[发明专利]钛铁精矿氧化焙烧—还原焙烧系统及焙烧工艺

说明书

技术领域

本发明涉及化工、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。

背景技术

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钛矿(金红石矿)很少，目前高品质富钛料主要从钛铁精矿生产获得。我国的钛铁矿资源储量丰富，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，加快浸出速度，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，如中国发明专利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，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℃(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℃(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℃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：