CN110592399B - 一种节能型提取金属钛的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种节能型提取金属钛的系统和方法。系统包括原料预干燥窑、预热窑、还原回转窑、冷却回转窑、球磨机、磁选机、还原铁粉干燥窑、坯料预制机、坯料干燥窑、烧结炉、熔盐电解槽、金属钛清洗装置、过滤装置、真空干燥机、余热锅炉、汽轮发电机。本发明将还原回转窑产生的高温烟气直接预热原料，回收了余热，缩短了后续的还原回转窑内原料的升温时间，提高了还原回转窑的产能；回收还原回转窑排放的含有的CO气体的高温烟气和熔盐电解阶段中排放的CO气体用于余热锅炉发电和产蒸汽，降低系统能耗；由于烟气含水量低，利用余热回收后的低温烟气，用于原料预干燥窑、坯料干燥窑、还原铁粉干燥窑的干燥，提高能源利用效率。

Description

一种节能型提取金属钛的系统和方法
技术领域
本发明属于有色金属冶炼领域，具体涉及一种节能型提取金属钛的系统和方法。
背景技术
金属钛是一种性能非常优越的金属，具有比重轻、比强度高、耐腐蚀性能好等优点。现有的金属钛工业化生产方法是Kroll工艺。该工艺在碳存在下氯化TiO2矿石，并使得到的TiCl4与镁反应以生产海绵钛。Kroll工艺复杂，该工艺中的TiCl4的提纯、TiCl4还原和金属钛的高温分离MgCl2提纯是耗时、高能耗的技术。
对制备金属钛方法的研究有很多种，比较有代表性如：英国剑桥大学提出的FFC法、日本的Okabe等提出的PRP工艺、氟钛酸盐还原等。然而，这些方法都存在着目前尚不能克服的技术问题，均为实现工业化。
另外一类电解法制备金属钛使用可溶性阳极制备金属钛。1950年代，美国2722509号专利描述了将TiO和碳制备的阳极熔盐电解在阴极析出金属钛。公告号CN104831318B，用于生产金属的热和电化学方法的中国发明专利公开了以钛氧化物和碳的混合物在1100℃～1300℃条件下反应得到TiO和TiC的的复合物，并作为电解阳极提取金属钛。公告号CN100415940C，一氧化钛/碳化钛可溶性固溶体阳极电解生产纯钛的方法的中国发明专利公开了使用TiO和TiC的复合物原料作为阳极电解制备金属钛。公告号CN103451682B，一种含钛可溶阳极熔盐电解提取金属钛的方法中国发明专利公开了以含钛物料和碳在含氮气氛下反应制备碳氧氮化钛作为熔盐电解阳极。公告号CN102925930B，一种用含钛物料生产金属钛的方法的中国发明专利公开了通过两步法电解含钛物料和碳的复合物的阳极制备金属钛。
现有的熔盐电解法提取金属钛方法的不足之处：
1、阳极材料制备使用真空炉、马弗炉等批处理设备，生产效率低；
2、阳极材料制备排放的含有的CO气体的高温烟气和电解过程中排放的CO气体不回收利用，能耗高；
3、现有的熔盐电解法提取金属钛的多个工艺步骤需要额外的能耗对原料、坯料、还原铁粉的干燥，能耗高。
因此，为了提高熔盐电解制备金属钛粉的生产效率，降低生产能耗，本发明提出一种节能型提取金属钛的系统和方法。
发明内容
本发明目的之一在于解决现有技术的不足，提供一种节能型提取金属钛的系统。
本发明目的之二在于解决现有技术的不足，提供一种节能型提取金属钛的方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：
