[发明专利]钛铁精矿流态化氧化/还原焙烧改性的系统及焙烧工艺

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流态化氧化-还原焙烧系统改性及焙烧工艺。 

背景技术

随着我国国民经济的持续快速发展，对钛资源的需求持续大幅增加，我国攀枝花-西昌地区蕴藏着极其丰富的钒钛磁铁矿资源，赋存于多组元钒钛磁铁共生致密矿中，其中钛(以TiO₂计)储量8.7亿吨，占全国的90％左右，是我国最重要的钛原料基地。 

钛铁矿精矿从选铁尾矿中选得，虽结构致密，但酸溶性好，是硫酸法钛白生产的优质原料，但硫酸法钛白工艺的“三废”问题较为严重。氯化法作为目前世界上较为先进的钛白生产技术，具有流程短、产能大、成本低、产品质量好、环境污染小等优点，是钛白生产工艺的发展方向。然而氯化法钛白生产需以高品质的富钛料作为原料，目前我国生产高品质富钛料的工艺技术及装备较为落后，规模尚小，远不能满足氯化法对于原料的要求(主要是攀西钛资源中钙镁含量过高)。因此，要发展氯化法钛白生产，首先要解决以低品位钛铁矿为原料制取高品质富钛料的大型化生产技术。 

国内外从20世纪70年代开始深入研究富钛料的制取方法，目前已形成多种工艺，主要有电炉法、还原锈蚀法和盐酸法。电炉法与还原锈蚀法对钙、镁等杂质的除去能力较弱；盐酸浸出法则具有浸出速度快、除杂能力强、产品品位高、盐酸可循环利用等优点，并且该工艺在技术、设备、经济及环保多方面都符合大型工业生产的要求。结合攀枝花钛铁矿的特点，盐酸法被认 为是制取富钛料的最佳工艺之一，但其最大缺点则是产品粉化率较高，如中国专利申请03136052.1提出了一种通过弱氧化-盐酸浸出制备人造金红石的方法，产品的粉化率高达14％，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-还原联合焙烧在降低产品粉化、提高浸出效率方面具有独特的优势，国内外都对此方法有较多的研究，例如美国专利5885324、5830420、6531110，中国专利申请200810300703.0、200810177520.4等都提出了采用流化床对铁精矿或高钛渣进行氧化-还原焙烧的原则流程，但对在生产中具体如何实现，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、还原焙烧尾气中未反应还原性气体如何回收处理、高温的还原矿如何防止再次氧化等工程问题都未涉及。 

另有少数专利也提出了氧化-还原焙烧流程具体的实施方案，但工艺存在明显的不足，也不具备很好的经济效益。例如美国专利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，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： 

(1)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CO₂，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。