CN116022832A - 由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置及方法。包括：分解装置、收尘装置、制酸装置和燃烧装置，分解装置设置有含氮烟尘排出口；收尘装置设置有烟尘入口、含氮烟气排出口和粉尘出口，烟尘入口与含氮烟尘排出口通过烟尘输送管路连通；制酸装置设置有含氮烟气入口和循环气出口，含氮烟气入口与含氮烟气排出口通过含氮烟气输送管路连通，循环气出口与燃料气入口通过循环气输送管路连通；燃烧装置设置有燃料入口、助燃气入口和燃料气出口，助燃气入口与循环气出口通过循环气输送管路连通，且燃料气出口与燃料气入口通过燃烧气输送管路连通。可以很好地解决烟气腐蚀设备和输送管路材料选择受限的问题，降低投资和碳回收成本。

Description

由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置

技术领域

本发明涉及红土镍矿的冶炼领域，具体而言，涉及一种由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置。

背景技术

湿法冶炼技术是处理红土镍矿的主流工艺之一，其通常采用无机酸酸对矿物进行浸出，使金属离子进入酸性溶液中，再利用碱性中和剂对酸性溶液进行中和沉淀，分别得到铁精粉、MHP(氢氧化镍钴锰沉淀)等产品，最后MHP可以再经过酸性浸出、中和沉淀、萃取、结晶等操作进一步地深入加工。当使用氧化镁作为中和剂时，镁元素会进入溶液中替换出其中的有价金属，同时红土镍矿中本身含有的较高比例的镁元素也会在浸出时进入溶液中，因此冶炼过程会产生大量的含镁盐溶液。可见，浸出过程需要消耗大量的无机酸，中和沉淀过程又需要消耗大量的氧化镁，导致酸碱辅料的消耗较大，酸碱辅料成本较高，而产出的含镁盐溶液主要是通过蒸发结晶产出镁盐等副产品出售，经济价值不高。

通过镁盐的分解可以实现硝酸和氧化镁的回收再利用，大幅降低酸碱辅料的成本，同时也减少低品质盐类副产物的产量，减少废水和固体废物的产生量，提高经济效益和环境效益。但是现有硝酸镁分解技术的工艺理念还停留在被动处理含CO₂尾气的阶段，其尾气中的CO₂浓度较低，使CO₂的回收难度较大，回收成本较高。

现有文献(CN112744792A)提供了一种分解硝酸盐制备金属氧化物粉体及硝酸的方法，该方法将硝酸盐溶液加入到热解炉内分解生成高温尘气，尘气通过高温收尘器进行气固分离得到金属氧化物粉体和高温烟气，高温烟气通过热风机一部分送去硝酸制备装置，一部分与富氧空气混合后作为助燃气体，助燃气体与燃料混合燃烧得到高温烟气，送回热解炉内使用。该技术通过直接燃烧加热的方式提高了热量利用效率，但存在如下问题：(1)其将含高浓度NO_X的收尘后烟气与燃料直接混合后燃烧，导致在燃烧的高温下，NO_X与燃料中的CH₄、CO或H₂等成分发生不利副反应生成N₂、NO等，影响烟气成分的稳定，影响硝酸制备系统的稳定操作，一定程度降低了硝酸产量。并且NO为毒性气体，其浓度的增加导致系统安全风险增大。(2)其采用收尘后烟气进行循环，且循环风机后的设备和管道在正压下运行，存在烟气泄漏的风险很大，而该烟气含有较高浓度的NO_X酸性有毒气体，同时含有大量H₂O，当出现泄漏时，酸性气体冷凝会腐蚀设备，有毒的NO_X气体扩散则会危害周围环境与人员。(3)其采用收尘后烟气进行循环，该烟气含有较高浓度的NO_X和H₂O，烟气温度通常约300～350℃以确保酸性气体不发生冷凝。这种高温、高酸、高湿的烟气使循环风机、换热器、燃烧器等设备及相关管道的材料选择比较困难，材料成本较高。(4)其采用富氧燃烧，一定程度提高了CO₂的浓度，并且也考虑了CO₂的回收，但是其采用含NO_X的收尘后烟气进行循环和浓度控制，使CO₂得不到有效富集，因此其二氧化碳的回收难度较大，回收成本较高。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置，以解决采用现有方法由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物时存在循环烟气含有高温、高湿度、高浓度NO_x酸性气体而导致设备和传输管道腐蚀严重、有毒气体泄漏风险高及尾气中碳回收成本高等问题。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置，由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置包括：分解装置、收尘装置、制酸装置和燃烧装置，分解装置设置有硝酸盐溶液入口、燃料气入口和含氮烟尘排出口；收尘装置设置有烟尘入口、含氮烟气排出口和粉尘出口，烟尘入口与含氮烟尘排出口通过烟尘输送管路连通；制酸装置设置有含氮烟气入口、硝酸排出口和循环气出口，含氮烟气入口与含氮烟气排出口通过含氮烟气输送管路连通，循环气出口与燃料气入口通过循环气输送管路连通；燃烧装置设置有燃料入口、助燃气入口和燃料气出口，助燃气入口与循环气出口通过循环气输送管路连通，且燃料气出口与燃料气入口通过燃烧气输送管路连通。