一种节能型提取金属钛的系统，包括原料预干燥窑、预热窑、还原回转窑、冷却回转窑、球磨机、磁选机、还原铁粉干燥窑、坯料预制机、坯料干燥窑、烧结炉、熔盐电解槽、金属钛清洗装置、过滤装置、真空干燥机、余热锅炉、汽轮发电机，原料预干燥窑的出口与预热窑的顶部入口空间连通；预热窑的底部出口与还原回转窑的窑尾空间连通；还原回转窑的窑头出口与冷却回转窑的窑尾入口空间连通；冷却回转窑的窑头出口依次与球磨机、磁选机、坯料预制机、坯料干燥窑、烧结炉、熔盐电解槽、金属钛清洗装置、过滤装置、真空干燥机连接；还原铁粉干燥窑与磁选机的铁粉出料口空间连通；熔盐电解槽的CO气体出口与预热窑的CO气体入口空间连通；预热窑的烟气出口与余热锅炉烟气入口空间连通；余热锅炉的蒸汽出口与汽轮发电机的蒸汽入口空间连通；余热锅炉烟气出口与原料预干燥窑、冷却回转窑、坯料干燥窑、还原铁粉干燥窑的烟气入口空间连通；冷却回转窑的烟气出口和预热窑的烟气入口空间连通。
优选的，所述还原回转窑窑径为1m～8m，长度为30m～150m，窑内衬采用耐高温材料加工而成。优选地，还原回转窑长度为60～120m。
优选的，所述烧结炉为真空炉、石墨化炉、隧道窑或马弗炉。
一种节能型提取金属钛的方法，基于所述的系统，所述方法包括以下步骤：
步骤S1，原料的预干燥和预热；
将含钛原料和碳还原剂加入原料预干燥窑的窑尾入口，同时将来自余热锅炉的150～300℃的低温烟气引入原料预干燥窑的窑头，原料和低温烟气在原料预干燥窑内逆向流动，将原料预干燥至水分小于5％wt；预干燥后的原料进入预热窑顶部入口，同时，预热窑底部通入来自下游的高温混合烟气，所述高温混合烟气由来自下游的还原回转窑的1100～1600℃的高温还原烟气、冷却回转窑的冷却升温后的600～1300℃的烟气以及来自下游的熔盐电解槽的400～700℃的CO气体中的至少一种，补入空气将烟气中夹带的碳和/或CO燃尽并释放化学热形成，原料与高温混合烟气逆向流动，原料预热至600～1300℃；高温混合烟气出口温度为700～1500℃；
其中，含钛原料为高钛渣、金红石、人造金红石、钛白粉、钛精矿、白钛石和锐钛矿中的任意一种，碳还原剂为煤、石油焦、焦炭和石墨中的任意一种；
步骤S2，含钛原料的还原
预热后的原料进入还原回转窑的窑尾，还原回转窑的窑头喷入燃料煤粉和空气，形成1100℃～1600℃的窑内高温气流；还原回转窑的转动带动原料向窑头缓慢前进，原料一方面受高温气流辐射逐渐升温，另一方面含钛原料中TiO2被碳还原剂还原成碳氧化钛(TiCxOy，0＜x，y＜1)和碳氧氮化钛TiCxOyNz(0＜x，y，z＜1)，并且副产还原铁粉和CO气体，固体物料进入冷却回转窑，出窑料温1000℃～1500℃；反应产生的CO气体随烟气排入预热窑；
步骤S3，固体物料的冷却
1000～1500℃的固体物料进入冷却回转窑窑尾，同时冷却回转窑的窑头引入来自余热锅炉的150～300℃的低温烟气用于冷却固体物料，物料出口温度250～400℃，烟气出口温度700～1200℃；
步骤S4，熔盐电解阳极的烧结成型
冷却后的固体物料与水混合后进入球磨机研磨，物料研磨至粒度100～800目，研磨后的物料进入磁选机，分离出还原铁粉，还原铁粉进入还原铁粉干燥窑得到副产的还原铁粉，其余的碳氧化钛和碳氧氮化钛物料进入坯料预制机压制成型熔盐电解阳极坯料，坯料进入坯料干燥窑内干燥4～12小时，还原铁粉干燥窑和坯料干燥窑使用来自余热锅炉的150～300℃的低温烟气干燥，干燥后的坯料进入烧结炉内烧结，烧结炉内为无氧条件，烧结温度800～1800℃，烧结时间2～12小时；
步骤S5，熔盐电解制备金属钛
烧结成型的阳极在熔盐电解槽内电解，阳极溶解，析出Ti2+、Ti3+和CO气体，阳极杂质以阳极泥的形式排出电解槽，400～700℃的CO气体通入预热窑回收利用，Ti2+和Ti3+在金属阴极析出金属钛，收集的金属钛冷却至150℃以下后进入金属钛清洗装置清洗除去夹带的无机盐，然后进入过滤装置过滤出金属钛，最后进入真空干燥机干燥得到金属钛产品。
优选的，本发明中，还包括余热回收和低温烟气的综合利用，具体为：
