CN112645289A - 一种金属氧化物的制备装置和制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种金属氧化物的制备装置及其制备方法，包括助燃风机、热风炉、燃气管道、反应炉、喷淋装置和废气风机，所述助燃风机与所述热风炉连通，用于向所述热风炉提供空气，所述燃气管道与所述热风炉连通，所述热风炉用于供燃气燃烧，所述热风炉还与所述反应炉连通，所述喷淋装置用于向所述反应炉内喷洒金属氯化物溶液，所述废气风机用于将所述反应炉内的气体从所述反应炉内引出。本发明中的金属氧化物的制备装置采用来自热风炉的热风对金属氯化物溶液进行加热，相较于明火烧嘴加热，热风的温度均匀性较高，因此容易获得高品质的金属氧化物。
Description
技术领域
本发明涉及金属氧化物制备技术领域，特别涉及一种金属氧化物的制备装置和制备方法。
背景技术
盐酸在工业生产过程中发挥着极为重要的作用，在钢铁企业冷轧、硅钢酸洗机组、钢管厂酸洗车间都需要利用盐酸进行工业生产。但是，在工业生产过程中会产生大量盐酸废液。这些盐酸废液的主要成分是金属氯化物溶液，这些废液含有大量腐蚀性的氯离子，同时还含有大量有价值的金属离子，为了将这些废液变废为宝，资源化综合利用，一般的做法就是利用喷雾焙烧法或流化床法，将这些废液进行高温焙烧处理。喷雾焙烧法或流化床法的工作原理如下：
MeClx+H2O+O2＝MeyOz+HCl
Me-Metal，泛指金属元素，如Mg、Al、Fe、Ti、Ni、Co、Mn等。
盐酸废液再生是将各类工业生产过程中产生的具有腐蚀性的含金属氯化物的盐酸废液通过喷雾焙烧法进行高温水解反应，生产出一定浓度的盐酸，再次供生产工艺使用，同时回收金属氧化物，从而实现废酸资源化再生利用和保护环境的目的。喷雾焙烧法广泛应用于钢铁、湿法冶金及有色资源回收等行业。
但是喷雾焙烧法是利用带有明火烧嘴的焙烧炉对喷淋的金属氯化物直接加热处理的方法，而这种方法无法满足有些行业的需求，如：有色金属行业和煤化工行业，尤其对化学反应温度要求严格的一些工艺条件。传统喷雾焙烧法会在焙烧炉的燃烧区产生很高的温度，导致局部温度过高，会将水解反应生产的金属氧化物过烧，影响产生出来的金属氧化物的品质。
尤其是在氧化铝加工行业，通过焙烧炉对氯化铝溶液进行高温加热并产生化学热水解反应，其目的是生成附加值更高的γ形态的氧化铝。如果采用传统的焙烧炉明火烧嘴直接加热的方式(出口温度高达1000-1200℃)，则会由于烧嘴火道出口处温度过高，导致产生的大量α形态的氧化铝，其附加值非常低。
在生产高品质氧化铁红时，通过控制焙烧炉内部的温度，对氯化铁溶液进行高温加热并产生化学热水解反应，该反应在精准控制温度条件下，才能够生成外观鲜红的高品质的氧化铁粉，温度过高或过低都会导致生成的氧化铁粉颜色发黑。
此外，氯化钴溶液采用本热水解反应可以生产氧化钴，但是该反应会在不同温度下产生四氧化三钴或者三氧化二钴。
因此，需要研发一种新的金属氧化物的制备装置和制备方法，以使金属氯化物溶液在进行高温加热并产生化学热水解反应时的温度均匀，从而产生高品质的金属氧化物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属氧化物的制备装置和制备方法，以现有的金属氯化物溶液在进行高温加热并产生化学热水解反应时的温度不均匀，从而不能产生高品质的金属氧化物的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种金属氧化物的制备装置，包括助燃风机、热风炉、燃气管道、反应炉、喷淋装置和废气风机，所述助燃风机与所述热风炉连通，用于向所述热风炉提供空气，所述燃气管道与所述热风炉连通，所述热风炉用于供燃气燃烧，所述热风炉还与所述反应炉连通，所述喷淋装置用于向所述反应炉内喷洒金属氯化物溶液，所述废气风机用于将所述反应炉内的气体从所述反应炉内引出。
