JPH05254837A - 四塩化チタンの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】チタン含有鉱石を塩素化して得られる粗四塩化
チタンガスを精製して高純度の四塩化チタンを製造する
方法であって、非凝縮性ガスを含有した粗四塩化チタン
ガスと精製四塩化チタン液とを分離精製塔において接触
させて該粗四塩化チタンガスを精製する。 【効果】通常の蒸留精製で得られる四塩化チタンと同程
度の純度を有する四塩化チタンが得られ、しかも、蒸留
精製に使われる熱エネルギーが不要であるためエネルギ
ーコストが低く、蒸留精製に使われるリボイラーなどの
装置が不要となって精製工程が簡略化でき、スケーリン
グなどによる稼働率低下もなくなるなど、蒸留精製の方
法に代わる簡便、かつ、工業的な方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、チタン含有鉱石を塩素
化して得られる粗四塩化チタンを精製して高純度の四塩
化チタンを製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】四塩化チタンは、二酸化チタン顔料や金
属チタンの原料として、また、ジエン、α−オレフィ
ン、エチレンなどの重合触媒として用いられる有用なも
のである。一般に四塩化チタンは、チタン含有鉱石をコ
ークスなどの還元剤の存在下に９００〜１１００℃の温
度で塩素ガスと反応させて得られる。こうして得られる
四塩化チタンガスには、普通、鉱石中の不純物に由来す
る種々の塩化物、細粒化した鉱石、コークス、一酸化炭
素、二酸化炭素などが含まれており、このために粗四塩
化チタンと称されている。この粗四塩化チタンガスは、
たとえば、２００℃近くに冷却してガス中に含まれる不
純物の塩化物ガスを固体状物として析出させ、他の懸濁
固体状不純物と共に固−気分離器で分離、除去し、その
後、四塩化チタンの沸点以下の温度にまで冷却して四塩
化チタンを液化し、一酸化炭素、二酸化炭素などの副生
ガスを分離、除去した後、次いで、該四塩化チタン液を
蒸留して精製するのが普通である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記の蒸留精製による
方法では、四塩化チタン液を沸騰させるのに多量の熱エ
ネルギーが必要となるため、熱エネルギーを余り必要と
しない、より低コストの製造方法が望まれている。ま
た、前記の蒸留精製による方法では、蒸留精製工程内に
残留した不純物が設備や配管などを閉塞したりするなど
の問題がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、高純度の四塩
化チタンの製造法、特に粗四塩化チタンの精製方法に関
する。本発明者等は、従来の蒸留精製の方法に代わる簡
便、かつ、工業的な方法を種々検討した結果、チタン含
有鉱石を塩素化して得られる非凝縮性ガスを含有した粗
四塩化チタンガスを分離精製塔の下部から導入し、上部
から精製四塩化チタン液を散布し、より望ましくは、該
分離精製塔の中間部からも粗四塩化チタン液を散布して
粗四塩化チタンガスと接触させることにより、粗四塩化
チタンガスに同伴した非凝縮性ガスが存在した状態でも
粗四塩化チタンガスに含まれている各種の不純物を分離
精製塔内で分離することができることを見出し、本発明
に到達したものである。従来法では、粗四塩化チタンガ
スの凝縮工程と粗四塩化チタン液の蒸留工程などの複数
の工程で処理していたため、工程が複雑になったり各設
備や配管の閉塞の問題を抱えていた。さらに、粗四塩化
チタンガスを一旦液化し、その後、加熱、蒸発させて蒸
留していたために多量の熱エネルギーを必要としていた
が、本発明によれば、分離工程と蒸留工程とを一体化し
た分離精製塔を用い、この中に導入する粗四塩化チタン
ガスのもつ顕熱、潜熱を利用することができるので、蒸
留精製に使われる熱エネルギーが不要となってエネルギ
ーコストを低くすることができ、また、蒸留精製に使わ
れるリボイラーなどの装置が不要となるため精製工程が
簡略化できる。すなわち、本発明は、チタン含有鉱石を
塩素ガスと反応させて得られる粗四塩化チタンガスを分
離精製塔内で四塩化チタン液と接触させて不純物を分離
し、精製することを特徴とする四塩化チタンの製造方法
であり、粗四塩化チタンを簡便に、かつ、工業的に精製
して高純度の四塩化チタンを製造する方法を提供するも
のである。

【０００５】本発明において、粗四塩化チタンガスは、
チタン含有鉱石を塩素ガスで塩素化して生じる通常７０
０〜９００℃の高温ガスを１５０〜２５０℃程度まで冷
却したガスであり、これには、チタン含有鉱石中に含ま
れる不純物に由来する各種の塩化物の他に、一酸化炭
素、二酸化炭素、塩化水素、窒素などのガス状不純物や
未反応のチタン含有鉱石や還元剤などの固体状不純物が
含まれている。本発明では、種々の不純物を含有した状
態の粗四塩化チタンガスを分離精製塔の下部から導入
し、該分離精製塔の上部から四塩化チタン液を散布して
粗四塩化チタンガスと接触させることにより、不純物を
含まない高純度の四塩化チタンガスを該分離精製塔の頂
部より回収する。特に、本発明においては、分離精製塔
の上部から精製四塩化チタン液を散布し、該分離精製塔
の中間部から粗四塩化チタン液を散布することにより、
より効率的に不純物を分離することができる。

