CN103031431A - 钛铁精矿氧化焙烧—还原焙烧***及焙烧工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钛铁精矿氧化焙烧—还原焙烧***及焙烧工艺。本发明采用流化床氧化反应器对钛铁精矿进行氧化焙烧；氧化后的钛铁精矿进入流化床还原反应器进行还原焙烧；还原后的钛铁精矿先经旋风冷却器、再经水冷螺旋冷却后进入下游工段；还原煤气先经旋风冷却器换热、再经煤气预热器预热后进入还原炉，从流化床还原反应器排出的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，燃烧产生的热烟气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换热回收热量。本发明具有反应效率高，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。
Description
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***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***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***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：
(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***复杂化，间歇操作也使***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，严重限制了利用钛铁精矿制备高品质富态料技术的发展，急需一种对钛铁精矿进行高效氧化焙烧和还原焙烧、并充分利用焙烧过程能量的***及工艺。
发明内容
本发明提供一种钛铁精矿氧化焙烧-还原焙烧的***，用以解决现有技术中的缺陷，实现反应过程热量的充分利用，具有焙烧经济性好，适合大规模连续工业生产等优点。
一种钛铁精矿氧化焙烧-还原焙烧***，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，燃烧室，细粉料阀，中间料阀，流化床还原反应器，还原矿出料阀，焙烧矿冷却器，一级旋风冷却器，二级旋风冷却器，预热煤气一级旋风除尘器，预热煤气二级旋风除尘器，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、氧化炉启动烧嘴和氧化热风炉；
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、还原炉启动烧嘴、还原热风炉和煤气预热器；
所述焙烧矿冷却器包括水冷螺旋、水泵和水冷塔；
所述料仓底部的出料口通过管道与螺旋加料器的进料口相连通，所述螺旋加料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布袋收尘器的进气口相连通，所述旋风除尘器下部的出料口通过管道与细粉料阀的进料口相连通；
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；所述布袋收尘器的底部安装有螺旋输送机，所述螺旋输送机的出料口通过管道与细粉料阀的进料口相连通；
所述多级旋风预热器的最后一级旋风预热器底部的出料口通过管道与进料阀相连通，所述多级旋风预热器的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相连通；
所述进料阀底部的进气口通过管道与空气总管相连通，所述进料阀的出料口与氧化炉进料口通过管道相连通；