可选的，所述反应炉包括至少一层进风口，每层进风口包括至少一个进风口，所述进风口从上至下分层设置在所述反应炉上，且所述反应炉通过所述进风口与所述热风炉连通。
可选的，还包括输送管道，所述输送管道的一端与所述热风炉连通，所述输送管道的另一端与所述反应炉的进风口连通，所述输送管道与所述反应炉相切设置。
可选的，所述输送管道在所述反应炉的周向上均匀分布。
可选的，所述热风炉包括烧嘴、壳体、第一内衬和热风出口，所述壳体具有一内腔，所述第一内衬设置在所述壳体的内壁上，所述烧嘴设置在所述壳体的内腔内，所述热风出口设置在所述壳体上，且与所述壳体的内腔连通，所述热风出口与所述输送管道的一端连通，所述金属氧化物的制备装置还包括助燃管道，所述助燃管道的一端与所述助燃风机连通，所述助燃管道的另一端与所述热风炉的所述烧嘴连通，所述燃气管道的一端与所述燃气源连通，所述燃气管道的另一端与所述烧嘴连通。
可选的，所述反应炉包括炉体和第二内衬，所述炉体具有一内腔，所述进风口与所述炉体的内腔连通，所述第二内衬设置在所述炉体的内壁上。
可选的，还包括供料泵，所述供料泵用于将金属氯化物溶液泵送至所述喷淋装置。
可选的，还包括烟气处理装置和烟气管道，所述烟气处理装置设置在所述烟气管道上，所述烟气管道的一端与所述反应炉连通，所述烟气管道的另一端与所述废气风机连通，所述烟气处理装置用于生成再生盐酸。
可选的，还包括旋风分离器，所述旋风分离器设置在所述烟气管道上，位于所述烟气处理装置与所述反应炉之间，用于对所述反应炉内的废气进行除尘处理。
本发明还提供一种金属氧化物的制备方法，包括：通过助燃风机向热风炉提供空气，向热风炉内提供燃气，在热风炉内燃烧燃气以形成热风，通过助燃风机和废气风机将热风炉内的热风引入反应炉内，通过喷淋装置向反应炉内喷洒金属氯化物溶液，通过废气风机将反应炉内的废气从所述反应炉内引出。
本发明提供的一种金属氧化物的制备装置和制备方法，具有以下有益效果：
由于所述助燃风机与所述热风炉连通，用于向所述热风炉提供空气，所述燃气管道与所述热风炉连通，所述热风炉用于供燃气燃烧，因此可通过所述热风炉燃烧燃气并产生热风。由于所述热风炉还与所述反应炉连通，且废气风机用于将反应炉内的气体从所述反应炉内引出，因此热风炉内的热风可不断的进入反应炉中。由于所述喷淋装置用于向所述反应炉内喷洒金属氯化物溶液，因此，所述反应炉内的热风可对喷淋装置喷洒的金属氯化物溶液进行加热，从而使金属氯化物溶液加热后产生化学热水解反应生成金属氧化物和氯化氢气体。由于在反应炉内是采用来自热风炉的热风对金属氯化物溶液进行加热，相较于明火烧嘴加热，热风的温度均匀性较高，因此容易获得高品质的金属氧化物。此外，废气风机用于将反应炉内的废气从所述反应炉内引出，因此还可获得再生酸。
附图说明
图1是本发明实施例中金属氧化物的制备装置的示意图；
图2是本发明实施例中反应炉的俯视图。
附图标记说明：
101-助燃风机；102-热风炉；103-燃气管道；104-反应炉；105-进风口；106-喷淋装置；107-废气风机；108-输送管道；109-助燃管道；110-供料泵；111-烟气处理装置；112-烟气管道；113-旋风分离器；114-下料装置。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种金属氧化物的制备装置和制备方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明提供一种金属氧化物的制备装置。参考图1，图1是本发明实施例中金属氧化物的制备装置的示意图，所述金属氧化物的制备装置包括助燃风机101、热风炉102、燃气管道103、反应炉104、喷淋装置106和废气风机107。所述助燃风机101与所述热风炉102连通，用于向所述热风炉102提供空气，所述燃气管道103与所述热风炉102连通，所述热风炉102用于供燃气燃烧，所述热风炉102还与所述反应炉104连通，所述喷淋装置106用于向所述反应炉104内喷洒金属氯化物溶液，所述废气风机107用于将反应炉104内的气体从所述反应炉104内引出。
