鐵、鋁、鈦還原熔鹽法無渣生產的裝置的製作方法

2023-04-26 11:25:26

專利名稱：鐵、鋁、鈦還原熔鹽法無渣生產的裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於黑色金屬、有色金屬冶煉與無機鹽技術設備領域，具體涉及一種鐵、鋁、鈦還原熔鹽法無渣生產的裝置。
背景技術：
目前，鋼鐵行業，提取鐵 後的高溫熔融渣均遭廢棄，其潛熱白白浪廢或利用率非常低；鈦白粉生產只提取鈦，其它也全部廢棄；溼法冶金電解鎳生產，也只提取鎳其它也全部廢棄；銅冶金也是如此。這些傳統的生產、工藝方法已不適合時代要求，它們既造成了環境的汙染，又造成了資源的浪廢，大量的熱能白白浪廢，從而使其生產成本居高不下。制鋁工業使用鋁土礦提取氧化鋁後，其餘全部作為廢渣排出，於是產生了大量的汙染物一赤泥，其浸出液PH值為12.1 13.0。全世界至今已經堆存上億噸赤泥，而且在氧化鋁生產中，每年又不斷新產生大量的赤泥，已經對人類的生產、生活造成多方面的直接和間接的影響。一般認為鈉鹽含量為30 400mg/L是公共水源的適合範圍，而赤泥附液的鈉鹽度高達26348mg/L，如此高鈉鹽度的赤泥附液進入水體，其汙染不言而喻。為解決這一難題，人們曾經試圖使用高爐法、磁選法(包括超導磁選法)或浮選法，提取赤泥中的鐵，並藉此「消化」大量堆存的赤泥，但是，因為赤泥中的鐵是以深度氧化鐵、鐵鹽等狀態存在的，故磁選法(包括超導磁選法)、重選法或浮選法根本無法提取其中的鐵；而高爐法，因為其中含有較大量的鋁、鈦及其化合物，由於這些物質非常粘稠，不但阻止了高爐中的氣固液三相反應的進行，而且使得高爐「吐渣」不能；雖然可以摻入大量的含鈣化合物以解決「粘稠」問題，但就大大增加了生產成本，基本沒有了效益，失去了實用性，所以不再被使用。本人申請了以下中國發明專利:1、申請日為2012年6月2日，申請號為2012101996913，名稱為「一種利用鋁土礦或赤泥進行無渣生產的工藝方法」 ；2、申請日為2012年7月27日，申請號為201210279677.4，名稱為「一種鐵、鋁、鈦聯合法無渣生產工藝」；
3、申請日為2012年I月21日，申請號為201210025393.2，名稱為「連續控溫的迴轉窯配加熔分爐的冶煉系統」;4、申請日為2012年I月21日，申請號為201210025404.7，名稱為「迴轉窯動態沸騰床配氣系統」。以上專利，首先解決了現有技術中高爐法「吐渣」不能的問題，大大地降低了生產成本；其次是將使有毒的赤泥資源化，得到單質鐵，其回收率可達99%以上，解決了赤泥佔地、汙染環境的問題。雖然這是一個大好的循環經濟技術，但仍然存在著如下缺點:它還沒有完全做到最低成本、熱能高效綜合重複利用。雖能得到諸如矽鈦鋁合金、微晶石等副產品，但提取後的高溫熔融渣所含潛熱沒有很好地被利用，仍然造成了熱渣潛熱能的浪廢，沒有真正實現生產全過程效益最大化，資源重複利用。

發明內容