还原回转窑内的高温烟气首先进入预热窑加热原料，预热窑排出的700～1500℃烟气进入余热锅炉产蒸汽，蒸汽推动汽轮发电机发电并副产低压蒸汽，余热锅炉排出的150～300℃低温烟气用于原料预干燥窑、坯料干燥窑、还原铁粉干燥窑的干燥，并且用于冷却回转窑内固体物料的冷却和固体物料显热的回收。
优选的，步骤S1中，所述含钛原料的粒度为80～600目，含有30％wt以上TiO2，含水量低于10％wt；碳还原剂的粒度为10～200目，含有70％wt以上的固定碳，含水量低于10％wt。
优选的，步骤S1中，还原回转窑转速为0.2～5r/min，含钛原料和碳还原剂在还原回转窑内停留时间为2～12小时。
优选的，步骤S4中，磁选机分离后的碳氧化钛和碳氧氮化钛物料内加入羧甲基纤维素钠(CMC)、聚丙烯酸(PAA)、磷酸二氢铝、硅溶胶和铝溶胶中的一种或多种的组合，添加比例0.5～15％wt。
优选的，步骤S4中，所述坯料压制成型压力20～200MPa，坯料形状为颗粒状、板状或圆柱体。
优选的，步骤S5中，熔盐电解电流密度为0.05-1.2A/cm2，阴极材料为钛、钛合金、碳钢、不锈钢、铝、铝合金、铬、钼、镁或铜，熔盐包括LiCl、NaCl、KCl、MgCl2、CaCl2中的一种或者多种的组合，熔盐电解的温度范围为400-700℃。
本发明的有益效果是：
1.本发明将还原回转窑产生的高温烟气直接预热原料至600～1300℃，回收了余热，缩短了后续的还原回转窑内原料的升温时间，提高了还原回转窑的产能；
2.回收还原回转窑排放的含有的CO气体的高温烟气和熔盐电解阶段中排放的CO气体用于余热锅炉发电和产蒸汽，降低系统能耗；
3.由于烟气含水量低，利用余热回收后的低温烟气，用于原料预干燥窑、坯料干燥窑、还原铁粉干燥窑的干燥，并且用于冷却回转窑内固体物料的冷却和固体物料显热的回收，提高能源利用效率。
4.使用连续化生产的原料干燥窑、还原回转窑、冷却回转窑，生产效率高。
附图说明
图1是节能型提取金属钛的系统示意图；
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1所示，一种节能型提取金属钛的系统，包括原料预干燥窑、预热窑、还原回转窑、冷却回转窑、球磨机、磁选机、还原铁粉干燥窑、坯料预制机、坯料干燥窑、烧结炉、熔盐电解槽、金属钛清洗装置、过滤装置、真空干燥机、余热锅炉、汽轮发电机，原料预干燥窑的出口与预热窑的顶部入口空间连通，具体空间连通的方式可以在现有技术中做选择，如管路连通，腔室连通，实现物料或介质(包括烟气、蒸汽)在不同设备或者装置之间的流转，下文所述的空间连通同此处；预热窑的底部出口与还原回转窑的窑尾空间连通；还原回转窑的窑头出口与冷却回转窑的窑尾入口空间连通；冷却回转窑的窑头出口依次与球磨机、磁选机、坯料预制机、坯料干燥窑、烧结炉、熔盐电解槽、金属钛清洗装置、过滤装置、真空干燥机连接；还原铁粉干燥窑与磁选机的铁粉出料口空间连通；熔盐电解槽的CO气体出口与预热窑的CO气体入口空间连通；预热窑的烟气出口与余热锅炉烟气入口空间连通；余热锅炉的蒸汽出口与汽轮发电机的蒸汽入口空间连通；余热锅炉烟气出口与原料预干燥窑、冷却回转窑、坯料干燥窑、还原铁粉干燥窑的烟气入口空间连通；冷却回转窑的烟气出口和预热窑的烟气入口空间连通。
本发明中，具体的说，所述还原回转窑窑径为1m～8m，长度为30m～150m，窑内衬采用耐高温材料加工而成，如：镁铝砖、粘土耐火砖、高铝砖、硅砖中的任意一种，。窑径和长度根据实际设计生产能力需要在此范围内做选择，包括窑内衬具体采用的高温材料，都是常规选择。
结合实际生产情况来看，作为一种优选的方案，还原回转窑长度范围为60～120m。在此范围内选择，可以获得一种金属钛加工的更符合生产实际需要的方案。
本发明中，所述烧结炉为真空炉、石墨化炉、隧道窑或马弗炉。
一种节能型提取金属钛的方法，基于所述的系统，所述方法包括以下步骤：
步骤S1，原料的预干燥和预热；
