水解在粗四氯化鈦生產(chǎn)過程中的應(yīng)用

劉元清++劉林++王勇

摘 要：粗四氯化鈦生產(chǎn)過程中，經(jīng)收塵冷凝后，大量高沸點(diǎn)氯化物和固體顆粒雜質(zhì)進(jìn)入到四氯化鈦溶液中，需要經(jīng)過濃密機(jī)沉降分離，但由于濃密機(jī)處理能力不足等因素，不能對高沸點(diǎn)氯化物和固體顆粒雜質(zhì)進(jìn)行有效分離，本文從理論上分析了以三氯化鋁作為絮凝劑能夠加快粗四氯化鈦中固體懸浮物沉降速度的原理，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這一理論，提出了在粗四氯化鈦生產(chǎn)過程中循環(huán)泵槽位置增加加水裝置，粗四氯化鈦水解后，在沉降槽內(nèi)達(dá)到快速沉降固體懸浮物的目的。

關(guān)鍵詞：水解 沉降 絮凝劑 循環(huán)泵槽

中圖分類號：TQ134 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（b）-0238-02

在粗四氯化鈦氯生產(chǎn)過程中，從沸騰氯化爐逸出的混合氣體中所含的大量高沸點(diǎn)氯化物和隨氣流夾帶的固體顆粒雜質(zhì)，經(jīng)收塵冷凝，其較大部分與四氯化鈦分離，但仍有部分雜質(zhì)和固體顆粒通過淋洗進(jìn)入到四氯化鈦溶液中，需要經(jīng)過濃密機(jī)沉降分離。近年來由于鈦渣資源的減少，高鈦渣小于200目的部分含量較高，一般為10%～20%，這要求石油焦的粒度也相對較小，就造成了大量的小顆粒固體雜質(zhì)進(jìn)入到四氯化鈦中（循環(huán)泵槽位置四氯化鈦固液比達(dá)20%），這造成濃密機(jī)的超負(fù)荷工作，特別是小顆粒較多，使?jié)饷軝C(jī)根本達(dá)不到沉降的目的。這嚴(yán)重影響后續(xù)工序的正常生產(chǎn)。很多粗四氯化鈦生產(chǎn)單位均遇到過這樣的問題。

本文結(jié)合前人研究成果[1-3]從理論上分析了四氯化鈦中三氯化鋁作為絮凝劑能夠加快粗四氯化鈦中固體懸浮物沉降速度的原理，并通過實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)得出水解能夠加速四氯化鈦沉降并能降低粗四氯化鈦中部分雜質(zhì)這一理論，提出了四氯化鈦生產(chǎn)過程中，在循環(huán)泵槽位置安裝水解裝置，能夠增加濃密機(jī)的沉降能力，確保生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

1 沉降前粗四氯化鈦水解加速沉降工藝原理分析

1.1 主要成分

在粗四氯化鈦生產(chǎn)工序循環(huán)泵槽點(diǎn)采樣進(jìn)行分析，其成分為見表1。

1.2 水解反應(yīng)方程式

粗四氯化鈦與水接觸發(fā)生激烈反應(yīng)，且三氯化鋁具有很強(qiáng)的水解性能，根據(jù)對反應(yīng)后上層清液的分析檢測，加水水解將進(jìn)行如下反應(yīng)：

1.3 三氯化鋁水解、絮凝性質(zhì)

三氯化鋁具有很強(qiáng)的水解性能，可作為絮凝劑使用，在循環(huán)泵槽內(nèi)粗四氯化鈦中含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%～0.35%的三氯化鋁，如果向此粗四氯化鈦中加入定量的水，使粗四氯化鈦中的三氯化鋁發(fā)生水解，并使其起到絮凝劑的作用，就可以加速粗四氯化鈦中固體懸浮物的沉降速度。