本發明要解決的技術問題是:克服現有技術的不足，提供一種鐵、鋁、鈦還原熔鹽法無渣生產的裝置，它能夠徹底解決現有技術中高溫熔融渣潛熱不能利用或不能完全利用、其自身有價元素不能提取的世界性難題，以及廢渣汙染環境、資源浪費、產能低下等問題，達到低成本、高效能地將有害物質變為有效資源，真正實現生產全過程固體汙染物零排放、液態汙染零排放及氣體達標排放，綠色環保。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:鐵、鋁、鈦還原熔鹽法無渣生產的裝置，包括熔鹽反應罐，其特徵在於:所述熔鹽反應罐上設置一高溫熔融渣入口，頂部設置一氨氣出口，底部設置一反應生成固液混合物出口 ；所述氨氣出口與一低溫餘熱發電連通。優選的，還包括熔分爐，所述熔分爐頭部設置一高溫熔融渣出口，所述高溫熔融渣出口與所述高溫熔融渣入口相連通；所述熔鹽反應罐上還設置一進液口。優選的，還包括一真空壓力機組，所述氨氣出口經所述真空壓力機組與所述低溫餘熱發電連通。優選的，還包括第一固液分離、水解反應罐，所述反應生成固液混合物出口、第一固液分離、水解反應罐依次順序連通。優選的，還包括一氨精餾塔、熔分爐裂解管、迴轉窯，所述氨精餾塔上設置有一水出口和液氨出口，所述熔分爐裂解管設置於熔分爐的頂部；所述氨精餾塔與所述低溫餘熱發電連通，所述液氨出口連通所述熔分爐裂解管；所述迴轉窯上設置一迴轉窯分氣盤，所述熔分爐裂解管與所述迴轉窯分·氣盤連通。優選的，所述反應生成固液混合物出口與第一固液分離之間還設置有一輸送機、中和罐，所述反應生成固液混合物出口、輸送機、中和罐、第一固液分離依次順序連通。優選的，還包括一第二固液分離和硫酸鋁溶液罐，所述水解反應罐、第二固液分離、硫酸鋁溶液罐依次順序連通。優選的，所述低溫餘熱發電通過一氨水泵與所述氨精餾塔連通，所述氨精餾塔的水出口與所述水解反應罐連通，所述液氨出口通過一液氨泵分別與所述硫酸鋁溶液罐、熔分爐裂解管連通。優選的，還包括一第三固液分離、硫酸銨溶液罐，所述硫酸鋁溶液罐、第三固液分離、硫酸銨溶液罐依次順序連通。優選的，所述硫酸銨溶液罐通過一硫酸銨泵與所述進液口連通。優選的，所述進液口低於所述高溫熔融渣入口，且為一個以上。與現有技術相比，本發明的有益效果是:本發明可以有效地將高溫熔融渣資源化，變廢為寶；它能夠徹底解決了高溫熔融渣潛熱能無法有效利用、有價元素無法提取的世界性難題。本發明充分有效地利用了高溫熔融渣自身熱含高的特性，加入硫酸銨與之徹底反應，將其中的鋁、鈦等酸溶物產生浸出，這是常規酸浸出方法所不能比擬的；它能全部提取高溫熔融渣中的有價元素、提取針狀鋁鐵礦中的氧化鋁和鐵，做到了「拜耳法」、「燒結法」、「聯合法」之所不能；當利用鋁土礦配鈦鐵礦使用本發明的裝置製取鋁、鐵，鈦時，就不再產生赤泥而汙染環境，從而徹底改變了氧化鋁的生產現狀。鋁土礦配鈦鐵礦生產鈦白粉無需專門的生產廠家，且不產生任何汙染，生產成本低。本發明是黑色金屬、有色金屬、無機鹽工業、有機合成、化工制氨及建材行業等跨行業、跨領域技術的有機結合，它徹底改變了二氧化鈦生產行業的高汙染、高能耗、高價格的現狀。本發明可以大規模地推廣，再沒有必要設立專門的鈦白粉生產廠家；此類大規模綜合利用生產廠，既可滿足國內鈦白粉市場的需求，使二氧化鈦市場回歸到自然豐度儲量的合理價位。本發明總投資較現有技術有大幅度降低，生產成本非常低(是現有拜爾法的五分之一)，且不產生任何汙染，綜合能耗非常低，熱能多次重複利用，綠色環保，實現氫工業生產冶金時代的到來。


