本发明专利技术公开了一种钛铁精矿氧化焙烧—还原焙烧系统及焙烧工艺。本发明专利技术采用流化床氧化反应器对钛铁精矿进行氧化焙烧；氧化后的钛铁精矿进入流化床还原反应器进行还原焙烧；还原后的钛铁精矿先经旋风冷却器、再经水冷螺旋冷却后进入下游工段；还原煤气先经旋风冷却器换热、再经煤气预热器预热后进入还原炉，从流化床还原反应器排出的尾气先在燃烧室中通过燃烧释放其中未反应还原气体的潜热，燃烧产生的热烟气与流化床氧化反应器排出尾气混合后进入多级旋风预热器与钛铁精矿换热回收热量。本发明专利技术具有反应效率高，热量利用充分，焙烧过程经济性好等优点，适合大规模连续工业生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及化工、冶金技术，尤其涉及一种钛铁精矿氧化焙烧-还原焙烧的系统及焙烧工艺。
技术介绍
高品质的富钛料是氯化法钛白及海绵钛生产的原料，由于自然界中天然的高品质钦矿(金红石矿)很少，目如闻品质富钦料主要从钦铁精矿生广获得。我国的钦铁矿资源储量丰富，仅攀枝花-西昌地区(攀西地区)的钒钛磁铁矿资源储量有近100亿吨，其中钛的储量约8. 7亿吨(以TiO2计)，但该钛铁矿资源禀赋较差，主要表现在钛铁精矿品位低，TiO2含量仅44-47%，非铁杂质却高达10-15%，尤其是氯化法严格限制的氧化钙、氧化镁、氧化锰等杂质含量高达7-11%，因此，只有对此钛铁矿资源进行提质处理，去除其中的铁钙镁锰等杂质，攀西的钛资源才有可能适应氯化法的要求。钛铁精矿提质制备富钛料的工艺分为电炉冶炼法、还原-锈蚀法和酸浸法等三大类，其中电炉冶炼法和还原-锈蚀法不能去除钛铁精矿中的氧化钙、氧化镁、氧化锰等杂质，采用这类方法无法从攀西钛铁精矿制备出高品质的富钛料。酸浸工艺可同时去除钛铁精矿中的氧化铁、氧化钙、氧化镁、氧化锰等杂质，是攀西钛铁精矿提质制备高品质人造金红石的可行工艺。酸浸工艺又可分为直接酸浸、氧化焙烧-酸浸、还原焙烧-酸浸和氧化焙烧-还原焙烧-酸浸几条路线。由于钛铁精矿结构较为致密，直接酸浸速度较慢，为了加快浸出速度，往往需要采用加压浸出，另外，直接酸浸往往导致制备的人造金红石粉化，影响后续应用。焙烧能够在改变矿相结构的同时，在钛铁精矿内部产生一定的裂纹/裂隙，力口快浸出速度，但是单独的氧化焙烧或者还原焙烧在提高浸出速度和避免产品粉化方面都还不尽如人意，如中国专利技术专利ZL03136052.1提出了一种通过弱氧化-盐酸浸出制备人造金红石的方法，但产品的粉化率太高，达14%左右(见钢铁钒钛，2004，25 [I]，44-50)，产品粉化不仅导致过滤困难，影 响生产，而且后续氯化工艺也难以适应。氧化焙烧与还原焙烧相结合，在避免产品粉化、提高浸出效率方面具有独特的优势，是钛铁精矿制备高品质富钛料的重要前处理手段，国内外对此方法有较多的研究，公开发表的文献主要可分为两类，一类是只提供焙烧的原则流程，而没有阐明具体如何实施，如美国专利 5885324，5830420，6531110，中国专利申请 200810300703. 0,200810177520. 4，文献Int. J. Mineral Processing, 1983,10,161-164等。这些文献提供的流程基本相同(都是氧化焙烧和还原焙烧)，只是在焙烧工艺参数(焙烧温度范围、焙烧时间、气氛、焙烧矿粒度、原料等)上有所不同。