所述氧化炉底部的进气口通过管道与氧化热风炉的出气口和煤气预热器壳程的出气口相连通；所述氧化炉上部的出气口通过管道与氧化炉分离器的进气口相连通；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启动烧嘴，所述氧化炉启动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进气口相连通；
所述细粉料阀顶部的进料口通过管道与旋风除尘器的出料口和布袋收尘器底部螺旋输送机的出料口相连通，所述细粉料阀下部的进气口通过管道与空气总管相连通，所述细粉料阀的出料口通过管道与氧化炉下部的细粉进料口相连通；
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；
所述还原炉底部的进气口通过管道与煤气预热器管程的出气口相连通；所述还原炉上部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的进气口相连通，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的进料口相连通；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；
所述还原炉下部设置有还原炉启动烧嘴，所述还原炉启动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；
所述煤气预热器为列管式换热器，包括管程和壳程，煤气在管程中流动，烟气在壳程中流动；所述管程的进气口通过管道分别与煤气总管和预热煤气二级旋风除尘器的出气口相连通，所述管程的出气口通过管道与还原炉底部的进气口相连通；所述壳程的进气口通过管道与还原热风炉的出气口相连通，所述壳程的出气口通过管道与氧化炉底部的进气口相连通；
所述还原热风炉的进气口通过管道与煤气总管和空气总管相连通，所述还原热风炉的出气口通过管道与煤气预热器壳程的进气口相连通；
所述还原矿出料阀顶部的进料口通过管道与还原炉上部的出料口相连通，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，所述还原矿出料阀下部的出料口通过管道与一级旋风冷却器的出气口相连通；
所述一级旋风冷却器上部的进气口通过管道与煤气总管和二级旋风冷却器的出料口相连通，所述一级旋风冷却器顶部的出气口通过管道与还原矿出料阀的出料口和二级旋风冷却器的进气口相连通，所述一级旋风冷却器底部的出料口通过管道与焙烧矿冷却器的水冷螺旋的进料口相连通；
所述二级旋风冷却器上部的进气口通过管道分别与还原矿出料阀的出料口和一级旋风冷却器的出气口相连通，所述二级旋风冷却器顶部的出气口通过管道与预热煤气一级旋风除尘器的进气口相连通，所述二级旋风冷却器底部的出料口通过管道与一级旋风冷却器的进气口相连通；
所述水冷螺旋的进料口与一级旋风冷却器的出料口、预热煤气一级旋风除尘器的出料口和预热煤气二级旋风除尘器的出料口相连通，经水冷螺旋冷却后的焙烧矿由水冷螺旋的出料口排出，进入下游工段；所述水冷螺旋的进水口通过管道与水泵的出水口和循环水总管相连通，所述水冷螺旋的出水口通过管道与水冷塔的进水口相连通；所述水冷塔的出水口与水泵的进水口通过管道相连通；
所述预热煤气一级旋风除尘器的出气口通过管道与预热煤气二级旋风除尘器的进气口相连通，所述预热煤气一级旋风除尘器的出料口通过管道与水冷螺旋的进料口相连通，所述预热煤气二级旋风除尘器的出气口通过管道与煤气预热器管程的进气口相连通，所述预热煤气二级旋风除尘器的出料口通过管道与水冷螺旋的进料口相连通。
本发明又一工艺特征是：所述多级旋风预热器为三级旋风预热器，包括：一级旋风预热器、二级旋风预热器和最后一级旋风预热器，所述一级旋风预热器的进气口通过管道与所述二级旋风预热器的出气口通过管道相连通，所述一级旋风预热器底部的出料口通过管道与二级旋风预热器的进气口相连通；所述二级旋风预热器顶部的进气口通过管道与最后一级旋风预热器的出气口相连通，所述二级旋风预热器底部的出料口通过管道与最后一级旋风预热器的进气口相连通。