圖1是本發明實施例的結構框圖；圖2是圖1中迴轉窯的剖視結構示意圖。圖中標記為:1、迴轉窯；la、迴轉窯分氣盤；2、熔分爐；2a、高溫熔融渣出口 ；2b、熔分爐裂解管；3、熔鹽反應罐；3a、氨氣出口 ；3b、高溫熔融渣入口 ；3c、進液口 ；3d、反應生成固液混合物出口 ；4、真空壓力機組；5、低溫餘熱發電；6、氨水泵；7、氨精餾塔；7a、水出口 ；7b、液氨出口 ；8、液氨泵；9、輸送機；10、中和罐；11、第一固液分離；12、水解反應罐；13、第二固液分離；14、硫酸鋁溶液罐；15、第三固液分離；16、硫酸銨溶液罐；17、硫酸銨泵。
具體實施例方式下面結合附圖實施例，對本發明做進一步描述:如圖1、2所示， 鐵、鋁、鈦還原熔鹽法無渣生產的裝置，包括迴轉窯1、熔分爐2、熔鹽反應罐3、真空壓力機組4及低溫餘熱發電5，迴轉窯I頭部通過密閉通道與熔分爐2尾部連通；迴轉窯I頭部，設置迴轉窯分氣盤Ia ;熔分爐2頭部設置高溫熔融渣出口 2a，熔分爐2頂部設置熔分爐裂解管2b ;熔鹽反應罐3頂部設置氨氣出口 3a，上部設置高溫熔融渣入口 3b，側面罐壁上間隔九十度對稱設置四個進液口 3c，底部設置反應生成固液混合物出Π 3d ；高溫熔融渣出口 2a與高溫熔融渣入口 3b由密閉通道連通，進液口 3c低於高溫熔融渣入口 3b，高溫熔融渣入口 3b低於高溫熔融渣出口 2a ;熔鹽反應罐3頂部的氨氣出口 3a經真空壓力機組4與低溫餘熱發電5連通，低溫餘熱發電5推動螺杆膨脹機進行發電；還包括氨水泵6、氨精餾塔7以及液氨泵8，氨精餾塔7上設置有水出口 7a和液氨出口 7b ;氨水泵6、氨精餾塔7、液氨泵8、熔分爐裂解管2b、迴轉窯分氣盤Ia依次順序連通；還包括依次順序連通的輸送機9、中和罐10、第一固液分離11、水解反應罐12、第二固液分離13和硫酸鋁溶液罐14 ;輸送機9與反應生成固液混合物出口 3d連通，氨精餾塔7的水出口 7a與水解反應罐12連通，氨精餾塔7的液氨出口 7b連通液氨泵8，液氨泵8分別與熔分爐裂解管2b、硫酸鋁溶液罐14連通。硫酸鋁溶液罐14、第三固液分離15、硫酸銨泵16、硫酸銨泵17依次順序連通，熔鹽反應罐3的進液口 3c與硫酸錢泵17連通。本發明的工作原理與工作過程如下:如圖1、2所示，在迴轉窯I中經過碳、氫預還原的混合物料，由密閉通道進入熔分爐2，經過熔分爐2進行熔融渣鐵分離，還原出的熱鐵水由熔分爐2底部流出，上部高溫熔融渣由高溫熔融渣出口 21經高溫熔融渣入口 3b進入到熔鹽反應罐3中；由進液口 3c加入適量的硫酸銨到熔鹽反應罐3中，高溫熔融渣進入後，其中的鋁、鈦高溫分解硫酸氨，形成新的無機硫酸鹽，高溫分解氨，同時高溫熔融渣中的三氧化二鋁、二氧化鈦及酸熔的釩、鈧等元素，與硫酸根結合形成新的可水溶性硫酸鹽，即分別生成了氨蒸汽、液態硫酸鋁和硫酸氧鈦、固態二氧化矽和硫酸鈣等固液混合物；氨蒸汽由熔鹽反應罐3頂部的氨氣出口 3a輸出，經真空壓力機組4加壓，流經低溫餘熱發電5 ;低溫餘熱發電5利用工質換熱，將氨蒸汽降溫轉化成為氨水，且推動螺杆膨脹機進行發電；氨蒸氣經低溫餘熱發電5降溫後成為氨水，氨水由氨水泵6輸送到氨精餾塔7 ;氨水經氨精餾塔7提純，生成了水以及純度為99%以上的純液氨。