CN103146864A - 铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产的装置 - Google Patents

Abstract

铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产的装置，属于金属冶炼与无机盐技术设备领域。它包括回转窑、熔分炉、熔盐反应罐，熔分炉尾部通过密闭通道与回转窑头部连通；回转窑上设置回转窑分气盘；熔分炉头部，设置高温熔融渣出口；熔盐反应罐上设进液口，顶部设氨气出口，上部设高温熔融渣入口，底部设反应生成固液混合物出口；高温熔融渣出口与高温熔融渣入口相连通，氨气出口与低温余热发电连通。其优点是：它将高温熔融渣资源化，变废为宝；它彻底解决高温熔融渣潜热能无法有效利用、有价元素无法提取的世界性难题。本发明总投资较现有技术有大幅度降低，生产成本仅为拜尔法的五分之一，且不产生任何污染，综合能耗非常低，热能多次重复利用，绿色环保。

Description

铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产的装置

技术领域

本发明属于黑色金属、有色金属冶炼与无机盐技术设备领域，具体涉及一种铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产的装置。

背景技术

目前，钢铁行业，提取铁后的高温熔融渣均遭废弃，其潜热白白浪废或利用率非常低；钛白粉生产只提取钛，其它也全部废弃；湿法冶金电解镍生产，也只提取镍其它也全部废弃；铜冶金也是如此。这些传统的生产、工艺方法已不适合时代要求，它们既造成了环境的污染，又造成了资源的浪废，大量的热能白白浪废，从而使其生产成本居高不下。

制铝工业使用铝土矿提取氧化铝后，其余全部作为废渣排出，于是产生了大量的污染物——赤泥，其浸出液pH值为12.1～13.0。全世界至今已经堆存上亿吨赤泥，而且在氧化铝生产中，每年又不断新产生大量的赤泥，已经对人类的生产、生活造成多方面的直接和间接的影响。一般认为钠盐含量为30～400mg/L是公共水源的适合范围，而赤泥附液的钠盐度高达26348mg/L，如此高钠盐度的赤泥附液进入水体，其污染不言而喻。为解决这一难题，人们曾经试图使用高炉法、磁选法(包括超导磁选法)或浮选法，提取赤泥中的铁，并藉此“消化”大量堆存的赤泥，但是，因为赤泥中的铁是以深度氧化铁、铁盐等状态存在的，故磁选法(包括超导磁选法)、重选法或浮选法根本无法提取其中的铁；而高炉法，因为其中含有较大量的铝、钛及其化合物，由于这些物质非常粘稠，不但阻止了高炉中的气固液三相反应的进行，而且使得高炉“吐渣”不能；虽然可以掺入大量的含钙化合物以解决“粘稠”问题，但就大大增加了生产成本，基本没有了效益，失去了实用性，所以不再被使用。

本人申请了以下中国发明专利：1、申请日为2012年6月2日，申请号为2012101996913，名称为“一种利用铝土矿或赤泥进行无渣生产的工艺方法”；2、申请日为2012年7月27日，申请号为201210279677.4，名称为“一种铁、铝、钛联合法无渣生产工艺”；3、申请日为2012年1月21日，申请号为201210025393.2，名称为“连续控温的回转窑配加熔分炉的冶炼系统”；4、申请日为2012年1月21日，申请号为201210025404.7，名称为“回转窑动态沸腾床配气系统”。以上专利，首先解决了现有技术中高炉法“吐渣”不能的问题，大大地降低了生产成本；其次是将使有毒的赤泥资源化，得到单质铁，其回收率可达99％以上，解决了赤泥占地、污染环境的问题。虽然这是一个大好的循环经济技术，但仍然存在着如下缺点：它还没有完全做到最低成本、热能高效综合重复利用。虽能得到诸如硅钛铝合金、微晶石等副产品，但提取后的高温熔融渣所含潜热没有很好地被利用，仍然造成了热渣潜热能的浪废，没有真正实现生产全过程效益最大化，资源重复利用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产的装置，它能够彻底解决现有技术中高温熔融渣潜热不能利用或不能完全利用、其自身有价元素不能提取的世界性难题，以及废渣污染环境、资源浪费、产能低下等问题，达到低成本、高效能地将有害物质变为有效资源，真正实现生产全过程固体污染物零排放、液态污染零排放及气体达标排放，绿色环保。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产的装置，包括熔盐反应罐，其特征在于：所述熔盐反应罐上设置一高温熔融渣入口，顶部设置一氨气出口，底部设置一反应生成固液混合物出口；所述氨气出口与一低温余热发电连通。

