CN109052461A - 处理高钙镁钛渣的大产能熔盐氯化装置及生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的是金属冶炼技术领域的一种处理高钙镁钛渣的大产能熔盐氯化装置及生产方法,包括炉体、设置在炉体底部的气体喷管、设置在炉体侧面的石墨电极和废盐排放溜槽以及设置在炉体顶部的烟气出口,在所述炉体的顶部设有伸向炉内的炉顶料仓,所述炉顶料仓的底部出口处设有螺旋给料机,所述螺旋给料机与炉顶料仓可转动连接。通过对炉体进行合理设计,增大炉体直径,并在炉顶设置炉顶料仓和螺旋给料机,提升了炉内气体物料、固体物料的分布均匀性,提高了高钙镁钛渣氯化反应效率,从而提升了单炉产能。
Description
技术领域
本发明涉及金属冶炼技术领域,尤其涉及一种处理高钙镁钛渣的大产能熔盐氯化装置及生产方法。
背景技术
钛是我国国防、国民经济发展的重要关键战略材料,钛及钛合金、钛白粉广泛应用于航空航天、船舶、化工、冶金等各领域,四氯化钛则是生产钛金属、钛白粉的重要中间原料,近年来,国内海绵钛及氯化法钛白产业发展迅猛,其对TiCl4原料的需求更显突出。生产TiCl4的原料为钛精矿、金红石或钛渣,中国钛资源占世界总量的29%,钛铁矿储量约为7.2亿吨,总量排名世界第一,主要分布在四川攀西地区、河北承德地区、云南富民地区、广东、广西、海南沿海一带。但与国外的优质金红石钛资源(TiO2含量>95%)相比,我国钛资源特点总体呈现出品位低(精矿中TiO2含量在48%-52%)且成分复杂多变、钙镁等杂质含量极高。
目前采用高钙镁钛渣原料生产TiCl4主要采用熔盐氯化法,现有熔盐氯化炉实际四氯化钛产能相对较低,单炉日产量为80~120t/d,熔盐氯化炉的结构、尺寸大小等限制了低品位高钙镁钛渣作为原料制备粗四氯化钛的氯化效率与应用推广范围。因此需要研究一种针对低品位高钙镁钛渣作为原料的熔盐氯化装置,以便提高资源利用率和生产效率。本发明提出了处理高钙镁钛渣的大产能熔盐氯化装置及氯化方法,以克服现有熔盐氯化炉产能过低、氯化效率不高等不足。
发明内容
为克服现有熔盐氯化炉针对低品位高钙镁钛渣产能过低、氯化效率不高等不足,本发明所要解决的技术问题是:提供一种高效的处理高钙镁钛渣的大产能熔盐氯化装置及生产方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
处理高钙镁钛渣的大产能熔盐氯化装置,包括炉体、设置在炉体底部的气体喷管、设置在炉体侧面的石墨电极和废盐排放溜槽以及设置在炉体顶部的烟气出口,在所述炉体的顶部设有伸向炉内的炉顶料仓,所述炉顶料仓的底部出口处设有螺旋给料机,所述螺旋给料机与炉顶料仓可转动连接。
进一步的是,所述炉顶料仓的底部出口包括两个,两个出口的下方对应设置有两个螺旋给料机,两个螺旋给料机具有相同给料行程,可根据生产是据需求进行切换。
进一步的是,所述螺旋给料机的给料方向为从水平面向下倾斜20°,两个给料机的给料行程为1.5m~2m。
进一步的是,所述炉体由下部锥体段和上部直筒段构成,下部锥体段的底部直径尺寸为1.5m~1.6m,锥体段的锥段夹角为36°,直筒段的直径为3.6m~3.8m。
进一步的是,所述炉体底部设置有至少四根气体喷管,且沿炉体四周均匀分布,气体喷管的内部直径不小于90mm。
进一步的是,所述炉体废盐排放溜槽进口位置距炉底的垂直高度应大于4.5m。
进一步的是,所述炉体顶部的烟气出口设置在炉体顶部侧面,烟气出口的管径不小于700mm。