从实际应用的角度来看，这类原则流程不具有可操作性，因为对具体如何实现氧化焙烧及还原焙烧，包括钛铁精矿采用什么设备？如何为氧化焙烧和还原焙烧提供热量？焙烧矿采用什么设备、如何在隔绝空气的情况下冷却？焙烧尾气热量如何利用？还原焙烧尾气中未反应还原性气体如何回收等都未涉及，而这些是氧化焙烧及还原焙烧具体实施过程必需解决的关键问题。第二类提出焙烧具体流程，但相关的文献报道较少，如美国专利4097574提出了一种对钛铁精矿进行氧化焙烧及还原焙烧的工艺。钛铁精矿在回转窑或流化床中空气气氛、593-871°C (1100-1600° F)下进行氧化焙烧1. 5_2h，氧化温度通过燃烧燃料维持，氧化焙烧尾气经过旋风除尘后直接排空，收集的细粉返回氧化焙烧反应器。氧化后钛铁精矿在热态下、通过热的气力输送被直接提升至热态中间料仓，因为后续还原流化床为间歇操作，为此设置了一个中间料仓以维持系统的连续性。氧化后的钛铁精矿从中间料仓进入还原流化床，在氢气气氛，760-926°C (1400-1700° F)、20大气压(0-300psi)以内，还原至还原度大于85%后排出进入还原矿中间料仓,该中间料仓也是维持系统连续所必须的，再从中间料仓排出进入焙烧矿冷却器，在隔绝空气的情况下冷却至200°C左右后，送浸出工段。还原采用氢气，经加压后与从还原流化床排出尾气中回收得到的氢气混合，先与从还原流化床排出的高温尾气在尾气换热器中换热，再进入气体预热器加热至还原反应温度以上，从底部进入还原流化床，在流化床中与经氧化的钛铁精矿发生还原反应后，从还原炉上部排出，经旋风除尘器除尘后，进入尾气换热器与进入气体预热器前的还原气体换热，然后进入尾气洗涤塔中通过水洗除去其中的细粉体和反应产生的水蒸气，再经干燥后与新鲜的反应气体混合，从而实现未反应气体的循环利用。上述文献报道虽然给出了一个钛铁精矿氧化焙烧及还原焙烧具体实施工艺，并且部分利用了尾气余热及回收还原尾气中未反应的氢气，但该工艺还存在如下不足(I)氧化炉出口热的尾气直接排放，导致热量利用效率低；(2)该工艺的尾气循环只适用于以纯H2作为还原剂，如果气体里含有惰性气体(如N2)，循环过程会累积；若含有CO则反应过程会生成C02，CO2仅通过水洗无法有效去除。而只能以纯氢气作为还原剂会使该工艺的应用受到极大的限制；(3)还原流化床采用间歇操作，为了实现连续操作需要设两个中间料仓，不仅使系统复杂化，间歇操作也使系统产能受到限制。(4)该工艺未说明还原矿通过什么设备实现隔绝空气冷却。现有钛铁精矿氧化焙烧-还原焙烧工艺的上述不足，严重限制了利用钛铁精矿制备高品质富态料技术的发展，急需一种对钛铁精矿进行高效氧化焙烧和还原焙烧、并充分利用焙烧过程能量的系统及工艺。
技术实现思路
本专利技术提供一种钛铁精矿氧化焙烧-还原焙烧的系统，用以解决现有技术中的缺陷，实现反应过程热量的充分利用，具有焙烧经济性好，适合大规模连续工业生产等优点。一种钛铁精矿氧化焙烧-还原焙烧系统，包括料仓，螺旋加料器，多级旋风预热器，旋风除尘器，布袋收尘器，引风机，烟 ，进料阀，流化床氧化反应器，燃烧室，细粉料阀，中间料阀，流化床还原反应器，还原矿出料阀，焙烧矿冷却器，一级旋风冷却器，二级旋风冷却器，预热煤气一级旋风除尘器，预热煤气二级旋风除尘器，氮气总管，煤气总管和空气总管；所述流化床氧化反应器包括氧化炉、氧化炉分离器、氧化炉返料阀、氧化炉启动烧嘴和氧化热风炉；所述流化床还原反应器包括还原炉、还原炉分离器、还原炉返料阀、还原炉启动烧嘴、还原热风炉和煤气预热器； 