1 二氧化钛原料的沸腾氯化

氯化过程的目的是通过TiO2的原料与氯气和石油焦发生反应而产生TiCl4（图1）。在高温下，氯化发生是放热反应，具有相当快的动力学。沸腾氯化床作为反应容器特别适合于这种固气反应条件：即连续的工艺过程，较高的能效和高的生产率。

图1 沸腾氯化

2 二氧化钛氯化原料

仅从TiO2含量的角度来看，天然金红石，氯化钛渣，UGS®和人造金红石都可以被认为是高品位氯化法原料。然而，从目前本研究的结果显示，由于不同的钛原料的物理特性，矿物相形态和杂质组份和含量，这些钛原料在大型沸腾氯化床中的行为和特性也不尽相同。

3 实验方法

3.1 实验装置

本研究中的氯化试验是在力拓钛铁技术研发中心的氯化中试装置中进行的（图2）。氯化中试装置由圆柱形石英管制成，总高195 cm，床层反应区内径10 cm。上部空域内径阔增至15 cm，以降低气体速度和颗粒夹带。否则会由于沉降分离高度过矮导致过量的颗粒夹带流失。

用石英制成氯化反应器的最大优势在于，氯化床运行期间可直接观察到其运行情形，特别对判断床层的流化状态的好坏，提供了第一手资料（图3）。

纯氯气由三个68 kg气罐并联连接，以确保有足够的流量供应。在线质量流量计用于测量氯气的流量，并由精密转子流量计校正。氯气通过反应器底部的多孔石英材质的布风板进入氯化床。

图2 力拓钛铁氯化中试装置框架图

图3 石英材质的氯化反应器可观察床层流化状态

3.2 试验步骤

本试验步骤是本着尽可能代表和模拟工业化大型氯化过程而开发设计的。在本文以下所呈现的结果都是根据力拓钛铁氯化标准试验步骤所获取的。

对于给定的二氧化钛原料或混料，氯化试验是一个连续运行8 h的过程。其工艺条件列于表1。

表1 氯化试验标准操作条件

①表观气流速度（m/s），实际上就是氯气的流量（Am3/h）除以氯化床的横截面面积（m2）。

当氯气通气速率设定为5.1 kg/h时，床层底部的氯气流速就能达到0.25 m/s。对本文所测试的所有的原料来说，这样的速度无论是在中试装置或工业化装置都足以实现在床内正常的流态化。

造床所加入的6 kg原料可达到0.8 m的床层高度。此床层的高度可以确保在中试装置标准操作条件下，氯气在床内完全消耗。工业化氯化床层高度通常在4~6 m范围内，这意味着，对于相同的氯气速度（0.25 m/s），中试装置床层完全更新的频率大约是工业化氯化床层（5 m）的6倍。换言之，从一个床层的化学组份的变化来观察，8 h的中试氯化操作时间约等同于在工业大型氯化床两天的运行时间。

床层中的初始焦炭含量为30%。一定的富余碳含量可确保在整个试验期间有足够的炭源存在。

床层的反应温度设定为1 050 ℃，这被认为是工业化氯化床具有代表性的操作温度。氯化反应 是在微负压条件下进行，以避免气体泄漏。床层上部的自由空域压力控制在（-0.5 kPa）。

试验前，将造床原料加入氯化床内。然后在氮气保护气氛下被加热，直至床层温度达到1 000 ℃左右。此时，停....