进一步地，由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置还包括：一级预热装置和二级预热装置，一级预热装置设置有一级待预热原料入口、一级预热原料排出口和热介质入口，一级预热装置用于对硝酸盐溶液进行预热；二级预热装置设置在循环气输送管路上，二级预热装置设置有二级待预热原料入口和二级预热原料排出口，二级待预热原料入口与一级预热原料排出口相连通，二级预热原料排出口与硝酸盐溶液入口通过二级预热原料输送管路相连通。

进一步地，由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置还包括：至少一个浓缩装置，浓缩装置设置在二级预热原料输送管路上。

进一步地，浓缩装置还设置有第一蒸汽出口，第一蒸汽出口与热介质入口相连通。

进一步地，由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置还包括混合装置，混合装置设置在循环气输送管路上，且混合装置设置有氧气入口。

进一步地，由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置还包括布气装置和雾化装置，布气装置设置在燃烧气输送管路上，雾化装置设置在硝酸盐溶液入口。

进一步地，浓缩装置还设置有热源入口，由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置还包括余热回收装置，余热回收装置设置在烟尘输送管路上，且余热回收装置设置有第二蒸汽出口，第二蒸汽出口与热源入口相连通。

进一步地，分解装置设置有固体物料排出口和返料口，固体物料排出口和返料口通过返料输送管路连通，由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置还包括回料装置，回料装置设置在返料输送管路上。

进一步地，由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置还包括粉体收集装置，粉体收集装置还包括收尘口，收尘口分别与回料装置，余热回收装置及收尘装置连通，用于回收回料装置、余热回收装置及收尘装置排出的烟尘。

进一步地，由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置还包括：尾气洗涤装置和二氧化碳收集装置，尾气洗涤装置设置有尾气入口和净化气排出口，尾气入口和循环气出口通过尾气输送管路连通设置；二氧化碳收集装置设置在尾气输送管路上。

本申请的第二方面还提供了一种由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的方法，由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的方法包括：将硝酸盐溶液和燃料气进行分解反应，得到含氮烟尘和金属氧化物；对含氮烟尘进行收尘处理，得到含氮烟气和第一粉尘；将含氮烟气与水混合制得硝酸和烟气；使至少部分烟气与燃料进行燃烧，得到燃料气。

进一步地，由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的方法还包括：对硝酸盐溶液进行第一次预热，得到一级预热原料；将一级预热原料与烟气进行换热，使一级预热原料进行第二次换热；优选地，经过第一次预热将硝酸盐溶液升温至90～99℃，然后经第二次预热后将硝酸盐溶液升温至110～120℃，烟气的温度降至150～250℃。

进一步地，由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的方法还包括：对经过第二次换热的硝酸盐溶液进行浓缩，得到硝酸盐浓缩液；及将硝酸盐浓缩液进行分解反应。

进一步地，浓缩过程的产物包括第一蒸汽，由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的方法还包括：将第一蒸汽作为第一次预热过程的热源。

进一步地，由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的方法还包括：将燃料气经过布气装置后进行分解反应。

进一步地，由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的方法还包括：对含氮烟尘中的热量进行余热回收；优选地，余热回收过程的产物还包括第二蒸汽，将第二蒸汽作为浓缩过程的热源。

进一步地，由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的方法还包括：将分解反应过程中未反应完全的物料作为反应原料再次进行分解反应。