所述焙烧矿冷却器包括水冷螺旋、水泵和水冷塔；所述料仓底部的出料口通过管道与螺旋加料器的进料口相连通，所述螺旋加料器的出料口通过管道与多级旋风预热器的一级旋风预热器的进气口相连通，所述多级旋风预热器的一级旋风预热器的出气口通过管道与旋风除尘器的进气口相连通；所述旋风除尘器的出气口通过管道与布袋收尘器的进气口相连通，所述旋风除尘器下部的出料口通过管道与细粉料阀的进料口相连通；所述布袋收尘器的出气口通过管道与引风机相连通，所述引风机通过管道与烟囱相连通；所述布袋收尘器的底部安装有螺旋输送机，所述螺旋输送机的出料口通过管道与细粉料阀的进料口相连通；所述多级旋风预热器的最后一级旋风预热器底部的出料口通过管道与进料阀相连通，所述多级旋风预热器的最后一级旋风预热器的进气口通过管道与燃烧室的出气口和氧化炉分离器出气口相连通； 所述燃烧室的进气口通过管道分别与还原炉分离器的出气口、空气总管和煤气总管相连通；所述进料阀底部的进气口通过管道与空气本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种钛铁精矿氧化焙烧?还原焙烧系统，其特征是，包括：料仓，螺旋加料器，多级旋风预热器，旋风除尘器，布袋收尘器，引风机，烟囱，进料阀，流化床氧化反应器，燃烧室，细粉料阀，中间料阀，流化床还原反应器，还原矿出料阀，焙烧矿冷却器，一级旋风冷却器，二级旋风冷却器，预热煤气一级旋风除尘器，预热煤气二级旋风除尘器，氮气总管，煤气总管和空气总管；所述流化床氧化反应器包括氧化炉、氧化炉分离器、氧化炉返料阀、氧化炉启动烧嘴和氧化热风炉；所述流化床还原反应器包括还原炉、还原炉分离器、还原炉返料阀、还原炉启动烧嘴、还原热风炉和煤气预热器；所述焙烧矿冷却器包括水冷螺旋、水泵和水冷塔；所述料仓底部的出料口通过管道与螺旋加料器的进料口相连通，所述螺旋加料器的出料口通过管道与多级旋风预热器的一级旋风预热器的进气口相连通，所述多级旋风预热器的一级旋风预热器的出气口通过管道与旋风除尘器的进气口相连通；所述旋风除尘器的出气口通过管道与布袋收尘器的进气口相连通，所述旋风除尘器下部的出料口通过管道与细粉料阀的进料口相连通；所述布袋收尘器的出气口通过管道与引风机相连通，所述引风机通过管道与烟囱相连通；所述布袋收尘器的底部安装有螺旋输送机，所述螺旋输送机的出料口通过管道与细粉料阀的进料口相连通；所述多级旋风预热器的最后一级旋风预热器底部的出料口通过管道与进料阀相连通，所述多级旋风预热器的最后一级旋风预热器的进气口通过管道与燃烧室的出气口和氧化炉分离器的出气口相连通；所述燃烧室的进气口通过管道分别与还原炉分离器的出气口、空气总管和煤气总管相连通；所述进料阀底部的进气口通过管道与空气总管相连通，所述进料阀的出料口与氧化炉进料口通过管道相连通；所述氧化炉底部的进气口通过管道与氧化热风炉的出气口和煤气预热器壳程的出气口相连通；氧化炉上部的出气口通过管道与氧化炉分离器的进气口相连通；所述氧化炉分离器的出料口通过管道与氧化炉返料阀的进料口相连通，所述氧化炉返料阀底部的进气口通过管道与空气总管相连通，所述氧化炉返料阀的出料口通过管道与氧化炉下部的返料口相连通；所述氧化炉下部设置有氧化炉启动烧嘴，所述氧化炉启动烧嘴的进气口通过管道分别与煤气总管和空气总管相连通；所述氧化炉上部的出料口通过管道与中间料阀的进料口相连通；所述氧化热风炉的进气口通过管道与空气总管和煤气总管相连通，所述 