Конденсация тетрахлорида титана

Конденсация паров

Пары ТіСl₄ разбавлены (СО, СO₂, N₂, Сl₂), загрязнены парами других хлоридов (SiCl₄, ССl₄, НСl, VOCl₃), а также мелкими частицами шихты и возгонами. Более полное представление о составе газов, выходящих из хлораторов при температуре около 300° С, и агрегатном состоянии примесей можно составить по

рис. Надо заметить, что в газах шахтных хлораторов много СО, они взрывоопасны и требуют предохранительных устройств. После жидкой ванны окиси углерода сравнительно мало, а больше СО₂. Объем газов меньше и выпуск их из печи возможен без предосторожностей.

Извлечение титана из шлаков в технический тетрахлорид 93% и он содержит примерно:

Элемент ….                Si Al Fe V ТіОСl₂ СОСl₂ Сl₂ S

Концентрация, % . 0,2 0,05 0,02 0,1 0,3 0,1 0,05 0,02

Схема очистки и конденсации показана на рис. 2. Газы направляются в камеру, где вместе с пылью оседают твердые хлориды железа и алюминия. Далее они проходят в башни с насадкой, орошаемые жидким охлажденным ТіСl₄. Здесь улавливают основное количество летучих хлоридов, а остаток их в трубчатом холодильнике при температуре минус 10—15° С Жидкий ТlСl₄ сливается в сгуститель, где из него оседают самые мелкие частицы, образующие отвальный шлам. Часть осветленного тетрахлорида после охлаждения в холодильнике возвращают в оросительные башни, а остальной, отфильтрованный через пористую керамику или активированный уголь, поступает на дальнейшую очистку.

Рис. Давление паров тетрахлорида титана и примесей: 1 — SiCl₄; 2 — VOCl₂; 3 — ТіСl₄; 4 — Si₂OCl₆; 5 — AlCl₃ ; 6 — Si₃Cl₆; 7 — C₆Cl₆; 8 — FeCl₃; 9 — ZrCl₄; 10 — CrCl₃; 11 — FeCl₂; 12 — MnCl₂; 13 — CrCl₂; 14 — MgCl₂; 15 — NaCl

Рис. 2 . Схема oчистки и конденсации паров тетрахлорида титана:

1 — хлоратор; 2 — осадительная камера; 3 — оросительная башня; 4 — холодильник) 5 — сборник; 6 — конденсатор; 7— насос; 8 — сгуститель; 9 — фильтр; 10 — сборник технического тетрахлорида

Очистка технического тетрахлорида

Примесь SiCl₄ имеет более низкую точку кипения (58°С), чем ТіСl₄ (136°С), а другие хлориды кипят при сравнительно высоких температурах (см. рис.). Очистку проводят двустадийной ректификацией. SiCl₄, а также ССl₄, CS₂, SOCl₂ и другие НКК отделяют в первой колонне при температурах укрепляющей части 60—130° С, а в кубе 140° С (рис. 3). Предел очистки от кремния ~10^-3% ограничен из-за невозможности отделения Si₂OCl₆, кипящего как и ТіСl₄, при 136° С.

Рис. 3. Схема двустадийной ректификации технического тетрахлорида титана: 1 — напорный бак; 2 — электронагреватель; 3 — колонна для отгонки низкокипящих хлоридов (нкк); 4 — дефлегматор; 5 —регулятор отбора дистиллята; 6 — электронагреватель; 7 — куб-испаритель; 5 —насос; 9 — электронагреватель; 10 — куб-испаритель; 11 — колонна для отгонки ТіСl₄; 12 — дефлегматор; 13 — регулятор отбора дистиллята; 14 — сборник чистого тетрахлорида

Хлориды железа, NbCl₅, ТіОСl₂ и другие ВКК отделяют ректификацией кубового остатка. В дефлагматоре второй колонны получают тетрахлорид титана, содержащий каждую из примесей в количествах не более 10^-3,%.

Ректификационные колонны с ситчатыми или щелевыми тарелками делают из нержавеющей стали.

Примесь VOCl₃ с весьма близкой температурой кипения (127° С) трудно отделить ректификацией. Ее предварительно восстанавливают медным порошком до VOCl₂. Медь реагирует также с AlCl₃ и при этом пассивируется, Очистку проводят в механических мешалках. Сначала водой, добавляемой во влажном активированном угле, гидролизуют AlCl₃, оксихлорид его выпадает в осадок:

АlСl₃ + Н₂O = АlOСl + 2HCl

Затем добавляют медный порошок в пятикратном количестве к массе ванадия. После получасового перемешивания при остатке в растворе менее 10^-3% ванадия очистку заканчивают, кек отфильтровывают и направляют на отдельную переработку, а фильтрат — на ректификацию.

Известен также сероводородный способ удаления ванадия; однако он требует дорогой 1 герметичной аппаратуры из-за токсичности H₂S.

Тетрахлорид кремния, получаемый в качестве отхода ректификации,— ценный продукт. После дополнительной очистки он идет на производство элементарного кремния и его соединений. Ванадиевый шлам пригоден для получения металла, но при медной очистке он беден. Применение сероводорода в этом отношении имеет преимущество, но из-за его токсичности менее распространено.

 

Статья на тему Конденсация тетрахлорида титана