其中，這些純液氨的一小部分，被液氨泵8直接泵入設置於熔分爐2爐頂耐材中的熔分爐裂解管2b，熔分爐裂解管2b將它們裂解為氫、氮混合氣；由於氨氣的吸熱裂解，有效地降低了熔分爐2的爐頂耐火材料的溫度，起到了保護耐材的作用，延長了耐材的壽命；從熔分爐裂解管2b出來的氫、氮裂解氣，通過迴轉窯分氣盤Ia進入到迴轉窯I內；在煤基還原鐵的條件下加入了氧氣，就提聞了鐵的還原率；在聞還原率的如提下，可有效地、大幅度地降低還原溫度至1000度以內，從而徹底解決了迴轉窯I的結圈、滾球等世界性難題；實現了低成本氫還原鐵、鎳、鈦鐵礦；經氨精餾塔7提純產生的另一大部分液氨，被輸送到硫酸鋁溶液罐14中，用於生成硫酸銨液體與固體氫氧化鋁；液態硫酸鋁和硫酸氧鈦、固態二氧化矽和硫酸鈣等固液混合物，均由熔鹽反應罐3底部的反應生成固液混合物出口 3d排出，經輸送機9輸送到中和罐10內，在中和罐10內加入適量硫酸；上述固液混合物再進到第一固液分離11進行固液分離，生成固體二氧化矽、硫酸鈣及液態硫酸鋁、硫酸氧鈦等；二氧化矽、硫酸鈣等固體，用於製作高檔建材玻璃等，其含鐵量為PPM級；液態硫酸招、硫酸氧鈦進入到水解反應罐12中進行水解後，由第二固液分離12再次進行固液分離，得到二氧化鈦固體和液態硫酸鋁；液態硫酸鋁進入硫酸鋁溶液罐14中； 在硫酸鋁溶液罐14中，來自氨精餾塔7的液氨與其中的硫酸鋁進行反應，生成了固體氫氧化鋁、硫酸銨水溶液；經第三固液分離15進行固液分離，得到固體氫氧化鋁和硫酸銨水溶液；硫酸銨水溶液置於硫酸銨溶液罐16中，再通過硫酸銨泵17加壓，經進液口 3c輸入到熔鹽反應罐3中，再與高溫熔融渣進行反應；硫酸鋁溶液罐14中的硫酸鋁溶液，還可以通入中和罐10內，用於進一步提取有價元素；氨蒸汽流經低溫餘熱發電5後，經氨精餾塔7提取出的水，進入水解反應罐12中，用於水解用水的補充。這樣，使得氨與硫酸可以只作少量的補充，從而實現氨、硫酸的循還使用。部分化學反應方程式為:3(NH4)2S04+AI203 = AI2(S04)3+4NH3+6H20+N2(NH4)2S04+T102 = T10S04+2NH3+H206NH3.H20+AI2 (S04) 3 = 3 (NH4) 2S04+2AI (OH) 3以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非是對本發明作其它形式的限制，任何熟悉本專業的技術人員可能利用上述揭示的技術內容加以變更或改型為等同變化的等效實施例。但是凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同 變化與改型，仍屬於本發明技術方案的保護範圍。
權利要求
1.鐵、鋁、鈦還原熔鹽法無渣生產的裝置，包括熔鹽反應罐，其特徵在於:所述熔鹽反應罐上設置一高溫熔融渣入口，頂部設置一氨氣出口，底部設置一反應生成固液混合物出口 ；所述氨氣出口與一低溫餘熱發電連通。