优选的，还包括熔分炉，所述熔分炉头部设置一高温熔融渣出口，所述高温熔融渣出口与所述高温熔融渣入口相连通；所述熔盐反应罐上还设置一进液口。

优选的，还包括一真空压力机组，所述氨气出口经所述真空压力机组与所述低温余热发电连通。

优选的，还包括第一固液分离、水解反应罐，所述反应生成固液混合物出口、第一固液分离、水解反应罐依次顺序连通。

优选的，还包括一氨精馏塔、熔分炉裂解管、回转窑，所述氨精馏塔上设置有一水出口和液氨出口，所述熔分炉裂解管设置于熔分炉的顶部；所述氨精馏塔与所述低温余热发电连通，所述液氨出口连通所述熔分炉裂解管；所述回转窑上设置一回转窑分气盘，所述熔分炉裂解管与所述回转窑分气盘连通。

优选的，所述反应生成固液混合物出口与第一固液分离之间还设置有一输送机、中和罐，所述反应生成固液混合物出口、输送机、中和罐、第一固液分离依次顺序连通。

优选的，还包括一第二固液分离和硫酸铝溶液罐，所述水解反应罐、第二固液分离、硫酸铝溶液罐依次顺序连通。

优选的，所述低温余热发电通过一氨水泵与所述氨精馏塔连通，所述氨精馏塔的水出口与所述水解反应罐连通，所述液氨出口通过一液氨泵分别与所述硫酸铝溶液罐、熔分炉裂解管连通。

优选的，还包括一第三固液分离、硫酸铵溶液罐，所述硫酸铝溶液罐、第三固液分离、硫酸铵溶液罐依次顺序连通。

优选的，所述硫酸铵溶液罐通过一硫酸铵泵与所述进液口连通。

优选的，所述进液口低于所述高温熔融渣入口，且为一个以上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明可以有效地将高温熔融渣资源化，变废为宝；它能够彻底解决了高温熔融渣潜热能无法有效利用、有价元素无法提取的世界性难题。本发明充分有效地利用了高温熔融渣自身热含高的特性，加入硫酸铵与之彻底反应，将其中的铝、钛等酸溶物产生浸出，这是常规酸浸出方法所不能比拟的；它能全部提取高温熔融渣中的有价元素、提取针状铝铁矿中的氧化铝和铁，做到了“拜耳法”、“烧结法”、“联合法”之所不能；当利用铝土矿配钛铁矿使用本发明的装置制取铝、铁，钛时，就不再产生赤泥而污染环境，从而彻底改变了氧化铝的生产现状。铝土矿配钛铁矿生产钛白粉无需专门的生产厂家，且不产生任何污染，生产成本低。本发明是黑色金属、有色金属、无机盐工业、有机合成、化工制氨及建材行业等跨行业、跨领域技术的有机结合，它彻底改变了二氧化钛生产行业的高污染、高能耗、高价格的现状。本发明可以大规模地推广，再没有必要设立专门的钛白粉生产厂家；此类大规模综合利用生产厂，既可满足国内钛白粉市场的需求，使二氧化钛市场回归到自然丰度储量的合理价位。本发明总投资较现有技术有大幅度降低，生产成本非常低(是现有拜尔法的五分之一)，且不产生任何污染，综合能耗非常低，热能多次重复利用，绿色环保，实现氢工业生产冶金时代的到来。

