[发明专利]氧化－还原焙烧高钙镁钛渣的流化床反应器

说明书

技术领域

本发明属于气固相加工反应器领域，特别涉及用于氧化—还原焙烧高钙镁钛渣除钙镁提高钛矿料品位的流化床反应器。

背景技术

我国是钛资源大国，其中攀枝花西部的储量占世界总量的1/4以上。目前，含钛矿物中钛资源的利用是通过氯化法来获取四氯化钛，然后由四氯化钛生产钛白和海绵钛等钛系制品。然而攀西钛矿中钙镁含量高，经过电炉冶炼后得到的精钛矿料(又称高钙镁钛渣)品质较低，其中TiO₂含量只有70％～80％，钙镁(CaO+MgO)杂质含量却高达7％～11％，而先进氯化工艺对原料要求十分苛刻，其CaO和MgO含量必须控制在1.5wt％以下。钙镁含量过高致使氯化后的液相析出，极易造成床层粘结，从而使氯化过程无法进行。钙镁含量高成为攀西钛资源利用的主要难题，降低攀西冶炼钛渣中的钙、镁含量，提升其品质是其得以高效利用的关键。

美国专利US 5830420介绍了氧化还原—盐酸浸取工艺来提升高钙镁钛渣的品质，该工艺的核心是通过氧化—还原焙烧处理使高钙镁钛渣中的钙镁形成易于被盐酸浸出的物相，然后通过盐酸浸取除去钙镁。流化床反应器由于具有气固良好接触、进出料容易控制等优点，而被用于氧化—还原焙烧高钙镁钛渣除钙镁的反应器。但该专利只是提到采用流化床反应器，而未具体公开流化床反应器的结构。普通流化床焙烧高钙镁钛渣物料时由于停留时间分布较为均一，造成细颗粒反应时间过长而粗颗粒反应时间不足，氧化—还原焙烧高钙镁钛渣的生产效率下降。同时，根据Geldart颗粒分类法，攀西高钙镁钛渣颗粒属于B类颗粒。采用普通流化床反应器处理此类物料时，床层膨胀率较低，流化过程中出现气泡相和密相，两相之间气体交换速率很低，致使气固接触效率降低；流态化压降不稳定，会形成节涌等不稳定操作状态，大气泡不易破碎，使气固接触效率下降，直接影响反应的转化率及产品的产率等。

发明内容

本发明的目的是克服现有流化床反应器存在的上述技术问题，提供一种在高温条件下，高钙镁钛渣颗粒与氧化气体或还原气体能充分接触，不同粒径的高钙镁钛渣颗粒在流化床内的停留时间可由流化气速及加料速率控制，且能进行连续生产的氧化—还原焙烧高钙镁钛渣的流化床反应器。

本发明的工作原理是：自下而上的气体通过带有孔的挡板的分散，大气泡得以破碎或分裂，使得气固可以充分接触；通过安装多层的带有孔的挡板，可使得流化床中具有多个浓相段，既充分利用了床层空间，又减少了气—固相的轴向返混，改善固相停留时间分布；采用气—固并流向上操作，物料从反应器下部加入，在气流的作用下逐级向上移动，由于不同粒径颗粒受流化气速的影响不同，使得粒径小的颗粒在床中的含率低于在原料中的含率，因而获得较短的停留时间，而粒径大的颗粒在床中的含率高于在原料中的含率可获得较长的停留时间，有利于满足不同粒径颗粒对反应时间的需求。

本发明的技术方案是对现有流化床反应器进行改进，在流化床反应器体内的圆柱形的柱体物料反应段中有与床体连接且带有孔的挡板，其连接是带有孔的挡板通过法兰与床体固定连接，或带有孔的挡板固定连接在固定架与床体相连接的管柱上，在带有孔的挡板上无动力驱动装置。

本发明的目的是这样实现的：氧化—还原焙烧高钙镁钛渣的流化床反应器主要由圆柱形的柱体物料沉降段、圆柱形的柱体物料反应段和圆锥形的柱体气体预热段构成；

一柱形流化床反应器的主体为圆柱形的柱体物料反应段，其顶部为喇叭口形状，在喇叭口柱体的顶部连接一圆柱形的柱体物料沉降段，在圆柱形的柱体物料反应段的底端连接一圆锥形的柱体气体预热段；

在圆柱形的柱体物料反应段与圆锥形的柱体气体预热段的结合处上部的壁上开有物料进料口，在圆锥形的柱体气体预热段里的底部安装有气体分布板，分布板下方为气体进口；

在圆柱形的柱体物料反应段的喇叭口下方的柱体壁上开有物料出料口，在圆柱形的柱体物料沉降段的顶部开有气体出口；

在圆柱形的柱体物料反应段里面安装有一个以上的带有孔的挡板，孔径与圆柱形的柱体物料反应段的内径比为1/50～1/8，其开孔多少不限。

所述的圆柱形的柱体物料反应段中安装有一根或一根以上的管柱，管柱被固定在固定架上，固定架被固定在流化床反应器主体上。

所述的带有孔的挡板可由法兰固定在圆柱形的柱体物料反应段的壁上，或固定的管柱上。

所述的物料出料口是开在圆柱形的柱体物料反应段开始成为喇叭口柱体时的位置。

所述的带有孔的挡板之间的间距与圆柱形的柱体物料反应段的内径比为1/5～2/1。