将含钛原料和碳还原剂加入原料预干燥窑的窑尾入口，同时将来自余热锅炉的150～300℃的低温烟气引入原料预干燥窑的窑头，原料和低温烟气在原料预干燥窑内逆向流动，将原料预干燥至水分小于5％wt；预干燥后的原料进入预热窑顶部入口，同时，预热窑底部通入来自下游的高温混合烟气，所述高温混合烟气由来自下游的还原回转窑的1100～1600℃的高温还原烟气、冷却回转窑的冷却升温后的600～1300℃的烟气以及来自下游的熔盐电解槽的400～700℃的CO气体中的至少一种，补入空气将烟气中夹带的碳和/或CO燃尽并释放化学热形成，原料与高温混合烟气逆向流动，原料预热至600～1300℃；高温混合烟气出口温度为700～1500℃；
其中，含钛原料为高钛渣、金红石、人造金红石、钛白粉、钛精矿、白钛石和锐钛矿中的任意一种，碳还原剂为煤、石油焦、焦炭和石墨中的任意一种；
步骤S2，含钛原料的还原
预热后的原料进入还原回转窑的窑尾，还原回转窑的窑头喷入燃料煤粉和空气，形成1100℃～1600℃的窑内高温气流；还原回转窑的转动带动原料向窑头缓慢前进，原料一方面受高温气流辐射逐渐升温，另一方面含钛原料中TiO2被碳还原剂还原成碳氧化钛(TiCxOy，0＜x，y＜1)和碳氧氮化钛TiCxOyNz(0＜x，y，z＜1)，并且副产还原铁粉和CO气体，固体物料进入冷却回转窑，出窑料温1000℃～1500℃；反应产生的CO气体随烟气排入预热窑；
步骤S3，固体物料的冷却
1000～1500℃的固体物料进入冷却回转窑窑尾，同时冷却回转窑的窑头引入来自余热锅炉的150～300℃的低温烟气用于冷却固体物料，物料出口温度250～400℃，烟气出口温度700～1200℃；
步骤S4，熔盐电解阳极的烧结成型
冷却后的固体物料与水混合后进入球磨机研磨，物料研磨至粒度100～800目，研磨后的物料进入磁选机，分离出还原铁粉，还原铁粉进入还原铁粉干燥窑得到副产的还原铁粉，其余的碳氧化钛和碳氧氮化钛物料进入坯料预制机压制成型熔盐电解阳极坯料，坯料进入坯料干燥窑内干燥4～12小时，还原铁粉干燥窑和坯料干燥窑使用来自余热锅炉的150～300℃的低温烟气干燥，干燥后的坯料进入烧结炉内烧结，烧结炉内为无氧条件，烧结温度800～1800℃，烧结时间2～12小时；
步骤S5，熔盐电解制备金属钛
烧结成型的阳极在熔盐电解槽内电解，阳极溶解，析出Ti2+、Ti3+和CO气体，阳极杂质以阳极泥的形式排出电解槽，400～700℃的CO气体通入预热窑回收利用，Ti2+和Ti3+在金属阴极析出金属钛，收集的金属钛冷却至150℃以下后进入金属钛清洗装置清洗除去夹带的无机盐，然后进入过滤装置过滤出金属钛，最后进入真空干燥机干燥得到金属钛产品。
本发明中，还包括余热回收和低温烟气的综合利用，具体为：
还原回转窑内的高温烟气首先进入预热窑加热原料，预热窑排出的700～1500℃烟气进入余热锅炉产蒸汽，蒸汽推动汽轮发电机发电并副产低压蒸汽，余热锅炉排出的150～300℃低温烟气用于原料预干燥窑、坯料干燥窑、还原铁粉干燥窑的干燥，并且用于冷却回转窑内固体物料的冷却和固体物料显热的回收。
更进一步的具体阐述，步骤S1中，所述含钛原料的粒度为80～600目，含有30％wt以上TiO2，含水量低于10％wt；碳还原剂的粒度为10～200目，含有70％wt以上的固定碳，含水量低于10％wt。
本发明中，步骤S1中，还原回转窑转速为0.2～5r/min，含钛原料和碳还原剂在还原回转窑内停留时间为2～12小时。
具体的说，步骤S4中，磁选机分离后的碳氧化钛和碳氧氮化钛物料内加入羧甲基纤维素钠(CMC)、聚丙烯酸(PAA)、磷酸二氢铝、硅溶胶和铝溶胶中的一种或多种的组合，添加比例0.5～15％wt。
本发明中，步骤S4中，所述坯料压制成型压力20～200MPa，坯料形状为颗粒状、板状或圆柱体。