附图说明

图1是本发明实施例的结构框图；

图2是图1中回转窑的剖视结构示意图。

图中标记为：

1、回转窑；1a、回转窑分气盘；2、熔分炉；2a、高温熔融渣出口；2b、熔分炉裂解管；

3、熔盐反应罐；3a、氨气出口；3b、高温熔融渣入口；3c、进液口；

3d、反应生成固液混合物出口；4、真空压力机组；5、低温余热发电；6、氨水泵；

7、氨精馏塔；7a、水出口；7b、液氨出口；8、液氨泵；9、输送机；10、中和罐；

11、第一固液分离；12、水解反应罐；13、第二固液分离；14、硫酸铝溶液罐；

15、第三固液分离；16、硫酸铵溶液罐；17、硫酸铵泵。

具体实施方式

下面结合附图实施例，对本发明做进一步描述：

如图1、2所示，铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产的装置，包括回转窑1、熔分炉2、熔盐反应罐3、真空压力机组4及低温余热发电5，回转窑1头部通过密闭通道与熔分炉2尾部连通；回转窑1头部，设置回转窑分气盘1a；熔分炉2头部设置高温熔融渣出口2a，熔分炉2顶部设置熔分炉裂解管2b；熔盐反应罐3顶部设置氨气出口3a，上部设置高温熔融渣入口3b，侧面罐壁上间隔九十度对称设置四个进液口3c，底部设置反应生成固液混合物出口3d；

高温熔融渣出口2a与高温熔融渣入口3b由密闭通道连通，进液口3c低于高温熔融渣入口3b，高温熔融渣入口3b低于高温熔融渣出口2a；熔盐反应罐3顶部的氨气出口3a经真空压力机组4与低温余热发电5连通，低温余热发电5推动螺杆膨胀机进行发电；

还包括氨水泵6、氨精馏塔7以及液氨泵8，氨精馏塔7上设置有水出口7a和液氨出口7b；氨水泵6、氨精馏塔7、液氨泵8、熔分炉裂解管2b、回转窑分气盘1a依次顺序连通；

还包括依次顺序连通的输送机9、中和罐10、第一固液分离11、水解反应罐12、第二固液分离13和硫酸铝溶液罐14；输送机9与反应生成固液混合物出口3d连通，氨精馏塔7的水出口7a与水解反应罐12连通，氨精馏塔7的液氨出口7b连通液氨泵8，液氨泵8分别与熔分炉裂解管2b、硫酸铝溶液罐14连通。

硫酸铝溶液罐14、第三固液分离15、硫酸铵泵16、硫酸铵泵17依次顺序连通，熔盐反应罐3的进液口3c与硫酸钱泵17连通。

本发明的工作原理与工作过程如下：

如图1、2所示，在回转窑1中经过碳、氢预还原的混合物料，由密闭通道进入熔分炉2，经过熔分炉2进行熔融渣铁分离，还原出的热铁水由熔分炉2底部流出，上部高温熔融渣由高温熔融渣出口21经高温熔融渣入口3b进入到熔盐反应罐3中；

由进液口3c加入适量的硫酸铵到熔盐反应罐3中，高温熔融渣进入后，其中的铝、钛高温分解硫酸氨，形成新的无机硫酸盐，高温分解氨，同时高温熔融渣中的三氧化二铝、二氧化钛及酸熔的钒、钪等元素，与硫酸根结合形成新的可水溶性硫酸盐，即分别生成了氨蒸汽、液态硫酸铝和硫酸氧钛、固态二氧化硅和硫酸钙等固液混合物；

氨蒸汽由熔盐反应罐3顶部的氨气出口3a输出，经真空压力机组4加压，流经低温余热发电5；低温余热发电5利用工质换热，将氨蒸汽降温转化成为氨水，且推动螺杆膨胀机进行发电；

氨蒸气经低温余热发电5降温后成为氨水，氨水由氨水泵6输送到氨精馏塔7；氨水经氨精馏塔7提纯，生成了水以及纯度为99％以上的纯液氨。其中，这些纯液氨的一小部分，被液氨泵8直接泵入设置于熔分炉2炉顶耐材中的熔分炉裂解管2b，熔分炉裂解管2b将它们裂解为氢、氮混合气；由于氨气的吸热裂解，有效地降低了熔分炉2的炉顶耐火材料的温度，起到了保护耐材的作用，延长了耐材的寿命；

从熔分炉裂解管2b出来的氢、氮裂解气，通过回转窑分气盘1a进入到回转窑1内；在煤基还原铁的条件下加入了氢气，就提高了铁的还原率；在高还原率的前提下，可有效地、大幅度地降低还原温度至1000度以内，从而彻底解决了回转窑1的结圈、滚球等世界性难题；实现了低成本氢还原铁、镍、钛铁矿；