采用上述处理高钙镁钛渣的大产能熔盐氯化装置进行生产的方法,首先将高钙镁钛渣、石油焦以及部分氯化钠盐在炉顶料仓混合后通过螺旋加料机分散加入到炉体内,然后从底部的气体喷管通入气体物料与固体物料在熔池熔盐介质中进行氯化反应,反应过程中通过将四氯化钛泥浆返回熔盐氯化炉内的方式对熔盐熔池进行恒温操作,使得熔盐温度控制在700~800℃之间,生成的氯化物烟气与CO2气体一并形成高温混合烟气经烟气出口进入收尘室和后续冷凝系统进行四氯化钛烟气的冷凝收集,生成的高沸点氯化物经过废盐排放溜槽排出炉体。
进一步的是,所述螺旋给料机的给料速度控制在2.5t/h~4.8t/h。
进一步的是,所述高钙镁钛渣的组分包括:TiO2为73%~78%、FeO为6%~10%、SiO2为2%~5%、MnO为0.5%~2%、V2O5为0.1%~0.5%MgO为5%~7%、CaO为1%~3%。
进一步的是,经废盐排放溜槽排出的炉体废熔盐中,TiO2控制在2%~5%,C含量控制在3%~5%,NaCl控制在26%~38%。
本发明的有益效果是:通过对炉体进行合理设计,增大炉体直径,并在炉顶设置炉顶料仓和螺旋给料机,提升了炉内气体物料、固体物料的分布均匀性,提高了高钙镁钛渣氯化反应效率,从而提升了单炉产能。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图中标记为,1-炉体,2-气体喷管,3-石墨电极,4-废盐排放溜槽,5-烟气出口,6-炉顶料仓,7-螺旋给料机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示,本发明的处理高钙镁钛渣的大产能熔盐氯化装置,包括炉体1、设置在炉体1底部的气体喷管2、设置在炉体1侧面的石墨电极3和废盐排放溜槽4以及设置在炉体1顶部的烟气出口5,在所述炉体1的顶部设有伸向炉内的炉顶料仓6,所述炉顶料仓6的底部出口处设有螺旋给料机7,所述螺旋给料机7与炉顶料仓6可转动连接。
由于现有的熔盐氯化炉一般针对的生产原料都是金红石,物料在加入炉内后能与气体充分反应,一般不需要考虑物料分布的均匀性,也因此熔盐氯化炉的尺寸也都较小,便于生产控制。但针对低品位的高钙镁钛渣时,由于杂质较多,传统的熔盐氯化炉存在反应不充分,单炉产量较低,导致生产效率低下,资源利用率不高等缺陷。而本申请通过增大炉体体积,提高了单炉产量,通过在炉顶设置炉顶料仓6来混合固体物料,并通过螺旋给料机7来保证物料均匀投放,从而提高了固体物料与气体物料的接触面积,最终提高反应效率,提升单炉产能。
由于螺旋给料机7具有一定堵塞的风险,有时也需要进行检修,所以为了保证螺旋给料机7在熔盐氯化炉工作过程中能够连续给料,将所述炉顶料仓6的底部出口设置成两个,两个出口的下方对应设置有两个螺旋给料机7,两个螺旋给料机7具有相同给料行程,并且可控制切换。两个螺旋给料机7其中一个工作,另一个备用,当一个出现问题时可以马上调用另一个。螺旋给料机7的切换与炉顶料仓6的底部出口的切换相对应。
进一步的,为了防止螺旋给料机7堵塞,所述螺旋给料机7的给料方向为从水平面向下倾斜20°;两个螺旋给料机7的给料行程控制在1.5m~2m,使物料沿着炉壁进行投放。
新设计的炉体1由下部锥体段和上部直筒段构成,下部锥体段的底部直径尺寸为1.5m~1.6m,锥体段的锥段夹角为36°直筒段的直径为3.6m~3.8m。上述直径均为内径尺寸,按照该结构尺寸进行设计,可在保证反应效率的同时最大限度增大单炉产量。炉体尺寸增大后,为了保证固体物料与气体物料充分接触,在所述炉体底部设置有至少四根气体喷管2,且沿炉体四周均匀分布,气体喷管2的内部直径不小于90mm。所述炉体1的废盐排放溜槽4进口位置距炉底的垂直高度应大于4.5m,保证排盐的顺利性。为了保证炉子的烟道流速满足粗四氯化钛产量需求,将所述炉体1顶部的烟气出口5设置在炉体顶部侧面,烟气出口的管径不小于700mm。