本发明中，步骤S5中，熔盐电解电流密度为0.05-1.2A/cm2，阴极材料为钛、钛合金、碳钢、不锈钢、铝、铝合金、铬、钼、镁或铜，熔盐包括LiCl、NaCl、KCl、MgCl2、CaCl2中的一种或者多种的组合，熔盐电解的温度范围为400-700℃。
以下再通过具体的实施案例，对设备的具体尺寸选型和工艺控制参数进行阐述示例。
实施例1
如图1所示，一种节能型提取金属钛的系统，包括原料预干燥窑、预热窑、还原回转窑、冷却回转窑、球磨机、磁选机、还原铁粉干燥窑、坯料预制机、坯料干燥窑、烧结炉、熔盐电解槽、金属钛清洗装置、过滤装置、真空干燥机、余热锅炉、汽轮发电机，原料预干燥窑的出口与预热窑的顶部入口空间连通，具体空间连通的方式可以在现有技术中做选择，如管路连通，腔室连通，实现物料或介质(包括烟气、蒸汽)在不同设备或者装置之间的流转，下文所述的空间连通同此处；预热窑的底部出口与还原回转窑的窑尾空间连通；还原回转窑的窑头出口与冷却回转窑的窑尾入口空间连通；冷却回转窑的窑头出口依次与球磨机、磁选机、坯料预制机、坯料干燥窑、烧结炉、熔盐电解槽、金属钛清洗装置、过滤装置、真空干燥机连接；还原铁粉干燥窑与磁选机的铁粉出料口空间连通；熔盐电解槽的CO气体出口与预热窑的CO气体入口空间连通；预热窑的烟气出口与余热锅炉烟气入口空间连通；余热锅炉的蒸汽出口与汽轮发电机的蒸汽入口空间连通；余热锅炉烟气出口与原料预干燥窑、冷却回转窑、坯料干燥窑、还原铁粉干燥窑的烟气入口空间连通；冷却回转窑的烟气出口和预热窑的烟气入口空间连通。
实施例1中，所述还原回转窑窑径为5m，长度为80m，窑内衬采用镁铝砖。
基于实施例1所述的系统，节能型提取金属钛的方法方法包括以下步骤：
步骤S1，原料的预干燥和预热
将白钛石和石油焦加入原料预干燥窑的窑尾入口，同时将来自余热锅炉的200℃的低温烟气引入原料预干燥窑的窑头，原料和低温烟气在原料预干燥窑内逆向流动，将原料预干燥至水分小于3％wt；预干燥后的原料进入预热窑顶部入口，同时，预热窑底部通入了来自下游的高温混合烟气，所述高温混合烟气由来自下游的还原回转窑的1300℃的高温还原烟气、来自下游的冷却回转窑的冷却升温后的800℃的烟气和来自下游的熔盐电解槽的550℃的CO气体，混合的烟气内补入空气将烟气中CO和夹带的碳燃尽并释放化学热。原料与高温混合烟气逆向流动，原料预热至850℃；混合烟气出口温度为1050℃；
步骤S2，含钛原料的还原
预热后的原料进入还原回转窑的窑尾，还原回转窑的窑头喷入燃料煤粉和空气，形成1300℃的窑内高温气流；还原回转窑的转动带动原料向窑头缓慢前进，原料一方面受高温气流辐射逐渐升温，另一方面含钛原料中TiO2被碳还原剂还原成碳氧化钛(TiC0.45O0.55)和碳氧氮化钛TiC0.2O0.3N0.5，并且副产还原铁粉和CO气体，固体物料进入冷却回转窑，出窑料温1100℃；反应产生的CO气体随烟气排入预热窑；
步骤S3，固体物料的冷却
1100℃的固体物料进入冷却回转窑窑尾，同时冷却回转窑的窑头引入来自的余热锅炉的200℃的低温烟气用于冷却固体物料，物料出口温度300℃，烟气出口温度800℃；
步骤S4，熔盐电解阳极的烧结成型
冷却后的固体物料与水混合后进入球磨机研磨，物料研磨至粒度400目，研磨后的物料进入磁选机，分离出还原铁粉，还原铁粉进入还原铁粉干燥窑得到副产的还原铁粉，其余的碳氧化钛和碳氧氮化钛物料进入坯料预制机压制成型熔盐电解阳极坯料，坯料进入坯料干燥窑内干燥8小时，还原铁粉干燥窑和坯料干燥窑使用来自余热锅炉的200℃的低温烟气干燥，干燥后的坯料进入烧结炉内烧结，烧结炉内为无氧条件，烧结温度1700℃，烧结时间4小时，所述烧结炉为石墨化炉；