2.根據權利要求1所述的鐵、鋁、鈦還原熔鹽法無渣生產的裝置，其特徵在於:還包括熔分爐，所述熔分爐頭部設置一高溫熔融渣出口，所述高溫熔融渣出口與所述高溫熔融渣入口相連通；所述熔鹽反應罐上還設置一進液口。
3.根據權利 要求2所述的鐵、鋁、鈦還原熔鹽法無渣生產的裝置，其特徵在於:還包括一真空壓力機組，所述氨氣出口經所述真空壓力機組與所述低溫餘熱發電連通。
4.根據權利要求3所述的鐵、鋁、鈦還原熔鹽法無渣生產的裝置，其特徵在於:還包括第一固液分離、水解反應罐，所述反應生成固液混合物出口、第一固液分離、水解反應罐依次順序連通。
5.根據權利要求4所述的鐵、鋁、鈦還原熔鹽法無渣生產的裝置，其特徵在於:還包括一氨精餾塔、熔分爐裂解管、迴轉窯，所述氨精餾塔上設置有一水出口和液氨出口，所述熔分爐裂解管設置於熔分爐的頂部；所述氨精餾塔與所述低溫餘熱發電連通，所述液氨出口連通所述熔分爐裂解管；所述迴轉窯上設置一迴轉窯分氣盤，所述熔分爐裂解管與所述迴轉窯分氣盤連通。
6.根據權利要求4或5所述的鐵、鋁、鈦還原熔鹽法無渣生產的裝置，其特徵在於:所述反應生成固液混合物出口與第一固液分離之間還設置有一輸送機、中和罐，所述反應生成固液混合物出口、輸送機、中和罐、第一固液分離依次順序連通。
7.根據權利要求6所述的鐵、鋁、鈦還原熔鹽法無渣生產的裝置，其特徵在於:還包括一第二固液分離和硫酸鋁溶液罐，所述水解反應罐、第二固液分離、硫酸鋁溶液罐依次順序連通。
8.根據權利要求7所述的鐵、鋁、鈦還原熔鹽法無渣生產的裝置，其特徵在於:所述低溫餘熱發電通過一氨水泵與所述氨精餾塔連通，所述氨精餾塔的水出口與所述水解反應罐連通，所述液氨出口通過一液氨泵分別與所述硫酸鋁溶液罐和熔分爐裂解管連通。
9.根據權利要求8所述的鐵、鋁、鈦還原熔鹽法無渣生產的裝置，其特徵在於:還包括一第三固液分離、硫酸銨溶液罐，所述硫酸鋁溶液罐、第三固液分離、硫酸銨溶液罐依次順序連通。
10.根據權利要求9所述的鐵、鋁、鈦還原熔鹽法無渣生產的裝置，其特徵在於:所述硫酸銨溶液罐通過一硫酸銨泵與所述進液口連通。
11.根據權利要求10所述的鐵、鋁、鈦還原熔鹽法無渣生產的裝置，其特徵在於:所述進液口低於所述高溫熔融渣入口，且為一個以上。
全文摘要
鐵、鋁、鈦還原熔鹽法無渣生產的裝置，屬於金屬冶煉與無機鹽技術設備領域。它包括迴轉窯、熔分爐、熔鹽反應罐，熔分爐尾部通過密閉通道與迴轉窯頭部連通；迴轉窯上設置迴轉窯分氣盤；熔分爐頭部，設置高溫熔融渣出口；熔鹽反應罐上設進液口，頂部設氨氣出口，上部設高溫熔融渣入口，底部設反應生成固液混合物出口；高溫熔融渣出口與高溫熔融渣入口相連通，氨氣出口與低溫餘熱發電連通。其優點是它將高溫熔融渣資源化，變廢為寶；它徹底解決高溫熔融渣潛熱能無法有效利用、有價元素無法提取的世界性難題。本發明總投資較現有技術有大幅度降低，生產成本僅為拜爾法的五分之一，且不產生任何汙染，綜合能耗非常低，熱能多次重複利用，綠色環保。
文檔編號C21B11/00GK103146864SQ20131010395
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月14日 優先權日2013年3月14日
發明者胡長春, 胡曉雪 申請人:胡長春, 胡曉雪