氧化热风炉的出气口通过管道与氧化炉底部进气口相连通；所述细粉料阀顶部的进料口通过管道与旋风除尘器的出料口和布袋收尘器底部的螺旋输送机的出料口相连通，所述细粉料阀下部的进气口通过管道与空气总管相连通，所述细粉料阀的出料口通过管道与氧化炉下部的细粉进料口相连通；所述中间料阀的出料口通过管道与还原炉下部的进料口相连通；所述还原炉底部的进气口通过管道与煤气预热器管程的出口相连通；所述还原炉上部的出气口通过管道与还原炉分离器的进气口相连通；所述还原炉分离器的出气口通过管道与燃烧室的进气口相连通，所述还原炉分离器底部的出料口通过管道与还原炉返料阀的进料口相连通；所述还原炉返料阀底部的进气口通过管道与氮气总管相连通，所述还原炉返料阀的出料口通过管道与还原炉的返料口相连通；所述还原炉上部的出料口通过管道与还原矿出料阀的进料口相连通；所述还原炉下部设置有还原炉启动烧嘴，所述还原炉启动烧嘴的进气口通过管道分别与煤气总管和空气总管相连通；所述煤气预热器为列管式换热器，包括管程和壳程，煤气在管程中流动，烟气在壳程中流动；所述管程的进气口通过管道分别与煤气总管和预热煤气二级旋风除尘器的出气口相连通，所述管程的出气口通过管道与还原炉底部的进气口相连通；所述壳程的进气口通过管道与还原热风炉的出气口相连通， 所述壳程的出气口通过管道与氧化炉底部的进气口相连通；所述还原热风炉的进气口通过管道与煤气总管和空气总管相连通，所述还原热风炉的出气口通过管道与煤气预热器壳程的进气口相连通；所述还原矿出料阀顶部的进料口通过管道与还原炉上部的出料口相连通，所述还原矿出料阀底部的进气口通过管道与氮气总管相连通，所述还原矿出料阀下部的出料口通过管道与一级旋风冷却器的出气口相连通；所述一级旋风冷却器上部的进气口通过管道与煤气总管和二级旋风冷却器的出料口相连通，所述一级旋风冷却器顶部的出气口通过管道与还原矿出料阀的出料口和二级旋风冷却器的进气口相连通，所述一级旋风冷却器底部的出料口通过管道与焙烧矿冷却器的水冷螺旋的进料口相连通；所述二级旋风冷却器上部的进气口通过管道分别与还原矿出料阀的出料口和一级旋风冷却器的出气口相连通，所述二级旋风冷却器顶部的出气口通过管...
【技术特征摘要】
1.一种钛铁精矿氧化焙烧-还原焙烧系统，其特征是，包括料仓，螺旋加料器，多级旋风预热器，旋风除尘器，布袋收尘器，引风机，畑 ，进料阀，流化床氧化反应器，燃烧室，细粉料阀，中间料阀，流化床还原反应器，还原矿出料阀，焙烧矿冷却器，一级旋风冷却器，ニ级旋风冷却器，预热煤气ー级旋风除尘器，预热煤气ニ级旋风除尘器，氮气总管，煤气总管和空气总管； 所述流化床氧化反应器包括氧化炉、氧化炉分离器、氧化炉返料阀、氧化炉启动烧嘴和氧化热风炉； 所述流化床还原反应器包括还原炉、还原炉分离器、还原炉返料阀、还原炉启动烧嘴、还原热风炉和煤气预热器； 所述焙烧矿冷却器包括水冷螺旋、水泵和水冷塔； 所述料仓底部的出料ロ通过管道与螺旋加料器的进料ロ相连通，所述螺旋加料器的出料ロ通过管道与多级旋风预热器的一级旋风预热器的进气ロ相连通，所述多级旋风预热器的一级旋风预热器的出气ロ通过管道与旋风除尘器的进气ロ相连通； 所述旋风除尘器的出气ロ通过管道与布袋收尘器的进气ロ相连通，所述旋风除尘器下部的出料ロ通过管道与细粉料阀的进料ロ相连通； 