进一步地，由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的方法还包括：回收至少部分烟气中的二氧化化碳，得到尾气；对尾气进行洗涤后放空。

应用本发明的技术方案，在分解装置内，硝酸镁脱水并分解产生含有氧化镁粉体和热解烟气的烟尘。上述烟尘经收尘装置收尘后，排出含氮烟气。将含氮烟气输送至制酸装置，含氮化合物被吸收后制成硝酸，剩余的不含氮氧化合物等酸性化合物的烟气排出制酸装置。上述烟气中含有大量的二氧化碳和氧气，将作为循环气经循环气输送管路输送至助燃气入口后进入燃烧装置中进行燃烧。采用上述装置能够去除烟气中的含氮化合物等酸性气体，从而很好地解决烟气腐蚀设备和输送管路材料选择受限的问题，降低投资成本。同时从制酸装置中排出的烟气循环至燃烧装置中可以与燃料直接混合燃烧，不会发生不利副反应，因而不影响硝酸盐分解后的烟气成分，能够大幅提高系统的操作稳定性和安全性。采用上述装置可以实现尾气中CO₂浓度的提高，有利于降低碳回收成本。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本申请提供的一种优选的由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、分解装置；11、燃烧装置；12、混合装置；13、布气装置；14、雾化装置；15、余热回收装置；101、固体物料排出口；102、返料口；

20、收尘装置；

30、制酸装置；301、循环气出口；31、循环风机；32、硝酸储存装置；

40、一级预热装置；401、一级待预热原料入口；402、一级预热原料排出口；403、热介质入口；41、二级预热装置；411、二级待预热原料入口；412、二级预热原料排出口；43、浓缩装置；431、第一蒸汽出口；

50、回料装置；60、粉体收集装置；61、金属氧化物收集装置；70、尾气洗涤装置；80、二氧化碳收集装置；90、冷凝器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。

正如背景技术所描述的，采用现有方法由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物时存在循环烟气含有高温、高湿度、高浓度NOx酸性气体而导致设备和传输管道腐蚀严重、有毒气体泄漏风险高及尾气中碳回收成本高等问题。为了解决上述技术问题，本申请提供了一种由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置，如图1所示，包括：分解装置10、收尘装置20、制酸装置30和燃烧装置11，分解装置10设置有硝酸盐溶液入口、燃料气入口和含氮烟尘排出口；收尘装置20设置有烟尘入口、含氮烟气排出口和粉尘出口，烟尘入口与含氮烟尘排出口通过烟尘输送管路连通；制酸装置30设置有含氮烟气入口、硝酸排出口和循环气出口301，含氮烟气入口与含氮烟气排出口通过含氮烟气输送管路连通，循环气出口301与燃料气入口通过循环气输送管路连通；燃烧装置11设置有燃料入口、助燃气入口和燃料气出口，助燃气入口与循环气出口301通过循环气输送管路连通，且燃料气出口与燃料气入口通过燃烧气输送管路连通。

在分解装置10内，硝酸镁脱水并分解产生含有氧化镁粉体和热解烟气的烟尘。上述烟尘经收尘装置20收尘后，排出含氮烟气。将含氮烟气输送至制酸装置30，含氮化合物被吸收后制成硝酸，剩余的不含氮氧化合物等酸性化合物的烟气排出制酸装置30。上述烟气中含有大量的二氧化碳和氧气，将作为循环气经循环气输送管路输送至助燃气入口后进入燃烧装置11中进行燃烧。采用上述装置能够去除烟气中的含氮化合物等酸性气体，从而很好地解决烟气腐蚀设备和输送管路材料选择受限的问题，降低投资成本。同时从制酸装置30中排出的烟气循环至燃烧装置11中可以与燃料直接混合燃烧，不会发生不利副反应，因而不影响硝酸盐分解后的烟气成分，能够大幅提高系统的操作稳定性和安全性。采用上述装置可以实现尾气中CO₂浓度的提高，有利于降低碳回收成本。图1中原料A为硝酸盐溶液，比如硝酸镁溶液、硝酸铝溶液、硝酸铜溶液或硝酸锌溶液中的一种或多种。

