钛和钛白生产中氯气的循环利用(circulative utilization of chlorine in production of  titanium and titanium white)

在金属钛和氯化法钛白生产中回收氯气并返回用于制取四氯化钛的氯气反复利用过程。在以TiCl₄为原料的氯化法生产钛白的氧化和熔盐电解法制取金属铁的过程中，TiCl₄中的氯都以单体氯析出；而在镁热还原法生产海绵钛或在钠热还原法生产海绵钛的还原作业时，氯转入MgCl₂或NaCl，随后在。MgCl₂或NaCl熔盐电解时又析出氯气。这些再生氯气可返回氯化炉供生产TiCl₄用，构成钛和钛白生产中氯气的循环利用(图1)。

氯量平衡 镁热还原法生产海绵钛是典型的氯化冶金过程，图2示出该过程的理论氯量平衡(Ti：Cl₂=1：2.962)情况。实际上，氯气耗量远比化学计量高，这是由于：(1)氯化过程中不仅生成TiCl₄，还生成各种杂质氯化物(MeCl_x)以及HCl等；(2)TiCl₄不仅在氯化、冷凝、尾气处理、精制提纯以及镁热还原等过程中都有损失，而且在镁热还原过程中有可能因生成低价氯化钛而损失；(3)MgCl₂在排放、输送、电解精炼过程以及拆卸还原蒸馏罐时都有损失；(4)单体Cl₂在传输及氯化过程中有损失。不论氯以哪种物料形态赋存(TiCl₄、MeCl_x、HCl、TiCl₂、TiCl₃、MgCl₂、Cl₂等)，它在上述过程中的损失均将增加氯耗，提高产品成本，并会严重污染环境。降低氯耗，消除或减轻氯气对环境的污染是钛冶金需待解决的一项重要课题。

稀释氯气的使用 是实现氯气循环的关键。MgCI₂电解析的阳极氯气和氯化法生产钛白返回的氯气，其浓度(含Cl₂70％～90％)波动较大，这主要受MgCl₂电解的技术水平和氯化法生产钛白氧化过程加热方式的影响。

与使用浓氯气相比，使用稀释氯气作氯化剂时，出炉混合炉气的TiCl₄分压减低、废气量(CO+CO₂+N₂)增加，炉生产能力下降，反应放热量增加(1molO₂或空气与碳燃烧的放热量大于1molCl₂与TiO₂加碳氯化反应的放热量)。稀释氯气仅以氯气一空气计并按入炉气体体积流量不变计算，氯气浓度由含Cl₂100％降为80％时，理论上氯化炉的生产能力随之下降20％，炉气中TiCl₄浓度下降17％～20％，而废气量增加4％～20％(数值与炉气中CO、CO₂组成有关)。由于TiCl₄分压减低、炉气温度升高，需强化冷凝过程，才能使TiCl₄冷凝达到要求。当采用提高入炉气体体积流量的方法来避免炉生产能力大幅度下降的情况下，则需增大氯化炉沸腾段截面积和提高收尘、淋洗装置的工作效率。否则，由于气速过大不仅增加粉尘量，还会使冷凝系统超负荷，导致TiCl₄难于全部冷凝、钛收率降低。因此，一般规定入氯化炉的氯气浓度要高于80％(体积分数)，浓度达不到要求的稀释氯气需补加液氯[含Cl₂99．5％(体积分数)]增浓后使用。