【０００６】前記の精製四塩化チタン液とは、例えば本
発明の分離精製塔から排出する高純度四塩化チタン液で
あり、普通四塩化チタン濃度が９９．５重量％以上のも
のである。また、粗四塩化チタン液とは、例えば塩化炉
で生成する粗四塩化チタンガスを凝縮、液化して得られ
るものであり、不純物を含む、低純度の四塩化チタン液
である。精製四塩化チタン液の分離精製塔への散布量
は、粗四塩化チタンガスの導入量、粗四塩化チタンガス
の温度、粗四塩化チタンガスに含有する不純物量、分離
精製塔内の圧力、分離精製塔出口温度、精製四塩化チタ
ン液の温度などにより適宜設定することができる。

【０００７】本発明においては、分離精製塔の上部から
四塩化チタン液を散布し、分離精製塔の下部から導入し
た粗四塩化チタンガスと接触させる。より望ましくは、
まず分離精製塔の中間部から粗四塩化チタン液を散布し
て分離精製塔の下部から導入した粗四塩化チタンガスと
接触させて該粗四塩化チタンガスに懸濁した固体状不純
物を除去し、引続き、分離精製塔の上部から散布する精
製四塩化チタン液に接触させて高沸点化合物を除去する
のが工業的であり、望ましい。なお、チタン含有鉱石を
塩素化して得られた粗四塩化チタンガスは、分離精製塔
に導入する前に、サイクロンなどで固−気分離して、粗
四塩化チタンガスに懸濁した固体状不純物をできるだけ
除去しておくことが好ましい。

【０００８】分離精製塔から排出される精製四塩化チタ
ンガスには一酸化炭素、二酸化炭素などの非凝縮性ガス
が同伴しているので、この後０〜−３０℃の温度に冷却
して精製四塩化チタンガスを凝縮液化させ、非凝縮性ガ
スと分離する。このように精製して得られた四塩化チタ
ン液は回収され、一部は分離精製塔の上部に還流液とし
て循環使用される。

【０００９】次に、本発明を図面に従って説明する。図
１は、本発明に関する四塩化チタンの分離精製装置の主
要部分を示す。チタン含有鉱石を塩素ガスと反応して得
られた粗四塩化チタンガスは、高温であると同時に一酸
化炭素、二酸化炭素、塩化水素、窒素などのガスや鉱
石、コークスの微粉その他塩化物等の不純物を含んでい
る。供給管１で導入された粗四塩化チタンガスは、中間
タンク１６より送られてきた粗四塩化チタン液をスプレ
ーされて急速に冷却され四塩化チタンより高沸点側にあ
る塩化物を固体として析出させ、サイクロン３にて大部
分の固形分を分離し排出せしめる。しかし、微細な粒子
は完全に分離されず一部はそのまま非凝縮性ガス、粗四
塩化チタンガスと共に分離精製塔６に入る。分離精製塔
の下部では粗四塩化チタン液が中間タンク１６より配管
１７を通って循環されており、分離精製塔６に入った粗
四塩化チタンガスは、この粗四塩化チタンの循環液と十
分接触し、ガス中の固形分を液中に捕捉する。前記循環
液に捕捉された固形分は、配管２を通り粗四塩化チタン
ガス中にスプレーされ、サイクロン３より系外に排出さ
れる。なお、粗四塩化チタンの循環液の配管１７には熱
交換器を設置する必要がなく、また、分離捕捉すべき固
形分の量により、粗四塩化チタン液の流量を自由に調節
することができる。

【００１０】分離精製塔の下部で十分に固形分を除かれ
た粗四塩化チタンガスは、非凝縮性ガスと共に分離精製
塔上部の精製部へ移行し、配管１５から供給、散布され
る精製四塩化チタン液と接触しながら精製される。塔頂
より流出したガスは、配管７を通り水冷熱交換器８で冷
却され精製四塩化チタン液となる。得られた精製四塩化
チタン液の一部は分配タンク９より分離精製塔へ還流さ
れ、残部はストレージタンク１３に貯えられる。分配タ
ンク９で分離された非凝縮ガスにはまだ四塩化チタンガ
スが含まれているので、冷凍機により冷却されたブライ
ンクーラー１１を通じて、四塩化チタンを完全に凝縮、
液化させ、回収し、一方非凝縮性ガスはガス分離器１２
を通って適当な処理設備に送られる。