由于所述助燃风机101与所述热风炉102连通，用于向所述热风炉102提供空气，所述燃气管道103与所述热风炉102连通，所述热风炉102用于供燃气燃烧，因此可通过所述热风炉102燃烧燃气并产生热风。由于所述热风炉102还与所述反应炉104连通，且废气风机107用于将反应炉104内的气体从所述反应炉104内引出，因此热风炉102内的热风可不断的进入反应炉104中。由于所述喷淋装置106用于向所述反应炉104内喷洒金属氯化物溶液，因此，所述反应炉104内的热风可对喷淋装置106喷洒的金属氯化物溶液进行加热，从而使金属氯化物溶液加热后产生化学热水解反应生成金属氧化物和氯化氢气体。由于在反应炉104内是采用来自热风炉102的热风对金属氯化物溶液进行加热，相较于明火烧嘴加热，热风的温度均匀性较高，因此容易获得高品质的金属氧化物。此外，废气风机107用于将反应炉104内的废气从所述反应炉104内引出，还可获得再生酸。
所述反应炉104包括至少一层进风口105，每层进风口105包括至少一个进风口105，所述进风口105从上至下分层设置在所述反应炉104上，且所述反应炉104通过所述进风口105与所述热风炉102连通。如此可使反应炉104的内腔分为与所述进风口105相对应的多层式结构，如此，可使反应炉104的内腔内每层的热风的温度相等，如此可提高反应炉104内热风的温度的均匀性，从而利于获得高品质的金属氧化物。此外，相较于仅包括一层进风口105的金属氧化物的制备装置而言，热风可从反应炉104的不同高度的进风口进入反应炉104内，从而可根据不同的金属氯化物溶液的化学反应特点，选择热风进入炉104内的高度和温度，对于反应速率较慢的金属氯化物溶液，可增加热风与金属氯化物溶液接触时间，从而延长金属氯化物溶液的反应时间，从而可使金属氯化物溶液充分反应，达到完全反应的目的。并且，通过控制进风口105开启的层数和每层开启的进风口105的数量可调节进入反应炉104的热风的量，从而调节反应炉104内的温度。例如，在将氯化铁溶液喷洒至反应炉104后，仅需要开启一层进风口105即可。
例如，本实施例中，如图1所示，所述反应炉104有三层进风口105，每层仅有一个进风口105，对应的所述反应炉104的内腔也可对应分为三层。
优选的，参考图2，图2是本发明实施例中反应炉104的俯视图，所述金属氧化物的制备装置还包括输送管道108，所述输送管道108的一端与所述热风炉102连通，所述输送管道108的另一端与所述反应炉104的进风口105连通，所述输送管道108与所述反应炉104相切设置。如此，热风炉102内的热风可沿着切向进入到反应炉104内部，从而可达到反应炉104内的热风温度均匀分布的目的。
进一步的，参考图2，所述输送管道108在所述反应炉104的周向上均匀分布，如此可进一步使反应炉104内的热风温度均匀。例如，所述进风口105的数量为3个，则3个所述进风口105之间的夹角呈120°设置。
所述热风炉102包括烧嘴、壳体、第一内衬和热风出口，所述壳体具有一内腔，所述第一内衬设置在所述壳体的内壁上，所述烧嘴设置在所述壳体的内腔内，所述热风出口设置在所述壳体上，且与所述壳体的内腔连通，所述热风出口与所述输送管道108的一端连通，所述金属氧化物的制备装置还包括助燃管道109，所述助燃管道109的一端与所述助燃风机101连通，所述助燃管道109的另一端与所述热风炉102的烧嘴连通，所述燃气管道103的一端与所述燃气源连通，所述燃气管道103的另一端与所述烧嘴连通。如此，可通过所述助燃风机101将空气通过助燃管道109引入至壳体的内腔内的烧嘴处，通过燃气管道103将燃气进入烧嘴处，点火后燃气在烧嘴处燃烧，热量聚集在热风炉102内，热风炉102出来的热风由输送管道108输送至反应炉104内。