采用上述处理高钙镁钛渣的大产能熔盐氯化装置进行生产的方法,包括以下步骤,首先将高钙镁钛渣、石油焦以及部分氯化钠盐在炉顶料仓混合后通过螺旋加料机分散加入到炉体内,然后从底部的气体喷管通入气体物料与固体物料在熔池熔盐介质中进行氯化反应,反应过程中通过将四氯化钛泥浆返回熔盐氯化炉内的方式对熔盐熔池进行恒温操作,使得熔盐温度控制在700~800℃之间,生成的氯化物烟气与CO2气体一并形成高温混合烟气经烟气出口进入收尘室和后续冷凝系统进行四氯化钛烟气的冷凝收集,生成的高沸点氯化物经过废盐排放溜槽排出炉体。
为了控制反应效率,所述螺旋给料机的给料速度控制在2.5t/h~4.8t/h。
为了提高反应效率,需对反应的固体原料进行预处理,使原料组分的质量百分比满足:TiO2为73%~78%、FeO为6%~10%、SiO2为2%~5%、MnO为0.5%~2%、V2O5为0.1%~0.5%MgO为5%~7%、CaO为1%~3%。
为了达到充分利用资源的目的,反应过程中经废盐排放溜槽排出的炉体废熔盐中,TiO2控制在2%~5%,C含量控制在3%~5%,NaCl控制在26%~38%。
下面通过实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
采用本发明所涉及的大产能熔盐氯化装置,通过炉顶料仓及加料螺旋向熔盐内进行固体物料输送,通过底部气体喷管输入氯气,其中固体钛渣物料组成为:TiO2-73.88%、FeO-8.59%、SiO2-4.16%、MnO-1.30%、V2O5-0.30%、MgO-5.34%、CaO-1.71%;石油焦中C含量为98%、挥发分为0.56%、灰分为0.5%;入炉氯气的组成为Cl2-84%~88%、CO2-1.66%、N2-7.87%;氯化钠盐中NaCl含量为98.5%,试验条件下钛渣:石油焦:氯化钠:氯气的比例为0.643:0.104:0.157:1,加料控制反应过程的温度为750℃~780℃,过程中通过四氯化钛返炉泥浆对熔盐进行温度的稳定控制,同时通过四氯化钛泥浆对高温烟气进行降温,控制混合烟气温度为380℃~450℃,进一步通过后续配套收尘系统、矿浆喷淋冷凝系统进行四氯化钛烟气的降温与收集,将粗四氯化钛冷凝成液态并储存。实施例1所列条件下连续4天进行氯化,其结果如表1所示:
表1采用TiO2-73.88%高钙镁钛渣进行氯化的结果
实施例1所得,当采用本发明所设计的结构及尺寸对应的熔盐氯化装置,使用钙镁杂质含量较高(MgO-5.34%、CaO-1.71%)、二氧化钛含量低(TiO2-73.88%)的钛原料进行生产,单炉单日所产粗四氯化钛为157.52t/d~172.74t/d;该熔盐氯化装置能够实现高钙镁钛渣大产能生产粗四氯化钛。
实施例2
采用本发明所涉及的大产能熔盐氯化装置,其中固体钛渣物料组成为:TiO2-78.3%、FeO-6.59%、SiO2-3.17%、MnO-1.10%、V2O5-0.21%、MgO-3.34%、CaO-1.78%;石油焦中C含量为98%、挥发分为0.56%、灰分为0.5%;入炉氯气的组成为Cl2-85%~88%、CO2-1.7%、N2-7.9%;氯化钠盐中NaCl含量为98.5%,试验条件下钛渣:石油焦:氯化钠:氯气=1:0.15:0.263:1.55,氯化过程中通过炉顶料仓及加料螺旋向熔盐内进行固体物料输送,通过底部气体喷管输入氯气,加料控制反应过程的温度为760℃~770℃,控制混合烟气温度为360℃~430℃,进一步通过后续配套收尘系统、矿浆喷淋冷凝系统进行四氯化钛烟气的降温与收集,将粗四氯化钛冷凝成液态并储存。实施例2所列条件下连续6天进行氯化,其结果如表2所示:
表2采用TiO2-78.3%高钙镁钛渣进行氯化的结果
实施例2所得,当采用本发明所设计的结构及尺寸对应的熔盐氯化装置,使用钙镁杂质含量相对较高(MgO-3.34%、CaO-1.78%)、二氧化钛含量相对较低(TiO2-78.3%)的钛原料进行氯化,单炉单日所产粗四氯化钛为180.32t/d~199.88t/d;充分表明本发明设计的熔盐氯化装置能够实现高钙镁钛渣大产能生产粗四氯化钛。
Claims (10)
1.处理高钙镁钛渣的大产能熔盐氯化装置,包括炉体(1)、设置在炉体(1)底部的气体喷管(2)、设置在炉体(1)侧面的石墨电极(3)和废盐排放溜槽(4)以及设置在炉体顶部的烟气出口(5),其特征是:在所述炉体(1)的顶部设有伸向炉内的炉顶料仓(6),所述炉顶料仓(6)的底部出口处设有螺旋给料机(7),所述螺旋给料机(7)与炉顶料仓(6)可转动连接。
2.如权利要求1所述的处理高钙镁钛渣的大产能熔盐氯化装置,其特征是:所述炉顶料仓(6)的底部出口包括两个,两个出口的下方对应设置有两个螺旋给料机(7),两个螺旋给料机(7)具有相同给料行程,可互相切换。
3.如权利要求2所述的处理高钙镁钛渣的大产能熔盐氯化装置,其特征是:所述螺旋给料机(7)的给料方向为从水平面向下倾斜20°,两个螺旋给料机(7)的给料行程为1.5m~2m。
4.如权利要求1、2或3所述的处理高钙镁钛渣的大产能熔盐氯化装置,其特征是:所述炉体(1)由下部锥体段和上部直筒段构成,下部锥体段的底部直径尺寸为1.5m~1.6m,锥体段的锥段夹角为36°直筒段的直径为3.6m~3.8m。
5.如权利要求4所述的处理高钙镁钛渣的大产能熔盐氯化装置,其特征是:所述炉体(1)底部设置有至少四根气体喷管(2),且沿炉体四周均匀分布,气体喷管的内部直径不小于90mm。
6.如权利要求4所述的处理高钙镁钛渣的大产能熔盐氯化装置,其特征是:所述炉体(1)的废盐排放溜槽(4)进口位置距炉底的垂直高度应大于4.5m,所述炉体(1)顶部的烟气出口(5)设置在炉体(1)顶部侧面,烟气出口的管径不小于700mm。
7.采用如权利要求1所述的处理高钙镁钛渣的大产能熔盐氯化装置进行生产的方法,其特征是:首先将高钙镁钛渣、石油焦以及部分氯化钠盐在炉顶料仓混合后通过螺旋加料机分散加入到炉体内,然后从底部的气体喷管通入气体物料与固体物料在熔池熔盐介质中进行氯化反应,反应过程中通过将四氯化钛泥浆返回熔盐氯化炉内的方式对熔盐熔池进行恒温操作,使得熔盐温度控制在700~800℃之间,生成的氯化物烟气与CO2气体一并形成高温混合烟气经烟气出口进入收尘室和后续冷凝系统进行四氯化钛烟气的冷凝收集,生成的高沸点氯化物经过废盐排放溜槽排出炉体。
8.如权利要求7所述生产的方法,其特征是:所述螺旋给料机的给料速度控制在2.5t/h~4.8t/h。
9.如权利要求7所述生产的方法,其特征是:所述高钙镁钛渣的组分包括:TiO2为73%~78%、FeO为6%~10%、SiO2为2%~5%、MnO为0.5%~2%、V2O5为0.1%~0.5%
MgO为5%~7%、CaO为1%~3%。
10.如权利要求7所述生产的方法,其特征是:经废盐排放溜槽排出的炉体废熔盐中,TiO2控制在2%~5%,C含量控制在3%~5%,NaCl控制在26%~38%。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20181221 |