所述布袋收尘器的出气ロ通过管道与弓I风机相连通，所述弓I风机通过管道与烟園相连通；所述布袋收尘器的底部安装有螺旋输送机，所述螺旋输送机的出料ロ通过管道与细粉料阀的进料ロ相连通； 所述多级旋风预热器的最后ー级旋风预热器底部的出料ロ通过管道与进料阀相连通，所述多级旋风预热器的最后ー级旋风预热器的进气ロ通过管道与燃烧室的出气口和氧化炉分离器的出气ロ相连通； 所述燃烧室的进气ロ通过管道分别与还原炉分离器的出气ロ、空气总管和煤气总管相连通； 所述进料阀底部的进气ロ通过管道与空气总管相连通，所述进料阀的出料ロ与氧化炉进料ロ通过管道相连通； 所述氧化炉底部的进气ロ通过管道与氧化热风炉的出气口和煤气预热器壳程的出气ロ相连通；氧化炉上部的出气ロ通过管道与氧化炉分离器的进气ロ相连通；所述氧化炉分离器的出料ロ通过管道与氧化炉返料阀的进料ロ相连通，所述氧化炉返料阀底部的进气ロ通过管道与空气总管相连通，所述氧化炉返料阀的出料ロ通过管道与氧化炉下部的返料ロ相连通； 所述氧化炉下部设置有氧化炉启动烧嘴，所述氧化炉启动烧嘴的进气ロ通过管道分别与煤气总管和空气总管相连通； 所述氧化炉上部的出料ロ通过管道与中间料阀的进料ロ相连通； 所述氧化热风炉的进气ロ通过管道与空气总管和煤气总管相连通，所述氧化热风炉的出气ロ通过管道与氧化炉底部进气ロ相连通； 所述细粉料阀顶部的进料ロ通过管道与旋风除尘器的出料口和布袋收尘器底部的螺旋输送机的出料ロ相连通，所述细粉料阀下部的进气ロ通过管道与空气总管相连通，所述细粉料阀的出料ロ通过管道与氧化炉下部的细粉进料ロ相连通； 所述中间料阀的出料ロ通过管道与还原炉下部的进料ロ相连通；所述还原炉底部的进气ロ通过管道与煤气预热器管程的出ロ相连通；所述还原炉上部的出气ロ通过管道与还原炉分离器的进气ロ相连通；所述还原炉分离器的出气ロ通过管道与燃烧室的进气ロ相连通，所述还原炉分离器底部的出料ロ通过管道与还原炉返料阀的进料ロ相连通；所述还原炉返料阀底部的进气ロ通过管道与氮气总管相连通，所述还原炉返料阀的出料ロ通过管道与还原炉的返料ロ相连通；所述还原炉上部的出料ロ通过管道与还原矿出料阀的进料ロ相连通； 所述还原炉下部设置有还原炉启动烧嘴，所述还原炉启动烧嘴的进气ロ通过管道分别与煤气总管和空气总管相连通； 所述煤气预热器为列管式换热器，包括管程和壳程，煤气在管程中流动，烟气在壳程中流动；所述管程的进气ロ通过管道分别与煤气总管和预热煤气ニ级旋风除尘器的出气ロ相连通，所述管程的出气ロ通过管道与还原炉底部的进气ロ相连通；所述壳程的进气ロ通过管道与还原热风炉的出气ロ相连通，所述壳程的出气ロ通过管道与氧化炉底部的进气ロ相连通； 所述还原热风炉的进气ロ通过管道与煤气总管和空气总管相连通，所述还原热风炉的出气ロ通过管道与煤气预热器壳程的进气ロ相连通； 所述还原矿出料阀顶部的进料ロ通过管道与还原炉上部的出料ロ相连通，所述还原矿出料阀底部的进气ロ通过管道与氮气总管相连通，所述还原矿出料阀下部的出料ロ通过管道与一级旋风冷却器的出气ロ相连通； 所述ー级旋风冷却器上部的进气ロ通过管道与煤气总管和ニ级旋风冷却器的出料ロ...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱庆山，谢朝晖，李洪钟，孙兴宁，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
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