通过设置第一内衬可减少热风炉102的热量消耗，同时避免温度过高，烫伤操作人员。
所述第一内衬采用耐高温材料制作。
所述反应炉104包括炉体和第二内衬，所述炉体具有一内腔，所述进风口105与所述炉体的内腔连通，所述第二内衬设置在所述炉体的内壁上。通过设置第二内衬可减少及反应炉104的热量消耗，同时避免温度过高，烫伤操作人员。所述炉体可以采用碳钢，所述第二内衬为衬砖，所述内衬也可采用耐腐蚀金属材质。如图1所示，所述反应炉104上下为锥体形式，中间炉体为圆柱体形状。
所述喷淋装置106设置在所述反应炉104的顶部。
具体的，所述喷淋装置106包括喷枪、喷嘴、过滤器、酸枪提升装置。所述喷嘴设置在所述喷枪的端部，所述过滤器设置在所述喷枪的内部，用于对所述喷枪内的金属氯化物溶液进行过滤，所述酸枪提升装置用于控制所述喷枪喷洒金属氯化物溶液。
所述金属氧化物的制备装置还包括供料泵110，所述供料泵110用于将金属氯化物溶液泵送至喷淋装置106。
所述金属氧化物的制备装置还包括烟气处理装置111和烟气管道112，所述烟气处理装置111设置在所述烟气管道112上，所述烟气管道112的一端与所述反应炉104连通，所述烟气管道112的另一端与所述废气风机107连通。所述烟气处理装置111用于再生盐酸，并且再生的盐酸可循环使用。同时烟气处理装置111还可以对从反应炉104内引入烟气管道112的气体进行烟气净化处理，达标后排放。烟气处理装置111与现有盐酸再生后续工艺类似，主要包括：文丘里预浓缩器、吸收塔、文丘里洗涤塔、洗涤塔等设备。
所述金属氧化物的制备装置还包括旋风分离器113，所述旋风分离器113设置在所述烟气管道112上，位于所述烟气处理装置111与所述反应炉104之间，用于对所述反应炉104内的废气进行除尘处理。旋风分离器113可为双旋风除尘器也可以为单旋风除尘器，可根据金属氧化物的颗粒、比重等选择除尘器类型。部分金属氧化物颗粒在离心力的作用下会被分离至旋风分离器113的底部，返回至反应炉104内。经旋风分离器113除尘后的烟气进入至烟气处理装置111中。
废气风机107与反应炉104的负压连锁控制，整个系统是在微负压的工况下工作，避免反应炉104内的酸性气体冒出金属氧化物的制备装置之外。
所述金属氧化物的制备装置还包括下料装置114。所述下料装置114设置在所述反应炉104的底部，用于供氧化物排出。
具体的，下料装置114包括：破碎机、旋转阀和抽送风机。破碎机目的是破碎大的块状氧化物；旋转阀有着很好的密闭性，可以做到反应炉104内外的气体不相通，避免炉内的气体带出炉外。
本实施例中，所述金属氧化物的制备装置的工作过程如下：
首先，开启烟气处理系统和废气风机107，整个系统保持微负压状态。
其次，开启助燃风机101，打开燃气管道103的阀门，点燃热风炉102的烧嘴，开始升温，以对反应炉104进行加热。
然后，当反应炉104内温度达到一定状态，将金属氯化物溶液(或者浓缩后的金属氯化物溶液)通过供料泵110输送至反应炉104顶部的喷淋装置106，喷淋装置106将一定流量的金属氯化物溶液以一定的压力喷入反应炉104中。
其次，根据金属氯化物溶液的性质，选择性地开启一排进风口105，或者2-3排进风口105。
然后，经过化学热水解反应后，生产的金属氧化物掉落至反应炉104底部，通过氧化物下料装置114排出反应炉104外；生产的氯化氢气体经过后续的烟气处理系统生产再生酸供前工序继续使用，且对烟气中残余的污染物进行净化处理。
其中，化学热水解反应为：
