本发明专利技术公开了一种钛铁精矿流态化氧化焙烧-流态化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粉体进行氧化焙烧；氧化后的粉体进入流化床还原反应器进行还原焙烧；还原后的粉体经流化床冷却器冷却；流化床还原反应器排出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，燃烧后气体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粉体换热回收热量；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流态化氧化焙烧-流态化还原焙烧系统及焙烧工艺。
技术介绍
随着氯化法钛白及海绵钛产量的增加，国内外对氯化法所需高品质富钛料的需求大幅增加，自然界中天然的高品质钛矿(金红石矿)很少，难以满足需求，为此需要对低品位的钦铁矿进行提质处理，制备闻品质的钦禮:或者人造金红石。自然界中的钦铁矿分砂矿和岩矿两类，其中尤以岩矿储量丰富，如我国的攀枝花-西昌地区(攀西地区)的钒钛磁铁矿资源储量有近100亿吨，其中钛以岩矿型钛铁矿存在，储量约8. 7亿吨(以TiO2计)，占全国钛资源的90%左右，加拿大、澳大利亚、南非、独联体等国的岩矿型钛铁矿储量也十分丰富。从岩矿型钛铁矿制备高品质钛渣及人造金红石一直是国内外长期并将持续研究的热点课题。岩矿型钛铁矿可写作Fe TiO3或者FeO TiO2，通常还有硅、铝、镁、钙、锰、钒等元素以氧化物的形式存在，不同地区的钛铁精矿组成及所含杂质差别较大，比如我国攀西地区的钛铁精矿的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(CaO)、氧化镁(MgO)、氧化锰(MnO)等含量更是高达7_11 % ;与此对比，澳大利亚的钛铁精矿TiO2含量通常大于54% ，非铁杂质在5%以下，MnO含量一般在1. 5%左右，CaO及MgO很少。钛铁精矿组成不同，决定了提质制备高品质富钛料的工艺也应有所不同。钦铁精矿提质制备富钦料是去除其中的铁、娃、招、续、I丐、猛、f凡等杂质的过程，尤其是要将影响后续氯化工艺的氧化镁、氧化钙、氧化锰等的总含量降至1. 5%以下。可以通过电炉熔炼的方式将钛铁精矿中的铁还原为铁水而实现钛铁的分离，对于品位高、钙镁锰含量低的钛铁精矿，仅通过电炉熔炼就可得到适合氯化工艺的高品质高钛渣，但对于品位低、钙镁锰含量高的钛铁精矿，通过电炉熔炼后钛渣也达不到氯化工艺的要求，比如攀西地区的钛铁精矿经电炉熔炼后得到的钛渣TiO2含量在80%以下，CaO+MgO却高达7_11 %。除了电炉熔炼外，钛铁精矿的提质工艺还包括还原-锈蚀法和酸浸法两类。还原-锈蚀法虽然在澳大利亚应用很成功，但该法对CaO、MgO的去除能力很弱，无法满足攀西钛铁精矿的提质要求，酸浸是攀西钛铁精矿提质制备高品质钛渣或人造金红石的必由之路。通过酸浸去除钛铁精矿中的铁、钙、镁、锰等元素国内外已研究了几十年，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。焙烧能够在降低产品粉化率的同时提高浸出速度，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。例如，Benilite公司在美国专利US3967954和US4019898中提出通过回转窑还原焙烧来强化浸出，通过加入单质硫形成硫酸盐来提高浸出率，通过在盐酸中加入H2SO4或者硫酸盐来降低产品的粉化率。再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[1]，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。美国专利 5885324、5830420、6531110，中国专利 ZL200810300703. O、ZL200810177520. 4 等都提出了通过氧化焙烧和还原焙烧对钛铁精矿或高钛渣进行前处理的方法，这些专利的焙烧部分较为相似，都提出采用流化床进行氧化及还原焙烧，不同的只体现在焙烧参数上，如美国专利5885324的氧化焙烧和还原焙烧温度都是750-1000°C，而美国专利5830420和6531110主要针对高钛渣，氧化焙烧温度1000-1100°C，还原焙烧温度700-900°C，中国专利ZL200810300703. O和ZL200810177520. 4提出的氧化焙烧温度800-1100°C，还原焙烧温度600-900°C。另一个相似点是这些专利只是提出一个原则流程，对于具体如何实施，如氧化焙烧及还原焙烧所需热量如何供给、焙烧尾气热量如何利用、还原焙烧尾气未反应还原性气体如何回收等都未涉及。实际上，单从焙烧方法上来看，这些专利并未体现很强的创新性，因为对钛铁精矿或高钛渣进行氧化焙烧及还原焙烧处理，在更早的文献，如Auger等人于1978年获得的美国专利4097574中以及Ismail等人发表于International Journal ofMineralProcessing，1983，10，161-164上的文章就已有详细的披露。因此，业界迫切需要的不是再“提出”氧化-还原焙烧的原则流程，而是如何实现高效氧化焙烧及还原焙烧的具体工艺。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，见该专利所附流程图。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的状态下、通过热的气力输送被直接提升至热态中间料仓，中间料仓为保持系统连续性所必须，因为后续还原流化床为间歇操作。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，760-9260C (1400-1700° F)、表压20大气压(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回收得到的氢气混合，先与从还原流化床排出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后，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，进入尾气换热器与反应气体换热，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汽，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。