在一种优选的实施例中，如图1所示，由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置还包括：一级预热装置40和二级预热装置41。一级预热装置40设置有一级待预热原料入口401、一级预热原料排出口402和热介质入口403，一级预热装置40用于对硝酸盐溶液进行预热；二级预热装置41设置在循环气输送管路上，二级预热装置41设置有二级待预热原料入口411和二级预热原料排出口412，二级待预热原料入口411与一级预热原料排出口402相连通，二级预热原料排出口412与硝酸盐溶液入口通过二级预热原料输送管路相连通。

由于分解装置10中温度较高，出于节约能源的目的，可以对参与分解的硝酸盐溶液进行预热。由制酸装置30中排出的烟气主要含有CO₂、O₂和少量的H₂O，几乎不含NO_x。且上述烟气排出时带有一定的温度，设置二级预热装置41，能够使上述烟气与经过一级预热后得到的硝酸盐溶液进行热交换，从而进一步回收利用上述烟气中的热量。

在一种优选的实施例中，如图1所示，由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置还包括至少一个浓缩装置43，浓缩装置43设置在二级预热原料输送管路上。通过对二级预热原料进行浓缩有利于提高硝酸盐的浓度，从而提高分解装置10排出的烟气中二氧化碳的浓度，便于回收。

在一种优选的实施例中，如图1所示，浓缩装置43还设置有第一蒸汽出口431，第一蒸汽出口431与热介质入口403相连通。浓缩过程中会产生一定量的高温蒸汽，将其作为一级预热装置40的热介质有利于进一步提高能量利用率，降低能耗。

在一种优选的实施例中，如图1所示，由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置还包括混合装置12，混合装置12设置在循环气输送管路上，且混合装置12设置有氧气入口。在二级预热装置41中经过增湿的循环气被送至混合器中，与氧气混合后形成富氧助燃气(优选氧气浓度为15～40vol％)一并输送至分解装置10中。与氧气混合助燃不引入氮气等惰性气体能够提高分解装置10排出的烟气中二氧化碳的浓度，便于二氧化碳的回收；同时降低烟气中氮氧化合物的含量，减轻后续制酸装置30的作业压力。

在一种优选的实施例中，如图1所示，由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置还包括布气装置13，布气装置13设置在燃烧气输送管路上。燃料、循环气和氧气在燃烧装置11中进行燃烧形成燃烧气，然后通过布气装置13将其均匀地输送至分解装置10中。这有利于提高燃料气在分解过程中的利用效率。

优选地，燃烧装置11中排出的燃烧气的温度为850～1300℃，经布气装置13进入分解装置10。同时经多级升温获得硝酸盐溶液在上述燃烧气的存在下发生脱水和分解，产生氧化镁粉体和热解烟气(约400～700℃)，硝酸盐的分解率可达到95～99％。

优选地，为了进一步提高分解装置中的热解效率，在硝酸盐溶液入口位置设置雾化装置14。将硝酸盐溶液雾化后，以小液滴的形式进入分解装置10，能够使其分解的更加完全。

在一种优选的实施例中，如图1所示，浓缩装置43还设置有热源入口，由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置还包括余热回收装置15，余热回收装置15设置在烟尘输送管路上，且余热回收装置15设置有第二蒸汽出口，第二蒸汽出口与热源入口相连通。

含有氧化镁粉体和热解烟气的烟尘进入余热回收装置15后，烟气的热量被回收，部分氧化镁粉体发生沉降并收集。优选上述余热回收装置15为热解锅炉。将水作为热解烟气(含氮烟气)加热锅炉给水得到换热后并产生蒸汽。部分蒸汽送去浓缩装置43中作为热源使用。

通常在分解装置10中进行热解之后还会存在一些未反应的原料，为了提高原料的回收率，在一种优选的实施例中，如图1所示，分解装置10设置有固体物料排出口101和返料口102，固体物料排出口101和返料口102通过返料输送管路连通，由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置还包括回料装置50，回料装置50设置在返料输送管路上。回料装置50能够将分解装置10中未反应的固体物料重新返回分解装置10中再次进行热解反应，从而进一步提高了硝酸镁的分解率，并提高金属氧化物的纯度。硝酸盐的分解率最高可达99％。

在一种优选的实施例中，如图1所示，由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置还包括粉体收集装置60，其包括收尘口，收尘口分别与回料装置50，余热回收装置15及收尘装置20连通，用于回收回料装置50、余热回收装置15及收尘装置20排出的烟尘。回料装置50，余热回收装置15及收尘装置20在作业过程中会产生一定量的粉尘，通过粉尘收集装置能够将其进行回收，并输送至金属氧化物收集装置61中储存和使用。优选地，上述收尘装置20包括但不限于布袋收尘器、电收尘器或金属膜收尘器。