1.3.1 三氯化鋁水解特性

三氯化鋁水解反應(yīng)過程基本可以概括為以下步驟。

（1）單體離子水解縮聚生成二聚體。

（2）單體與二聚體的a、b晶軸方向定向水解聚合，生成二維或單層三水鋁石結(jié)構(gòu)的羥基聚合物。

（3）平行定向的二維或三水鋁石鋁層之間沿c晶軸相互聚合生成具有三維結(jié)構(gòu)的羥基聚合物。

（4）各形態(tài)間繼續(xù)進(jìn)行聚合而轉(zhuǎn)化成無定形凝膠沉淀物。

1.3.2 三氯化鋁絮凝作用機(jī)理

圖1為三氯化鋁絮凝作用過程示意圖，從圖1可以看出，三氯化鋁絮凝作用的主要步驟有以下幾點(diǎn)。

（1）迅速地進(jìn)行水解反應(yīng)并生成溶解態(tài)正電荷單體或聚合形態(tài)。

（2）溶解態(tài)正電荷水解形態(tài)迅速擴(kuò)散遷移到固/液界面。

（3）正電荷水解形態(tài)吸附在負(fù)電荷膠體顆粒表面，降低或中和表面負(fù)電荷，并導(dǎo)致膠體顆粒脫穩(wěn)。

（4）吸附在顆粒表面的正電荷水解形態(tài)進(jìn)一步水解和化學(xué)結(jié)構(gòu)重排。

這四步反應(yīng)中，第四步反應(yīng)較為緩慢。加入三氯化鋁后，高電荷的聚合形態(tài)的三氯化鋁水解產(chǎn)物直接擴(kuò)散遷移到固/液界面，隨即發(fā)生強(qiáng)烈的電中和作用能力，同時吸附的聚合形態(tài)明顯延遲水解趨勢而使其具有較大的粘附活性。

吸附在固體顆粒上的三氯化鋁水解產(chǎn)物，在進(jìn)一步水解過程中，發(fā)生多顆粒間的反應(yīng)，顆粒逐漸增大，發(fā)生絮凝作用，使沉淀速度增大。達(dá)到快速去除粗四氯化鈦中固體懸浮物的效果。

2 粗四氯化鈦水解沉降實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

在循環(huán)泵槽位置采樣，充分混合后分為2份，每份樣品約2升，一份樣品在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行自然沉降，一份樣品在充分?jǐn)嚢锠顟B(tài)下噴入少量水后（經(jīng)計算與三氯化鋁水解反應(yīng)需水量的1～2倍），在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行自然沉降，定期采取上層清液進(jìn)行檢測分析。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較

從表2：沉降結(jié)果對比表可以得出，一是加水三氯化鋁優(yōu)先發(fā)生水解；二是加水水解的粗四氯化鈦沉降速度快，24小時基本沉降完全；三是沉降效果好，固液比在沉降24小時就達(dá)到0.6%，72小時達(dá)到0.4%，這兩項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于現(xiàn)有工藝自然沉降的結(jié)果；四是加水水解后粗四氯化鈦的高沸點(diǎn)雜質(zhì)AlCl3、FeCl3大幅降低，有利于后道工序精制操作。

3 粗四氯化鈦生產(chǎn)工藝加水裝置設(shè)置

考慮到三氯化鋁的水解及絮凝特性，在氯化工序循環(huán)泵槽位置處增加加水裝置，加水使四氯化鈦中三氯化鋁發(fā)生水解，并起到絮凝作用，然后水解后的粗四氯化鈦在濃密機(jī)中自然沉降，達(dá)到快速沉降的目的。

4 結(jié)語

本文根據(jù)粗四氯化鈦中雜質(zhì)三氯化鋁性質(zhì)，提出了在氯化車間循環(huán)泵槽位置增加水解裝置，能達(dá)到加速懸浮物在濃密機(jī)中沉降速度，解決了粗四氯化鈦在中由于小顆粒較多，沉降速度慢，濃密機(jī)不能有效沉降的問題，確保了生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

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