования окислов алюминия и кремния не превышает 40%. Образующиеся в процессе хлорирования низкокипящие хлориды кремния, ванадия, титана, железа и алюминия в газообразном виде отводятся в систему конденсации, где раздельно конденсируются. Малолетучие хлориды кальция, магния, марганца вместе с окислами кремния и алюминия концентрируются в остатке.

В  настоящее время известно несколько способов получения четыреххлористого титана. В промышленности применяют главным образом три способа: 1) хлорирование брикетов из смеси титанового шлака или концентрата с коксом;  2) хлорирование смеси порошкообразных шлака или концентрата и кокса, суспензированных в хлоридном расплаве;  3) хлорирование такой же смеси в кипящем слое. Последний способ является новыми наиболее производительным, но его технология в достаточной мере разработана пока лишь для хлорирования богатого двуокисью титана рутилового концентрата.

Способ хлорирования брикетированной  шихты в хлораторах типа шахтной электропечи находит промышленное использование как в нашей стране, так и за рубежом, однако в последнее время широко применяют способ хлорирования шихты в расплаве хлоридов.

Измельченный титановый шлак и кокс загружают в хлоратор на поверхность расплава хлористых солей, в качестве которого используют отработанный электролит магниевых ванн. В донную часть хлоратора через фурмы подают хлор. Восходящий поток газов обеспечивает интенсивное перемешивание  шлака и кокса. Механизм хлорирования довольно сложен. Летучие продукты хлорирования направляются в систему конденсации, а конденсированные  хлориды и непрохлорированный остаток периодически удаляются через летку вместе с расплавом. Чтобы предотвратить перегрев вследствие экзотермичности процесса, расплав охлаждают с помощью полых графитовых штанг, внутрь которых введены трубы для пропускания воды. Эти же штанги используют в качестве электродов для разогрева хлоратора.

Система конденсации газообразных продуктов хлорирования обычно обеспечивает частичную очистку четыреххлористого титана либо за счет фракционной конденсации. Либо в результате химического взаимодействия хлоридов железа, алюминия  и магния с хлоридами щелочных металлов.

Жидкий технический тетрахлорид титана (температура кипения 136˚С ) содержит около 2% примесей, из которых примерно 1%  составляют твердые взвеси, а остальное – растворенные хлориды кремния, железа, алюминия, оксихлориды ванадия, титана и ряд других примесей. Очистка тетрахлорида  титана от примеси хлористого алюминия проводится с помощью  избирательного гидролиза. С этой целью четыреххлористый титан технической чистоты обрабатывают в герметичном реакторе с мешалкой небольшим количеством  увлажненной поваренной соли. Образующаяся в результате гидролиза хлорокись алюминия практически не растворяется в четыреххлористом титане.