在一种优选的实施例中，如图1所示，由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置还包括：尾气洗涤装置70和二氧化碳收集装置80，尾气洗涤装置70设置有尾气入口和净化气排出口，尾气入口和循环气出口301通过尾气输送管路连通设置；二氧化碳收集装置80设置在尾气输送管路上。从制酸装置30中排出的烟气一部分作为循环气使用，另一部分可以输送至二氧化碳收集装置80中回收二氧化碳实现碳减排的目的(二氧化碳的纯度可达99.5～99.9wt％)，剩余的尾气经过尾气洗涤装置70后在尾气风机71的作用下经烟囱72直接排出或者剩余的尾气经尾气风机71输送至尾气洗涤装置70洗涤后由烟囱72直接排出。

经过收尘后的烟气还具有一定的热量，为了进一步回收利用其热量，将其与从制酸装置30中排出的循环气在冷凝器90中进行换热，以使收尘后得到的烟气冷却，然后进入制酸装置30，同时使循环气进行初步升温后进入二级预热装置41。冷凝器90的数量可以是一个或多个，作用均相同。当是多个时，串联设置。制酸装置30制得的硝酸储存在硝酸储存装置32中。

优选地，在循环气输送管路上设置至少一个循环风机31，以提高从制酸装置30中排出的烟气向冷凝器90流动过程中的流动速率。更优选地，在布气装置13上设置第一压力检测装置P1，在分解装置10的烟尘输送管路设置第二压力检测装置P2，将P1与P2与循环风机31的出口阀门连锁，控制P1压力约50～100Pa，控制P2压力约-100～-50Pa。通过将第一压力检测、第二压力检测与循环风机的出口阀门连锁控制，能够将循环系统的压力平衡点控制在分解装置10内，将含有NO_X烟气的前段(分解装置10至循环风机31间的部分)控制在负压操作，避免有毒NO_X烟气的外泄，将含有CO₂烟气的后段(循环风机31至分解装置10的部分)控制在正压操作，降低防烟气泄漏后的难度和成本，从而使整个系统的泄漏风险和危害降至最低。

本申请的第二方面还提供了一种由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的方法，包括：将硝酸盐溶液和燃料气进行分解反应，得到含氮烟尘和金属氧化物；对含氮烟尘进行收尘处理，得到含氮烟气和第一粉尘；将含氮烟气与水混合制得硝酸和烟气；使至少部分烟气与燃料进行燃烧，得到燃料气。

燃料气是指燃料燃烧后获得的还原性气体。燃料为碳氢燃料，包括但不限于天然气、水煤气、高炉煤气、煤制气、液态烃中的一种或多种。

在燃料气存在下，硝酸盐溶液进行热分解为含有金属氧化物粉尘和氮氧化合物的含氮烟尘；对上述含氮烟尘进行收尘处理后，将含氮氧化合物的烟气与水混合制备硝酸能够去除含氮烟尘中的酸性气体，从而很好地解决烟气腐蚀设备和输送管路材料选择受限的问题，降低投资成本。而制酸后剩余的烟气中因含有大量的二氧化碳和氧气，因而其至少部分可以与燃料进行燃烧制备燃料气。该过程不会发生产生酸性氮氧化合物的副反应，因而不影响硝酸盐分解后的烟气成分，能够大幅提高系统的操作稳定性和安全性。

优选地，上述方法中采用的硝酸盐溶液包括但不限于硝酸镁溶液、硝酸铝溶液、硝酸铜溶液或硝酸锌溶液中的一种或多种。

在一种优选的实施例中，由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的方法还包括：对硝酸盐溶液进行第一次预热，得到一级预热原料；将一级预热原料与烟气进行换热，使一级预热原料进行第二次换热。对硝酸盐溶液进行预热可以降低分解过程的能耗，同时将制酸后获得的高温烟气作为预热的热源也可以实现热能的再次利用，从而提高能量利用率。