本发明的另一个目的是提供一种采用所述钛铁精矿氧化焙烧-还原焙烧***进行钛铁精矿氧化焙烧-还原焙烧的工艺，包括以下步骤：
钛铁精矿(钛铁精矿粉体)由料仓经螺旋加料器送入多级旋风预热器中，并与燃烧室和氧化炉排出的尾气完成热交换后，钛铁精矿由多级旋风预热器的最后一级旋风预热器经进料阀进入氧化炉中进行氧化反应，多级旋风预热器的一级旋风预热器出气口排出气体中夹带的钛铁精矿经旋风除尘器和布袋收尘器收集后，通过管道经细粉料阀直接进入氧化炉进行氧化反应；完成氧化反应后的钛铁精矿经中间料阀进入还原炉进行还原反应，还原反应后的钛铁精矿经还原矿出料阀进入一级旋风冷却器、二级旋风冷却器冷却后，再进入水冷螺旋冷却后从水冷螺旋的出料口排出进入下游酸浸工段；煤气和空气分别从煤气总管和空气总管进入氧化热风炉，通过煤气在氧化热风炉中燃烧将空气加热，热空气从氧化热风炉的出气口排出，与从煤气预热器壳程出气口排出的气体一起进入氧化炉，在氧化炉中参与反应后从氧化炉分离器排出；煤气从煤气总管先经一级旋风冷却器、二级旋风冷却器换热，再经预热煤气一级旋风除尘器、预热煤气二级旋风除尘器除尘后，进入煤气预热器的管程进一步预热后进入还原炉，从还原炉排出的尾气经还原炉分离器出气口进入燃烧室燃烧产生热烟气，与从氧化炉分离器出气口排出的热尾气混合后进入多级旋风预热器与钛铁精矿进行热交换以回收热量。
本发明工艺的特征之一是：所述氧化炉和还原炉中分别设置启动烧嘴，用于烘炉和***启动初期为氧化炉和还原炉提供热量；
本发明又一工艺特征是：通过氧化热风炉预热空气为氧化炉提供所需热量，空气的预热温度为700-1000℃，优选的预热温度为800-900℃；
本发明又一工艺特征是：通过将煤气(一般为冷煤气)与经还原的高位焙烧矿换热，在冷却高温焙烧矿的同时加热煤气，回收焙烧矿的部分显热；
本发明又一工艺特征是：通过预热煤气为还原炉提供所需的热量，所述煤气预热通过一级旋风冷却器、二级旋风冷却器和煤气预热器来实现，煤气的预热温度为700-900℃，优选的预热温度为800-900℃；
本发明又一工艺特征是：采用中间料阀保证钛铁精矿从氧化炉顺利流向还原炉的同时，避免氧化炉中的空气和还原炉中的煤气相互接触，保障运行安全。
本发明又一工艺特征是：采用燃烧室燃烧的方式回收还原炉分离器出口尾气中未反应可燃气体的潜热，燃烧产生的热烟气与从氧化炉分离器出气口排出的热尾气混合后，通过多级旋风预热器回收烟气的显热，加热冷的钛铁精矿。
本发明又一工艺的特征是：采用一级旋风冷却器、二级旋风冷却器和水冷螺旋在不接触空气的气氛下逐级冷却还原后的高温焙烧矿，使高温焙烧矿的温度低于100℃。
本发明又一工艺的特征是：旋风除尘器和布袋收尘器收集的钛铁精矿细粉通过细粉料阀直接加入到氧化炉中，避免细粉在一级旋风预热器和旋风除尘器与布袋收尘器间循环与累积。
本发明提供了一种钛铁精矿高效氧化焙烧、还原焙烧、焙烧矿冷却的***及工艺。本发明的目的是通过如下方式实现的：
(1)将还原炉出口的高温尾气进行燃烧，释放还原焙烧尾气中未反应可燃气体的潜热，产生的热烟气与氧化焙烧出口高温尾气混合后，通过与冷的钛铁精矿粉换热回收焙烧尾气的显热和潜热，充分利用了氧化焙烧和还原焙烧尾气的能量；
(2)通过气动排料阀保证氧化炉排出的高温钛铁精矿顺利流向还原炉，并同时避免氧化炉中的空气和还原炉中的煤气相互接触，保障运行安全。
(3)通过冷煤气与还原后的高温焙烧矿换热，在高温焙烧矿被冷却的同时冷煤气被加热，部分回收高温焙烧矿的显热，提高***能量利用效率，降低了焙烧能耗；
