水解在粗四氯化钛生产过程中的应用

刘元清++刘林++王勇

摘 要：粗四氯化钛生产过程中，经收尘冷凝后，大量高沸点氯化物和固体颗粒杂质进入到四氯化钛溶液中，需要经过浓密机沉降分离，但由于浓密机处理能力不足等因素，不能对高沸点氯化物和固体颗粒杂质进行有效分离，本文从理论上分析了以三氯化铝作为絮凝剂能够加快粗四氯化钛中固体悬浮物沉降速度的原理，并通过实验验证了这一理论，提出了在粗四氯化钛生产过程中循环泵槽位置增加加水装置，粗四氯化钛水解后，在沉降槽内达到快速沉降固体悬浮物的目的。

关键词：水解 沉降 絮凝剂 循环泵槽

中图分类号：TQ134 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（b）-0238-02

在粗四氯化钛氯生产过程中，从沸腾氯化炉逸出的混合气体中所含的大量高沸点氯化物和随气流夹带的固体颗粒杂质，经收尘冷凝，其较大部分与四氯化钛分离，但仍有部分杂质和固体颗粒通过淋洗进入到四氯化钛溶液中，需要经过浓密机沉降分离。近年来由于钛渣资源的减少，高钛渣小于200目的部分含量较高，一般为10%～20%，这要求石油焦的粒度也相对较小，就造成了大量的小颗粒固体杂质进入到四氯化钛中（循环泵槽位置四氯化钛固液比达20%），这造成浓密机的超负荷工作，特别是小颗粒较多，使浓密机根本达不到沉降的目的。这严重影响后续工序的正常生产。很多粗四氯化钛生产单位均遇到过这样的问题。

本文结合前人研究成果[1-3]从理论上分析了四氯化钛中三氯化铝作为絮凝剂能够加快粗四氯化钛中固体悬浮物沉降速度的原理，并通过实验室实验得出水解能够加速四氯化钛沉降并能降低粗四氯化钛中部分杂质这一理论，提出了四氯化钛生产过程中，在循环泵槽位置安装水解装置，能够增加浓密机的沉降能力，确保生产的正常进行。

1 沉降前粗四氯化钛水解加速沉降工艺原理分析

1.1 主要成分

在粗四氯化钛生产工序循环泵槽点采样进行分析，其成分为见表1。

1.2 水解反应方程式

粗四氯化钛与水接触发生激烈反应，且三氯化铝具有很强的水解性能，根据对反应后上层清液的分析检测，加水水解将进行如下反应：

1.3 三氯化铝水解、絮凝性质

三氯化铝具有很强的水解性能，可作为絮凝剂使用，在循环泵槽内粗四氯化钛中含有质量分数为0.15%～0.35%的三氯化铝，如果向此粗四氯化钛中加入定量的水，使粗四氯化钛中的三氯化铝发生水解，并使其起到絮凝剂的作用，就可以加速粗四氯化钛中固体悬浮物的沉降速度。

1.3.1 三氯化铝水解特性

三氯化铝水解反应过程基本可以概括为以下步骤。

（1）单体离子水解缩聚生成二聚体。

（2）单体与二聚体的a、b晶轴方向定向水解聚合，生成二维或单层三水铝石结构的羟基聚合物。

（3）平行定向的二维或三水铝石铝层之间沿c晶轴相互聚合生成具有三维结构的羟基聚合物。

（4）各形态间继续进行聚合而转化成无定形凝胶沉淀物。

1.3.2 三氯化铝絮凝作用机理

图1为三氯化铝絮凝作用过程示意图，从图1可以看出，三氯化铝絮凝作用的主要步骤有以下几点。

（1）迅速地进行水解反应并生成溶解态正电荷单体或聚合形态。

（2）溶解态正电荷水解形态迅速扩散迁移到固/液界面。

（3）正电荷水解形态吸附在负电荷胶体颗粒表面，降低或中和表面负电荷，并导致胶体颗粒脱稳。

（4）吸附在颗粒表面的正电荷水解形态进一步水解和化学结构重排。

这四步反应中，第四步反应较为缓慢。加入三氯化铝后，高电荷的聚合形态的三氯化铝水解产物直接扩散迁移到固/液界面，随即发生强烈的电中和作用能力，同时吸附的聚合形态明显延迟水解趋势而使其具有较大的粘附活性。

吸附在固体颗粒上的三氯化铝水解产物，在进一步水解过程中，发生多颗粒间的反应，颗粒逐渐增大，发生絮凝作用，使沉淀速度增大。达到快速去除粗四氯化钛中固体悬浮物的效果。

2 粗四氯化钛水解沉降实验

2.1 实验内容

在循环泵槽位置采样，充分混合后分为2份，每份样品约2升，一份样品在实验室内进行自然沉降，一份样品在充分搅拌状态下喷入少量水后（经计算与三氯化铝水解反应需水量的1～2倍），在实验室内进行自然沉降，定期采取上层清液进行检测分析。

2.2 实验结果比较

从表2：沉降结果对比表可以得出，一是加水三氯化铝优先发生水解；二是加水水解的粗四氯化钛沉降速度快，24小时基本沉降完全；三是沉降效果好，固液比在沉降24小时就达到0.6%，72小时达到0.4%，这两项指标均优于现有工艺自然沉降的结果；四是加水水解后粗四氯化钛的高沸点杂质AlCl3、FeCl3大幅降低，有利于后道工序精制操作。

3 粗四氯化钛生产工艺加水装置设置

考虑到三氯化铝的水解及絮凝特性，在氯化工序循环泵槽位置处增加加水装置，加水使四氯化钛中三氯化铝发生水解，并起到絮凝作用，然后水解后的粗四氯化钛在浓密机中自然沉降，达到快速沉降的目的。

4 结语

本文根据粗四氯化钛中杂质三氯化铝性质，提出了在氯化车间循环泵槽位置增加水解装置，能达到加速悬浮物在浓密机中沉降速度，解决了粗四氯化钛在中由于小颗粒较多，沉降速度慢，浓密机不能有效沉降的问题，确保了生产的顺利进行。

参考文献

[1] 石玉英，周云英，龚丽菲.水解沉降粗四氯化钛去除三氯化铝的工艺条件研究[J].钛工业进展，2013（4）.

[2] 徐光宪，王祥云.物质结构[M].2版.北京：高等教育出版社，1987.

[3] 栾兆坤.无机高分子絮凝剂聚合铝的基础理论与应用研究[D].中国科学院生态环境研究中心博士学位论文，1997.endprint