优选地，经过第一次预热将硝酸盐溶液升温至90～99℃，然后经第二次预热后将其升温至110～120℃，同时制酸后获得的作为循环气的烟气降至150～250℃。

在一种优选的实施例中，由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的方法还包括：对经过第二次换热的硝酸盐溶液进行浓缩，得到硝酸盐浓缩液；及将硝酸盐浓缩液进行分解反应。通过对经过第二次换热的硝酸盐溶液进行浓缩有利于提高硝酸盐的浓度，从而提高分解装置10排出的烟气中二氧化碳的浓度，便于回收。

在一种优选的实施例中，浓缩过程的产物包括第一蒸汽，由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的方法还包括：将第一蒸汽作为第一次预热过程的热源。浓缩过程中会产生一定量的高温蒸汽，将其作为第一次预热过程的热介质有利于进一步提高能量利用率，降低能耗。

在一种优选的实施例中，由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的方法还包括：将氧气和制酸后获得的作为循环气的烟气进行混合后与燃料进行燃烧。与氧气混合助燃不引入氮气等惰性气体能够提高分解过程排出的烟气中二氧化碳的浓度，便于二氧化碳的回收，实现碳减排的理念；同时降低烟气中氮氧化合物的含量，减轻后续制硝酸过程的作业压力。

在一种优选的实施例中，由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的方法还包括：将燃料气经过布气装置后进行分解反应。经过布气装置后，燃料气更加的分散和均质化，随后进行分解反应有利于进一步提高分解过程中燃料气的利用效率。

分解反应结束后排出的含氮烟尘的温度为400～700℃，为了进一步降低热量损耗，优选地，由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的方法还包括：对含氮烟尘中的热量进行余热回收。优选地，经过换热后含氮烟尘的温度降至300～500℃。更优选地，余热回收过程的产物还包括第二蒸汽，将第二蒸汽作为浓缩过程的热源。

在一种优选的实施例中，由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的方法还包括：将分解反应过程中未反应完全的物料作为反应原料再次进行分解反应，这有利于进一步提高了硝酸盐的分解率，并提高金属氧化物的纯度。硝酸盐的分解率最高可达99％。

制酸后获得的硝酸浓度约50～70wt％。制酸后烟气的温度约50～100℃，CO₂浓度约20～80％。为了回收除尘后得到的含氮烟气中热量，使其与制酸后的烟气进行换热。经过换热后，制酸后烟气的升温至250～350℃。

在一种优选的实施例中，由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的方法还包括：回收至少部分烟气中的二氧化化碳，得到尾气；对尾气进行洗涤后放空。从制备硝酸后得到的烟气一部分作为循环气使用，剩余的部分烟气经过二氧化碳回收实现碳减排后，再经过尾气洗涤可以由烟囱直接排出。经回收，二氧化碳的纯度可达99.5～99.9wt％。

实施例1

由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的方法，采用如图1所示的装置，包括：

湿法冶炼系统产出的浓度25％硝酸镁原料液进入一级预热装置40内预热，在一级预热装置40内硝酸镁溶液与浓缩装置43产生的二次蒸汽换热并升温，硝酸镁溶液升温至95℃，升温后的硝酸镁溶液进入二级预热装置41。

经过一级预热后的硝酸镁溶液进入二级预热装置41内，与冷却器90送来的温度约300℃的循环气体接触换热，循环气体增湿降温至200℃，硝酸镁溶液被加热至115℃。

预热后的硝酸镁溶液进入浓缩装置43，增湿后的循环气体送去混合装置12。

浓缩装置43利用余热回收装置15(余热锅炉)产生的蒸汽进行加热，硝酸镁溶液在浓缩装置43内浓缩至浓度约78％，并产生二次蒸汽，二次蒸汽送去一级预热装置40换热降温，浓缩后的硝酸镁溶液进入雾化装置14(雾化喷头)。

增湿降温后的循环气体进入混合装置12，在混合装置12中与95％浓度的氧气混合形成富氧助燃气体，氧气浓度约30％，富氧助燃气体进入燃烧装置11。

燃料与富氧助燃气体在燃烧装置11内充分燃烧产生高温气体(燃料气)，烟气温度约1000℃，高温气体进入布气装置13。

硝酸镁溶液经过雾化装置14(雾化喷头)后形成微小雾滴进入分解装置10，高温气体经过布气装置13后均匀进入分解装置10。在分解装置10内，高温烟气与硝酸镁雾滴充分接触换热，硝酸镁脱水并分解产生含有氧化镁粉体和热解烟气的含氮烟尘。分解装置10出口的含氮烟尘的温度约550℃。分解装置10底部收集到的固体，通过回料装置50送回分解装置10继续分解，硝酸镁分解率达到99％。