采用本发明所述***和工艺对钛铁精矿进行氧化焙烧和还原焙烧，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。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明的钛铁精矿氧化焙烧-原焙烧***的工艺流程图。
结合附图，本发明实施例中附图标记如下：
1-料仓 2-螺旋加料器 3-一级旋风预热器
4-二级旋风预热器 5-最后一级旋风预热器 6-进料阀
7-1-氧化炉 7-2-氧化炉分离器 7-3-氧化炉返料阀
7-4-氧化炉启动烧嘴 7-5-氧化热风炉 8-细粉料阀
9-中间料阀 10-1-还原炉 10-2-还原炉分离器
10-3-还原炉返料阀 10-4-还原炉启动烧嘴 10-5-还原热风炉
10-6-煤气预热器 11-燃烧室 12-还原矿出料阀
13-一级旋风冷却器 14-二级旋风冷却器 15-预热煤气一级旋风
除尘器
16-预热煤气二级旋风除尘器 17-1-水冷螺旋 17-2-水泵
17-3-水冷塔 18-旋风除尘器 19-布袋收尘器
20-引风机 21-烟囱
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明的钛铁精矿氧化焙烧-原焙烧***的工艺流程图。
请参见图1，本实施例所公开的钛铁精矿氧化焙烧-还原焙烧***，由料仓1，螺旋加料器2，包括一级旋风预热器3、二级旋风预热器4及最后一级旋风预热器5组成的多级旋风预热器，进料阀6，由氧化炉7-1、氧化炉分离器7-2、氧化炉返料阀7-3、氧化炉启动烧嘴7-4和氧化热风炉7-5组成的流化床氧化反应器，细粉料阀8，中间料阀9，由还原炉10-1、还原炉分离器10-2、还原炉返料阀10-3、还原炉启动烧嘴10-4、还原热风炉10-5和煤气预热器10-6组成的流化床还原反应器，燃烧室11，还原矿出料阀12，一级旋风冷却器13，二级旋风冷却器14，预热煤气一级旋风除尘器15，预热煤气二级旋风除尘器16，由水冷螺旋17-1、水泵17-2和水冷塔17-3组成的焙烧矿冷却器，旋风除尘器18，布袋收尘器19，引风机20，烟囱21组合而成。
料仓1底部的出料口通过管道与螺旋加料器2的进料口相连通，螺旋加料器2的出料口通过管道与多级旋风预热器的一级旋风预热器3的进气口相连通，多级旋风预热器的一级旋风预热器3的出气口通过管道与旋风除尘器18的进气口相连通，
旋风除尘器18的出气口通过管道与布袋收尘器19的进气口相连通，旋风除尘器18下部的出料口通过管道与细粉料阀8的进料口相连通；
布袋收尘器19的出气口通过管道与引风机20相连通，引风机20通过管道与烟囱21相连通；布袋收尘器19底部安装有螺旋输送机，螺旋输送机的出料口通过管道与细粉料阀8的进料口相连通；
多级旋风预热器的最后一级旋风预热器5底部的出料口通过管道与进料阀6相连通，多级旋风预热器的最后一级旋风预热器5的进气口通过管道与燃烧室11的出气口和氧化炉分离器7-2的出气口相连通；
燃烧室11的进气口通过管道分别与还原炉分离器10-2的出气口、空气总管和煤气总管相连通；
进料阀6底部的进气口通过管道与空气总管相连通，进料阀6的出料口与氧化炉7-1进料口通过管道相连通；
氧化炉7-1底部的进气口通过管道与氧化热风炉7-5的出气口和煤气预热器10-6壳程的出气口相连通；氧化炉7-1上部的出气口通过管道与氧化炉分离器7-2的进气口相连通；氧化炉分离器7-2的出料口通过管道与氧化炉返料阀7-3的进料口相连通；氧化炉返料阀7-3底部的进气口通过管道与空气总管相连通，氧化炉返料阀7-3的出料口通过管道与氧化炉7-1下部的返料口相连通；
氧化炉7-1下部设置有氧化炉启动烧嘴7-4，氧化炉启动烧嘴7-4的进气口通过管道分别与煤气总管和空气总管相连；
氧化炉7-1上部的出料口通过管道与中间料阀9的进料口相连通；
氧化热风炉7-5的进气口通过管道与空气总管和煤气总管相连通，氧化热风炉7-5的出气口通过管道与氧化炉7-1底部进气口相连通；