步骤S5，熔盐电解制备金属钛。烧结成型的阳极在熔盐电解槽内电解，阳极溶解，析出Ti2+、Ti3+和CO气体，阳极杂质以阳极泥的形式排出电解槽，450℃的CO气体通入预热窑回收利用，Ti2+和Ti3+在金属阴极析出金属钛，收集的金属钛冷却至150℃以下后进入金属钛清洗装置清洗除去夹带的无机盐，然后进入过滤装置过滤出金属钛，最后进入真空干燥机干燥得到金属钛产品。
实施例1中，还包括余热回收和低温烟气的综合利用，具体为：还原回转窑内的高温烟气首先进入预热窑加热原料，预热窑排出的1050℃烟气进入余热锅炉产蒸汽，蒸汽推动汽轮发电机发电并副产低压蒸汽，余热锅炉排出的200℃低温烟气用于原料预干燥窑、坯料干燥窑、还原铁粉干燥窑的干燥，并且用于冷却回转窑内固体物料的冷却和固体物料显热的回收。
本发明实施例1中，步骤S1中，所述含钛原料白钛石的粒度为400目，含有85％wtTiO2，含水量6％wt；碳还原剂的粒度为100目，含有95％wt的固定碳，含水量低于1％wt，还原回转窑转速为0.5r/min，含钛原料和碳还原剂在还原回转窑内停留时间为4小时；
步骤S4中，磁选机分离后的碳氧化钛和碳氧氮化钛物料内加入羧甲基纤维素钠(CMC)和硅溶胶的组合，添加比例分别为5％wt，所述坯料压制成型压力100MPa，坯料形状为板状；
步骤S5中，熔盐电解电流密度为0.5A/cm2，阴极材料为不锈钢SUS304，熔盐包括LiCl、NaCl、KCl的组合物，熔盐质量比例分别为30％、40％和30％，熔盐电解的温度范围为500℃；
本发明实施例1系统的生产能力为：白钛石用量为2.7t/h，石油焦为1.5t/h，制备得到的金属钛为1.25t/h。得到的金属钛，元素分析结果：Ti：99.30％，C：0.07％，O：0.25％，Fe：0.26％。余热发电每小时回收了2000kWh的电量。
实施例2
含钛原料使用钛精矿，粒度为200目，含有52％wtTiO2，含水量5.5％wt，用量为4.35t/h。
碳还原剂使用高灰熔点无烟煤粉，粒度为200目，含有91％wt的固定碳，含水量低于2％wt，用量为2.25t/h。
烧结炉为真空炉，烧结温度1500℃，步骤S4中，磁选机分离后的碳氧化钛和碳氧氮化钛物料内加入磷酸二氢化铝和硅溶胶的组合，添加比例分别为6％wt。
其余条件与实例1相同。实验结果：制备得到的金属钛为1.2t/h。得到的金属钛，元素分析结果：Ti：99.32％，C：0.06％，O：0.26％，Fe：0.28％。余热发电每小时回收了3000kWh的电量。
实施例3
步骤S1中，还原回转窑窑径为1m，长度为30m，窑内衬高温耐材高铝砖。余热锅炉低温烟气温度为150℃，高温还原烟气温度为1100℃，冷却回转窑的温度为600℃，熔盐电解槽的CO气体温度为400℃，原料预热至600℃，高温混合烟气出口温度为700℃。所述含钛原料使用高钛渣，含82％wt的TiO2，粒度80目，含水量3.5％wt。所述碳还原剂使用石墨，粒度为10目，含有99％wt的固定碳，含水量低于0.6％wt。还原回转窑转速为0.2r/min，停留时间为12h；
步骤S2中，窑内高温气流的温度为1100℃，出窑料温1000℃；含钛原料中TiO2被碳还原剂还原成碳氧化钛(TiC0.5O0.5)和碳氧氮化钛(TiC0.2O0.34N0.46)；
步骤S3中，物料出口温度250℃，烟气出口温度700℃；
步骤S4中，烧结炉为隧道窑，烧结温度800℃，烧结时间12h，磁选机分离后的碳氧化钛和碳氧氮化钛物料内加入聚丙烯酸(PAA)、磷酸二氢铝和铝溶胶的组合，添加比例各为0.25％，成型压力为20Mpa；
步骤S5中，熔盐电流密度为0.05A/cm2，熔盐电解的温度范围为400℃；阴极材料为金属钛，熔盐包括LiCl和MgCl2的组合物，熔盐质量比例分别为60％和40％。