氧化镁粉体和热解烟气(含氮氧化合物)进入余热回收装置15(余热锅炉)，部分氧化镁粉体发生沉降并收集，热解烟气加热锅炉给水后得到换热后烟气并产生蒸汽，部分蒸汽送去浓缩装置43加热使用，其他蒸汽送出系统使用。换热后烟气温度约350℃。换热后烟气与剩余氧化镁粉体进入收尘装置20进一步进行气固分离，得到收尘后烟气和氧化镁粉体。分解装置10、余热回收装置15、收尘装置20处产出的氧化镁粉体通过粉体收集装置60进行收集，并输送至粉体收集装置60(氧化镁粉仓)中储存和使用。收尘后烟气进入冷却器90，与制酸装置30产出的循环气体换热，降温至100℃，降温后进入制酸装置30。

在制酸装置30内，烟气中的NO_X气体被水或硝酸吸收产生硝酸并得到制酸后烟气，硝酸进入硝酸储存装置32储存，制酸装置30产生的硝酸浓度约～70％。制酸后烟气温度约50℃，经过循环风机31送入冷却器90内换热，并升温至250℃。部分制酸后烟气进入二氧化碳收集装置80，经收集处理后得到二氧化碳产品，二氧化碳纯度约99.9％，处理后的尾气进入尾气洗涤器70。尾气洗涤器70内使用系统产生的氧化镁进行吸收处理，产生的少量硝酸镁送入硝酸镁储罐，处理后的尾气经尾气风机71送去烟囱72，达标排放。在布气装置13上设置第一压力监测装置P1，在分解装置10的气体出口管道上设置第二压力监测装置P2，P1与P2与循环风机31的出口阀门连锁，维持P1为50Pa～100Pa的微正压，维持P2为-100Pa～-50Pa的微负压。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

(1)使用含有较高浓度CO₂、含有少量H₂O、几乎不含有NO_X的烟气进行循环载热，实现CO₂的循环富集、高效回收，减少NO_X的循环，提高安全性和环保性、降低材料成本。

(2)利用梯级换热对不同品位的热量进行利用，同时实现硝酸制备放热的回收、循环气体的预热、硝酸镁溶液的浓缩等目的。整个过程能够实现梯级逐步换热，且出现泄漏时不会出现酸冷凝，烟气毒性很低，泄露对环境和人员造成危害的风险较低。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里描述的那些以外的顺序实施。

以上所述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 (18)

1.一种由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置，其特征在于，所述由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置包括：

分解装置(10)，所述分解装置(10)设置有硝酸盐溶液入口、燃料气入口和含氮烟尘排出口；

收尘装置(20)，所述收尘装置(20)设置有烟尘入口、含氮烟气排出口和粉尘出口，所述烟尘入口与所述含氮烟尘排出口通过烟尘输送管路连通；

制酸装置(30)，所述制酸装置(30)设置有含氮烟气入口、硝酸排出口和循环气出口(301)，所述含氮烟气入口与所述含氮烟气排出口通过含氮烟气输送管路连通，所述循环气出口(301)与所述燃料气入口通过循环气输送管路连通；

燃烧装置(11)，所述燃烧装置(11)设置有燃料入口、助燃气入口和燃料气出口，所述助燃气入口与所述循环气出口(301)通过循环气输送管路连通，且所述燃料气出口与所述燃料气入口通过燃烧气输送管路连通。

2.根据权利要求1所述的由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置，其特征在于，所述由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置还包括：

一级预热装置(40)，所述一级预热装置(40)设置有一级待预热原料入口(401)、一级预热原料排出口(402)和热介质入口(403)，所述一级预热装置(40)用于对硝酸盐溶液进行预热；

二级预热装置(41)，所述二级预热装置(41)设置在所述循环气输送管路上，所述二级预热装置(41)设置有二级待预热原料入口(411)和二级预热原料排出口(412)，所述二级待预热原料入口(411)与所述一级预热原料排出口(402)相连通，所述二级预热原料排出口(412)与所述硝酸盐溶液入口通过二级预热原料输送管路相连通。

3.根据权利要求2所述的由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置，其特征在于，所述由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置还包括：至少一个浓缩装置(43)，所述浓缩装置(43)设置在所述二级预热原料输送管路上。