【００１１】不純物の影響でパイプ、タンク等の設備に
腐食が発生する場合、またはバナジウム不純物の除去が
不完全な場合は、中間タンク１６または循環配管１７に
水、石鹸、油などを添加してもよい。

【００１２】

【実施例】

実施例 チタン含有鉱石を塩素ガスと反応して得られた粗四塩化
チタンガスに１２０℃の温度の粗四塩化チタン液１０３
１８Ｋｇ／ｈｒを配管２より散布して、粗四塩化チタン
ガスを２００℃の温度に冷却した後、サイクロン３に導
入し固形分を分離し、引続き、分離精製塔（直径１ｍ、
高さ１５．７ｍ）の下部に導入した。分離精製塔の中間
部には、１２０℃の温度の粗四塩化チタンの循環液が１
００ｍ³／ｈｒの流量で配管１７を通して供給、散布さ
れ、さらに４０℃の温度の精製四塩化チタンの循環液が
１０００２Ｋｇ／ｈｒの流量で分離精製塔の上部から配
管１５を通して供給、散布され、導入された該粗四塩化
チタンガスと接触して粗四塩化チタンガスが精製され
た。分離精製塔の塔頂から排出された精製四塩化チタン
ガスの温度は１２６℃であった。次に、分離精製塔の塔
頂から排出された精製四塩化チタンガスを水冷熱交換器
８に導入して凝縮させ、さらに、未凝縮の精製四塩化チ
タンガスをブラインクーラー１１に導入して凝縮、液化
させ、ストレージタンク１３より本発明の四塩化チタン
液（試料Ａ）を回収した。

【００１３】比較例 実施例と同様に、チタン含有鉱石を塩素ガスと反応して
得られた粗四塩化チタンガスに１２０℃の温度の粗四塩
化チタン液１０３１８Ｋｇ／ｈｒを散布して、粗四塩化
チタンガスを２００℃の温度に冷却した後、サイクロン
で固体状不純物を分離、除去した。引続き、粗四塩化チ
タンガスを冷却塔に導入し、この中で粗四塩化チタン液
と接触させて凝縮、液化させ、非凝縮性ガスを分離し
た。次いで、得られた粗四塩化チタン液を通常の蒸留精
製操作にて精製し、四塩化チタン液（試料Ｂ）を回収し
た。

【００１４】前記の実施例および比較例で得られた試料
Ａ、Ｂをそれぞれ分析した。その結果を表１に示す。表
１から明らかなように、本発明で得られた四塩化チタン
液Ａは、従来の方法である比較例で得られた四塩化チタ
ン液Ｂと同程度の純度を有するものであった。なお、本
発明で得られた四塩化チタンを気相酸化して得られた二
酸化チタン顔料は、従来の方法で得られた四塩化チタン
を気相酸化して得られたものと同程度の顔料特性を有す
るものであった。比較例においては、粗四塩化チタンガ
スをまず冷却塔（分離塔）で処理し、引続き、蒸留精製
処理するのに対し、実施例では分離精製塔のみで処理す
ることができるので、精製設備が簡略化されると共に熱
エネルギーコストの大幅な削減ができた。

【００１５】

【表１】

【００１６】

【発明の効果】本発明は、チタン含有鉱石を塩素化して
得られる粗四塩化チタンガスを精製して高純度の四塩化
チタンを製造する方法であって、非凝縮性ガスを含有し
た粗四塩化チタンガスと四塩化チタン液とを、分離塔と
蒸留塔とを一体化した分離精製塔において接触させて、
粗四塩化チタンガスのもつ顕熱、潜熱を利用して直接精
製する方法であり、通常の蒸留精製で得られる四塩化チ
タンと同程度の純度を有する四塩化チタンが得られる。
しかも、蒸留精製に使われる熱エネルギーが不要である
ためエネルギーコストが低く、蒸留精製に使われるリボ
イラーなどの装置が不要となって精製工程が簡略化で
き、スケーリングなどもなくなるなど、通常の蒸留精製
の方法に代わる簡便、かつ、工業的な方法である。

【図面の簡単な説明】

【図１】四塩化チタンの精製装置の主要部分を示した説
明図である。

【符号の説明】

１ 粗四塩化チタンガス供給管 ３ サイクロン ６ 分離精製塔 ８ 水冷熱交換器 １１ブラインクーラー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】チタン含有鉱石を塩素ガスと反応させて得
   られる粗四塩化チタンガスを分離精製塔内で四塩化チタ
   ン液と接触させて不純物を分離し、精製することを特徴
   とする四塩化チタンの製造方法。
2. 【請求項２】チタン含有鉱石を塩素ガスと反応させて得
   られる粗四塩化チタンガスを分離精製塔内で粗四塩化チ
   タン液と接触させ、次に精製四塩化チタン液と接触させ
   て不純物を分離し、精製することを特徴とする四塩化チ
   タンの製造方法。