经氨精馏塔7提纯产生的另一大部分液氨，被输送到硫酸铝溶液罐14中，用于生成硫酸铵液体与固体氢氧化铝；

液态硫酸铝和硫酸氧钛、固态二氧化硅和硫酸钙等固液混合物，均由熔盐反应罐3底部的反应生成固液混合物出口3d排出，经输送机9输送到中和罐10内，在中和罐10内加入适量硫酸；上述固液混合物再进到第一固液分离11进行固液分离，生成固体二氧化硅、硫酸钙及液态硫酸铝、硫酸氧钛等；二氧化硅、硫酸钙等固体，用于制作高档建材玻璃等，其含铁量为PPM级；液态硫酸铝、硫酸氧钛进入到水解反应罐12中进行水解后，由第二固液分离12再次进行固液分离，得到二氧化钛固体和液态硫酸铝；液态硫酸铝进入硫酸铝溶液罐14中；

在硫酸铝溶液罐14中，来自氨精馏塔7的液氨与其中的硫酸铝进行反应，生成了固体氢氧化铝、硫酸铵水溶液；经第三固液分离15进行固液分离，得到固体氢氧化铝和硫酸铵水溶液；硫酸铵水溶液置于硫酸铵溶液罐16中，再通过硫酸铵泵17加压，经进液口3c输入到熔盐反应罐3中，再与高温熔融渣进行反应；

硫酸铝溶液罐14中的硫酸铝溶液，还可以通入中和罐10内，用于进一步提取有价元素；

氨蒸汽流经低温余热发电5后，经氨精馏塔7提取出的水，进入水解反应罐12中，用于水解用水的补充。

这样，使得氨与硫酸可以只作少量的补充，从而实现氨、硫酸的循还使用。

部分化学反应方程式为：

3(NH4)2SO4+AI2O3＝AI2(SO4)3+4NH3+6H2O+N2

(NH4)2SO4+TIO2＝TIOSO4+2NH3+H2O

6NH3·H2O+AI2(SO4)3＝3(NH4)2SO4+2AI(OH)3

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (11)

1.铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产的装置，包括熔盐反应罐，其特征在于：所述熔盐反应罐上设置一高温熔融渣入口，顶部设置一氨气出口，底部设置一反应生成固液混合物出口；所述氨气出口与一低温余热发电连通。

2.根据权利要求1所述的铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产的装置，其特征在于：还包括熔分炉，所述熔分炉头部设置一高温熔融渣出口，所述高温熔融渣出口与所述高温熔融渣入口相连通；所述熔盐反应罐上还设置一进液口。

3.根据权利要求2所述的铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产的装置，其特征在于：还包括一真空压力机组，所述氨气出口经所述真空压力机组与所述低温余热发电连通。

4.根据权利要求3所述的铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产的装置，其特征在于：还包括第一固液分离、水解反应罐，所述反应生成固液混合物出口、第一固液分离、水解反应罐依次顺序连通。

5.根据权利要求4所述的铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产的装置，其特征在于：还包括一氨精馏塔、熔分炉裂解管、回转窑，所述氨精馏塔上设置有一水出口和液氨出口，所述熔分炉裂解管设置于熔分炉的顶部；所述氨精馏塔与所述低温余热发电连通，所述液氨出口连通所述熔分炉裂解管；所述回转窑上设置一回转窑分气盘，所述熔分炉裂解管与所述回转窑分气盘连通。

6.根据权利要求4或5所述的铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产的装置，其特征在于：所述反应生成固液混合物出口与第一固液分离之间还设置有一输送机、中和罐，所述反应生成固液混合物出口、输送机、中和罐、第一固液分离依次顺序连通。

7.根据权利要求6所述的铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产的装置，其特征在于：还包括一第二固液分离和硫酸铝溶液罐，所述水解反应罐、第二固液分离、硫酸铝溶液罐依次顺序连通。

8.根据权利要求7所述的铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产的装置，其特征在于：所述低温余热发电通过一氨水泵与所述氨精馏塔连通，所述氨精馏塔的水出口与所述水解反应罐连通，所述液氨出口通过一液氨泵分别与所述硫酸铝溶液罐和熔分炉裂解管连通。

9.根据权利要求8所述的铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产的装置，其特征在于：还包括一第三固液分离、硫酸铵溶液罐，所述硫酸铝溶液罐、第三固液分离、硫酸铵溶液罐依次顺序连通。

10.根据权利要求9所述的铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产的装置，其特征在于：所述硫酸铵溶液罐通过一硫酸铵泵与所述进液口连通。

11.根据权利要求10所述的铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产的装置，其特征在于：所述进液口低于所述高温熔融渣入口，且为一个以上。

Images