4.根据权利要求3所述的由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置，其特征在于，所述浓缩装置(43)还设置有第一蒸汽出口(431)，所述第一蒸汽出口(431)与所述热介质入口(403)相连通。

5.根据权利要求1所述的由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置，其特征在于，所述由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置还包括混合装置(12)，所述混合装置(12)设置在所述循环气输送管路上，且所述混合装置(12)设置有氧气入口。

6.根据权利要求5所述的由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置，其特征在于，所述由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置还包括：

布气装置(13)，所述布气装置(13)设置在所述燃烧气输送管路上；

雾化装置(14)，所述雾化装置(14)设置在所述硝酸盐溶液入口。

7.根据权利要求3所述的由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置，其特征在于，所述浓缩装置(43)还设置有热源入口，所述由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置还包括余热回收装置(15)，所述余热回收装置(15)设置在所述烟尘输送管路上，且所述余热回收装置(15)设置有第二蒸汽出口，所述第二蒸汽出口与所述热源入口相连通。

8.根据权利要求7所述的由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置，其特征在于，所述分解装置(10)设置有固体物料排出口(101)和返料口(102)，所述固体物料排出口(101)和所述返料口(102)通过返料输送管路连通，所述由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置还包括回料装置(50)，所述回料装置(50)设置在所述返料输送管路上。

9.根据权利要求8所述的由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置，其特征在于，所述由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置还包括粉体收集装置(60)，所述粉体收集装置(60)还包括收尘口，所述收尘口分别与所述回料装置(50)，所述余热回收装置(15)及所述收尘装置(20)连通，用于回收所述回料装置(50)、所述余热回收装置(15)及所述收尘装置(20)排出的烟尘。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置，其特征在于，所述由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的装置还包括：

尾气洗涤装置(70)，所述尾气洗涤装置(70)设置有尾气入口和净化气排出口，所述尾气入口和所述循环气出口(301)通过尾气输送管路连通设置；

二氧化碳收集装置(80)，所述二氧化碳收集装置(80)设置在所述尾气输送管路上。

11.一种由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的方法，其特征在于，所述由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的方法包括：

将硝酸盐溶液和燃料气进行分解反应，得到含氮烟尘和金属氧化物；

对所述含氮烟尘进行收尘处理，得到含氮烟气和第一粉尘；

将所述含氮烟气与水混合制得硝酸和烟气；

使至少部分所述烟气与燃料进行燃烧，得到所述燃料气。

12.根据权利要求11所述的由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的方法，其特征在于，所述由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的方法还包括：

对所述硝酸盐溶液进行第一次预热，得到一级预热原料；

将所述一级预热原料与所述烟气进行换热，使所述一级预热原料进行第二次换热；

优选地，经过所述第一次预热将所述硝酸盐溶液升温至90～99℃，然后经所述第二次预热后将所述硝酸盐溶液升温至110～120℃，所述烟气的温度降至150～250℃。

13.根据权利要求12所述的由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的方法，其特征在于，所述由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的方法还包括：

对经过所述第二次换热的硝酸盐溶液进行浓缩，得到硝酸盐浓缩液；及

将所述硝酸盐浓缩液进行所述分解反应。

14.根据权利要求13所述的由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的方法，其特征在于，所述浓缩过程的产物包括第一蒸汽，所述由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的方法还包括：将所述第一蒸汽作为第一次预热过程的热源。

15.根据权利要求14所述的由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的方法，其特征在于，所述由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的方法还包括：将所述燃料气经过布气装置后进行所述分解反应。

16.根据权利要求11所述的由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的方法，其特征在于，所述由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的方法还包括：对所述含氮烟尘中的热量进行余热回收；优选地，所述余热回收过程的产物还包括第二蒸汽，将所述第二蒸汽作为所述浓缩过程的热源。

17.根据权利要求11所述的由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的方法，其特征在于，所述由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的方法还包括：将所述分解反应过程中未反应完全的物料作为反应原料再次进行所述分解反应。

18.根据权利要求11至17中任一项所述的由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的方法，其特征在于，所述由硝酸盐溶液分解回收金属氧化物和硝酸的方法还包括：回收至少部分所述烟气中的二氧化化碳，得到尾气；对所述尾气进行洗涤后放空。

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