[发明专利]在四氯化钛制造中利用反馈响应和前馈响应的组合来控制载钛材料流量

说明书

发明领域

本公开涉及用于制造钛产品的方法，具体地讲涉及用于控制流入流化床反应器中的载钛材料的流量并因此控制最终产品中的硅量的控制方法。

发明背景

用于在流化床反应器中使含钛材料氯化的方法是已知的。合适的方法公开于以下美国专利2,701,179；3,883,636；3.591333；和2.446.181中。在此类方法中，将粒状焦炭、粒状载钛材料、氯和任选的氧气或空气喂入反应室，并且保持合适的反应温度、压力和流量以维持流化床。气态的四氯化钛和其它金属氯化物从反应室中排出。然后如此制备的气态四氯化钛可与其它金属氯化物和废气分离，并用于制备二氧化钛、钛金属或含钛产品。

在流化床反应器中制备四氯化钛(TiCl₄)的氯化过程中，希望减少或控制过多的四氯化硅和其它不期望的氯化有机物质的形成。四氯化钛中的污染物四氯化硅(SiCl₄)影响多个质量参数，例如通过氧化TiCl₄而制备的二氧化钛的粒度分布和原生粒度(用炭黑法底色表示)。最小化或控制钛产品中形成的污染物二氧化硅(SiO₂)使TiO₂产品的性能得到改善。

需要一种控制方法，所述控制方法检测未处理的氧化材料中过多SiO₂的存在并且该方法能够解决此问题。

发明内容

在第一方面，所述公开提供了用于控制在流化床反应器中的四氯化钛制造中的氯化反应，随后进行加工以形成包含一定量的二氧化硅的钛产品的方法，所述方法包括：

(a)将含碳材料、氯和包含一定量的二氧化硅的载钛材料喂入所述流化床反应器以形成气体物流，并且冷凝所述气体物流以形成四氯化钛、非冷凝的气体物流和可冷凝的产物物流；

(b)加工四氯化钛以形成包含一定量的二氧化硅的钛产品；

(c)分析包含一定量的二氧化硅的钛产品以测定二氧化硅的分析浓度；

(d)确定二氧化硅的设定点浓度；

(e)计算二氧化硅的分析浓度和二氧化硅的设定点浓度之间的差值；以及

(f)生成对应于步骤(e)中计算出的差值的信号，所述信号提供控制流入流化床反应器的载钛材料流量的反馈响应。

附图简述

图1示出了本公开的一个实施方案的简化的示意流程图。

发明详述

将含碳材料、包含一些杂质的载钛材料、氯和任选的氧气或空气喂入流化床反应器。可用于本公开的典型条件和流化床说明书如下所示：反应温度为约900℃至1300℃，压力为约1-3个大气压，并且反应器在基座中或靠近基座处具有多个喷嘴。典型地氯的引入点将位于反应器基座约0至约10英尺(约0至约3米)的范围内，更典型地约0至约8英尺(约0至约2.4米)的范围内，最典型地约0至约5英尺(约0至约1.5米)的范围内。最典型的位置是反应器的基座。

载钛材料可为任何合适的钛源材料例如含钛矿石，包括金红石、钛铁矿或锐钛矿矿石；它们的选矿石；含钛副产物或矿渣；以及它们的混合物。载钛材料通常以基于载钛材料的总重量约0.5-50％，典型地至多约20％的量包含氧化铁。这种材料通常还包含二氧化硅。二氧化硅能够以任何形式存在，包括以含二氧化硅的材料或金属氧化物的形式，但是通常以一种或多种天然存在的形式而存在，例如沙土、石英、硅酸盐、二氧化硅(SiO₂)和白硅石。二氧化硅的量基于载钛材料的总重量可为约0至约25％，通常为约0.5至约1.5％。载钛材料中的硅量可通过XRF分析或湿化学法或其它合适的分析方法来测定。二氧化硅可为在流化床反应器气体物流中的四氯化硅的来源。

用于本公开的合适的含碳材料为已经经过焦化处理的任何含碳材料。典型的是焦炭或煅烧焦炭，其来源于石油或煤或此类焦炭的混合物。