其余条件与实例1相同。本发明实施例3系统的生产能力为：含钛原料用量为200kg/h，碳还原剂用量为320kg/h，制备得到的金属钛为80kg/h。得到的金属钛，元素分析结果：Ti：99.41％。余热发电每小时回收了400kWh的电量。
实施例4
步骤S1中，还原回转窑窑径为8m，长度为150m，窑内衬高温耐材高铝砖。余热锅炉低温烟气温度为300℃，高温还原烟气温度为1600℃，冷却回转窑的温度为1300℃，熔盐电解槽的CO气体温度为700℃，原料预热至1300℃，高温混合烟气出口温度为1500℃。所述含钛原料使用金红石，含95％wtTiO2，粒度600目，含水量2.3％wt。所述碳还原剂使用焦炭，粒度为200目，含有86％wt的固定碳，含水量低于5％wt。还原回转窑转速为5r/min，停留时间为2h：
步骤S2中，窑内高温气流的温度为1600℃，出窑料温1500℃；含钛原料中TiO2被碳还原剂还原成碳氧化钛(TiC0.43O0.57)和碳氧氮化钛(TiC0.3O0.42N0.28)；
步骤S3中，物料出口温度400℃，烟气出口温度1200℃；
步骤S4中，磁选机分离后的碳氧化钛和碳氧氮化钛物料内加入硅溶胶，添加比例为7.5％，成型压力为200Mpa，烧结炉为高温马弗炉，烧结温度1800℃，烧结时间2h，
步骤S5中，熔盐电解电流密度为1.2A/cm2，阴极材料为金属铜，熔盐包括NaCl、KCl、CaCl2的组合物，熔盐质量比例分别为50％、30％和20％，熔盐电解的温度为700℃。
其余条件与实例1相同。本发明实施例的生产能力为：含钛原料用量为6.3t/h，碳还原剂用量为4.1t/h，制备得到的金属钛为3.5t/h。得到的金属钛，元素分析结果：Ti：99.52％，C：0.06％，O：0.20％，Fe：0.21％。余热发电每小时回收了4800kWh的电量。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种节能型提取金属钛的方法，基于节能型提取金属钛的系统，包括原料预干燥窑、预热窑、还原回转窑、冷却回转窑、球磨机、磁选机、还原铁粉干燥窑、坯料预制机、坯料干燥窑、烧结炉、熔盐电解槽、金属钛清洗装置、过滤装置、真空干燥机、余热锅炉、汽轮发电机，原料预干燥窑的出口与预热窑的顶部入口空间连通；预热窑的底部出口与还原回转窑的窑尾空间连通；还原回转窑的窑头出口与冷却回转窑的窑尾入口空间连通；冷却回转窑的窑头出口依次与球磨机、磁选机、坯料预制机、坯料干燥窑、烧结炉、熔盐电解槽、金属钛清洗装置、过滤装置、真空干燥机连接；还原铁粉干燥窑与磁选机的铁粉出料口空间连通；熔盐电解槽的CO气体出口与预热窑的CO气体入口空间连通；预热窑的烟气出口与余热锅炉烟气入口空间连通；余热锅炉的蒸汽出口与汽轮发电机的蒸汽入口空间连通；余热锅炉烟气出口与原料预干燥窑、冷却回转窑、坯料干燥窑、还原铁粉干燥窑的烟气入口空间连通；冷却回转窑的烟气出口和预热窑的烟气入口空间连通，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤S1，原料的预干燥和预热；
将含钛原料和碳还原剂加入原料预干燥窑的窑尾入口，同时将来自余热锅炉的150～300℃的低温烟气引入原料预干燥窑的窑头，原料和低温烟气在原料预干燥窑内逆向流动，将原料预干燥至水分小于5%wt；预干燥后的原料进入预热窑顶部入口，同时，预热窑底部通入来自下游的高温混合烟气，所述高温混合烟气由来自下游的还原回转窑的1100～1600℃的高温还原烟气、冷却回转窑的冷却升温后的600～1300℃的烟气以及来自下游的熔盐电解槽的400～700℃的CO气体中的至少一种，补入空气将烟气中夹带的碳和/或CO燃尽并释放化学热形成，原料与高温混合烟气逆向流动，原料预热至600～1300℃；高温混合烟气出口温度为700～1500℃；