MeClx+H2O+O2＝MeyOz+HCl
不同的金属氯化物发生化学热水解反应的条件会略有不同，可根据具体情况调整运行参数。如：MgCl2溶液所需要的温度在800℃左右；FeCl2溶液所需要的温度在600℃左右；FeCl3溶液所需要的温度在250℃左右；AlCl3溶液所需要的温度在180-300℃。
本实施例还提供一种金属氧化物的制备方法。所述方法包括：
通过助燃风机101向热风炉102提供空气，
向热风炉102内提供燃气，
在热风炉102内燃烧燃气以形成热风，
通过助燃风机101和废气风机107将热风炉102内的热风引入反应炉104内，
通过喷淋装置106向反应炉104内喷洒金属氯化物溶液，
通过废气风机107将反应炉104内的废气从所述反应炉104内引出。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (10)
1.一种金属氧化物的制备装置，其特征在于，包括助燃风机、热风炉、燃气管道、反应炉、喷淋装置和废气风机，所述助燃风机与所述热风炉连通，用于向所述热风炉提供空气，所述燃气管道与所述热风炉连通，所述热风炉用于供燃气燃烧，所述热风炉还与所述反应炉连通，所述喷淋装置用于向所述反应炉内喷洒金属氯化物溶液，所述废气风机用于将所述反应炉内的气体从所述反应炉内引出。
2.如权利要求1所述的金属氧化物的制备装置，其特征在于，所述反应炉包括至少一层进风口，每层进风口包括至少一个进风口，所述进风口从上至下分层设置在所述反应炉上，且所述反应炉通过所述进风口与所述热风炉连通。
3.如权利要求2所述的金属氧化物的制备装置，其特征在于，还包括输送管道，所述输送管道的一端与所述热风炉连通，所述输送管道的另一端与所述反应炉的进风口连通，所述输送管道与所述反应炉相切设置。
4.如权利要求3所述的金属氧化物的制备装置，其特征在于，所述输送管道在所述反应炉的周向上均匀分布。
5.如权利要求3或4任一项所述的金属氧化物的制备装置，其特征在于，所述热风炉包括烧嘴、壳体、第一内衬和热风出口，所述壳体具有一内腔，所述第一内衬设置在所述壳体的内壁上，所述烧嘴设置在所述壳体的内腔内，所述热风出口设置在所述壳体上，且与所述壳体的内腔连通，所述热风出口与所述输送管道的一端连通，所述金属氧化物的制备装置还包括助燃管道，所述助燃管道的一端与所述助燃风机连通，所述助燃管道的另一端与所述热风炉的所述烧嘴连通，所述燃气管道的一端与所述燃气源连通，所述燃气管道的另一端与所述烧嘴连通。
6.如权利要求2所述的金属氧化物的制备装置，其特征在于，所述反应炉包括炉体和第二内衬，所述炉体具有一内腔，所述进风口与所述炉体的内腔连通，所述第二内衬设置在所述炉体的内壁上。
7.如权利要求1所述的金属氧化物的制备装置，其特征在于，还包括供料泵，所述供料泵用于将金属氯化物溶液泵送至所述喷淋装置。
8.如权利要求1所述的金属氧化物的制备装置，其特征在于，还包括烟气处理装置和烟气管道，所述烟气处理装置设置在所述烟气管道上，所述烟气管道的一端与所述反应炉连通，所述烟气管道的另一端与所述废气风机连通，所述烟气处理装置用于生成再生盐酸。
9.如权利要求8所述的金属氧化物的制备装置，其特征在于，还包括旋风分离器，所述旋风分离器设置在所述烟气管道上，位于所述烟气处理装置与所述反应炉之间，用于对所述反应炉内的废气进行除尘处理。
10.一种金属氧化物的制备方法，其特征在于，包括：
通过助燃风机向热风炉提供空气，
向热风炉内提供燃气，
在热风炉内燃烧燃气以形成热风，
通过助燃风机和废气风机将热风炉内的热风引入反应炉内，
通过喷淋装置向反应炉内喷洒金属氯化物溶液，
通过废气风机将反应炉内的废气从所述反应炉内引出。
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