上述专利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，造成热量利用效率低；(2)、该工艺的尾气循环只适用于以纯H2作为还原剂，如果气体中含有惰性气体(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，严重限制了钛铁精矿本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种钛铁精矿流态化氧化焙烧?流态化还原焙烧系统，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，氧化热风炉，燃烧室，中间料阀，流化床还原反应器，还原矿出料阀，流化床冷却器、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、氧化炉返料阀和氧化炉补热烧嘴；所述流化床还原反应器包括：还原炉、还原炉分离器、还原炉返料阀和还原炉补热烧嘴；所述流化床冷却器包括：冷却流化床和水蒸汽再生器；所述料仓的出料口通过管道与螺旋加料器的进料口相连接，所述螺旋加料器的出料口通过管路与多级旋风预热器的一级旋风预热器的进气口连接；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所述布袋收尘器的进气口相连通；所述旋风除尘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；所述多级旋风预热器的最后一级旋风预热器的出料口通过管道与进料阀的进料口相连通，所述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 和煤气总管通过管道相连通；所述进料阀的进气口通过管道与空气总管相连，所述进料阀的出料口通过管道与氧化炉的进料口相连通；所述氧化炉底部的进气口通过管道与氧化热风炉出气口相连通；所述氧化炉顶部的出气口通过管道与氧化炉分离器进气口相连通；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，所述氧化炉分离器的出气口通过管道与最后一级旋风预热器进气口相连通；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补热烧嘴，所述氧化炉补热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的进气口相连通；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；所述还原炉的进气口通过管道与煤气总管和冷却流化床的出气口相连通；所述还原炉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；所述还原炉下部设置有还原炉补热烧嘴，所述还原炉补热烧嘴的进气口分别通过管道与煤气总管和空气总管相连；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，所述还原矿出料阀的出料口通过管道与冷却流化床的进料口相连通；所述冷却流化床底部的进气口通过管道与煤气总管相连，所述冷却流化床顶部的出气口通过管道与还原炉的进气口相连通，所述冷却流化床上部设有出料口，焙烧矿经此出料口排出进入下游浸出工段，所述冷却流化床内部的水冷管通过管道与水蒸气再生器相连接。...
【技术特征摘要】
1.一种钛铁精矿流态化氧化焙烧-流态化还原焙烧系统，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，氧化热风炉，燃烧室，中间料阀，流化床还原反应器，还原矿出料阀，流化床冷却器、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、氧化炉返料阀和氧化炉补热烧嘴； 所述流化床还原反应器包括还原炉、还原炉分离器、还原炉返料阀和还原炉补热烧嘴； 所述流化床冷却器包括冷却流化床和水蒸汽再生器； 所述料仓的出料口通过管道与螺旋加料器的进料口相连接，所述螺旋加料器的出料口通过管路与多级旋风预热器的一级旋风预热器的进气口连接； 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所述布袋收尘器的进气口相连通；所述旋风除尘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 相连通； 所述多级旋风预热器的最后一级旋风预热器的出料口通过管道与进料阀的进料口相连通，所述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通过管道相连通； 所述进料阀的进气口通过管道与空气总管相连，所述进料阀的出料口通过管道与氧化炉的进料口相连通； 所述氧化炉底部的进气口通过管道与氧化热风炉出气口相连通；所述氧化炉顶部的出气口通过管道与氧化炉分离器进气口相连通；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，所述氧化炉分离器的出气口通过管道与最后一级旋风预热器进气口相连通；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补热烧嘴，所述氧化炉补热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的进气口相连通； 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； 所述还原炉的进气口通过管道与煤气总管和冷却流化床的出气口相连通；所述还原炉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；所述还原炉下部设置有还原炉补热烧嘴，所述还原炉补热烧嘴的进气口分别通过管道与煤气总管和空气总管相连；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； 所述还原矿出料阀底部的进气口...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱庆山，谢朝晖，李洪钟，孙兴宁，陶玲，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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