其中，含钛原料为高钛渣、金红石、人造金红石、钛白粉、钛精矿、白钛石和锐钛矿中的任意一种，碳还原剂为煤、石油焦、焦炭和石墨中的任意一种；
步骤S2，含钛原料的还原
预热后的原料进入还原回转窑的窑尾，还原回转窑的窑头喷入燃料煤粉和空气，形成1100℃～1600℃的窑内高温气流；还原回转窑的转动带动原料向窑头缓慢前进，原料一方面受高温气流辐射逐渐升温，另一方面含钛原料中TiO2被碳还原剂还原成碳氧化钛(TiCxOy，0＜x，y＜1)和碳氧氮化钛TiCxOyNz（0＜x，y，z＜1），并且副产还原铁粉和CO气体，固体物料进入冷却回转窑，出窑料温1000℃～1500℃；反应产生的CO气体随烟气排入预热窑；
步骤S3，固体物料的冷却
1000～1500℃的固体物料进入冷却回转窑窑尾，同时冷却回转窑的窑头引入来自余热锅炉的150～300℃的低温烟气用于冷却固体物料，物料出口温度250～400℃，烟气出口温度700～1200℃；
步骤S4，熔盐电解阳极的烧结成型
冷却后的固体物料与水混合后进入球磨机研磨，物料研磨至粒度100～800目，研磨后的物料进入磁选机，分离出还原铁粉，还原铁粉进入还原铁粉干燥窑得到副产的还原铁粉，其余的碳氧化钛和碳氧氮化钛物料进入坯料预制机压制成型熔盐电解阳极坯料，坯料进入坯料干燥窑内干燥4～12小时，还原铁粉干燥窑和坯料干燥窑使用来自余热锅炉的150～300℃的低温烟气干燥，干燥后的坯料进入烧结炉内烧结，烧结炉内为无氧条件，烧结温度800～1800℃，烧结时间2～12小时；
步骤S5，熔盐电解制备金属钛
烧结成型的阳极在熔盐电解槽内电解，阳极溶解，析出Ti2+、Ti3+和CO气体，阳极杂质以阳极泥的形式排出电解槽，400～700℃的CO气体通入预热窑回收利用，Ti2+和Ti3+在金属阴极析出金属钛，收集的金属钛冷却至150℃以下后进入金属钛清洗装置清洗除去夹带的无机盐，然后进入过滤装置过滤出金属钛，最后进入真空干燥机干燥得到金属钛产品，熔盐电解电流密度为0.05-1.2A/cm2，阴极材料为钛、钛合金、碳钢、不锈钢、铝、铝合金、铬、钼、镁或铜，熔盐包括LiCl、NaCl、KCl、MgCl2、CaCl2中的一种或者多种的组合，熔盐电解的温度范围为400-700℃。
2.根据权利要求1所述一种节能型提取金属钛的方法，其特征在于，所述还原回转窑窑径为1m～8m，长度为30m～150m，窑内衬采用耐高温材料加工而成。
3.根据权利要求2所述一种节能型提取金属钛的方法，其特征在于，所述还原回转窑长度为60～120m。
4.根据权利要求1所述一种节能型提取金属钛的方法，其特征在于，所述烧结炉为真空炉、石墨化炉、隧道窑或马弗炉。
5.根据权利要求1所述节能型提取金属钛的方法，其特征在于，步骤S1中，所述含钛原料的粒度为80～600目，含有30%wt以上TiO2，含水量低于10%wt；碳还原剂的粒度为10～200目，含有70%wt以上的固定碳，含水量低于10%wt。
6.根据权利要求1所述节能型提取金属钛的方法，其特征在于，步骤S1中，还原回转窑转速为0.2～5r/min，含钛原料和碳还原剂在还原回转窑内停留时间为2～12小时。
7.根据权利要求1所述节能型提取金属钛的方法，其特征在于，步骤S4中，磁选机分离后的碳氧化钛和碳氧氮化钛物料内加入羧甲基纤维素钠(CMC)、聚丙烯酸(PAA)、磷酸二氢铝、硅溶胶和铝溶胶中的一种或多种的组合，添加比例0.5～15%wt。
8.根据权利要求1所述节能型提取金属钛的方法，其特征在于，步骤S4中，所述坯料压制成型压力20～200MPa，坯料形状为颗粒状、板状或圆柱体。
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