细粉料阀8顶部的进料口通过管道与旋风除尘器18的出料口和布袋收尘器19底部螺旋输送机的出料口相连通，细粉料阀8下部的进气口通过管道与空气总管相连通，细粉料阀8的出料口通过管道与氧化炉7-1下部的细粉进料口相连通；
中间料阀9的出料口通过管道与还原炉10-1下部的进料口相连通；
还原炉10-1底部的进气口通过管道与煤气预热器10-6的出气口相连通；还原炉10-1上部的出气口通过管道与还原炉分离器的进气口相连通；还原炉分离器10-2的出气口通过管道与燃烧室11的进气口相连通，还原炉分离器10-2底部的出料口通过管道与还原炉返料阀10-3的进料口相连通；还原炉返料阀10-3底部的进气口通过管道与氮气总管相连通，还原炉返料阀10-3的出料口通过管道与还原炉10-1的返料口相连通；还原炉上部的出料口通过管道与还原矿出料阀12的进料口相连通；
还原炉10-1下部设置有还原炉启动烧嘴10-4，还原炉启动烧嘴10-4的进气口通过管道分别与煤气总管和空气总管相连通；
煤气预热器10-6为列管式换热器，包括管程和壳程，煤气在管程中流动，烟气在壳程中流动；管程的进气口通过管道分别与煤气总管和预热煤气二级旋风除尘器16的出气口相连通，管程的出气口通过管道与还原炉10-1底部的进气口相连通；壳程的进气口通过管道与还原热风炉10-5的出气口相连通，壳程的出气口通过管道与氧化炉7-1底部的进气口相连通；
还原热风炉10-5的进气口通过管道与煤气总管和空气总管相连，还原热风炉10-5的出气口通过管道与煤气预热器壳程的进气口相连；
还原矿出料阀12顶部的进料口通过管道与还原炉10-1上部的出料口相连通，还原矿出料阀12底部的进气口通过管道与氮气总管相连通，还原矿出料阀12下部的出料口通过管道与一级旋风冷却器13的出气口相连通；
一级旋风冷却器13上部的进气口通过管道与煤气总管和二级旋风冷却器14的出料口相连，一级旋风冷却器13顶部的出气口通过管道与还原矿出料阀12的出料口和二级旋风冷却器14的进气口相连通，一级旋风冷却器13底部的出料口通过管道与焙烧矿冷却器的水冷螺旋17-1的进料口相连通；
二级旋风冷却器14上部的进气口通过管道分别与还原矿出料阀12的出料口和一级旋风冷却器13的出气口相连通，二级旋风冷却器14顶部的出气口通过管道与预热煤气一级旋风除尘器15的进气口相连通，二级旋风冷却器14底部的出料口通过管道与一级旋风冷却器13的进气口相连通；
水冷螺旋17-1设有进料口、出料口、进水口和出水口，水冷螺旋17-1的进料口与一级旋风冷却器13的出料口、预热煤气一级旋风除尘器15的出料口和预热煤气二级旋风除尘器16的出料口相连通，经水冷螺旋17-1冷却后的焙烧矿由水冷螺旋17-1的出料口排出，进入下游工段；水冷螺旋17-1的进水口通过管道与水泵的出水口和循环水总管相连通，水冷螺旋17-1的出水口通过管道与水冷塔17-3的进水口相连通；水冷塔17-3的进水口与水冷螺旋17-1的出水口相连通，水冷塔17-3的出水口与水泵17-2的进水口通过管道相连通；
预热煤气一级旋风除尘器15的出气口通过管道与预热煤气二级旋风除尘器16的进气口相连通，预热煤气一级旋风除尘器15的出料口通过管道与水冷螺旋17-1的进料口相连通，预热煤气二级旋风除尘器16的出气口通过管道与煤气预热器10-6管程的进气口相连通，预热煤气二级旋风除尘器16的出料口通过管道与水冷螺旋17-1的进料口相连通。
多级旋风预热器为三级旋风预热器，包括：一级旋风预热器3、二级旋风预热器4和最后一级旋风预热器5，一级旋风预热器3的进气口通过管道与二级旋风预热器4的出气口通过管道相连通，一级旋风预热器3底部的出料口通过管道与二级旋风预热器4的进气口相连通；二级旋风预热器4顶部的进气口通过管道与最后一级旋风预热器5的出气口相连通，二级旋风预热器4底部的出料口通过管道与最后一级旋风预热器5的进气口相连通。
采用上述钛铁精矿氧化焙烧-还原焙烧***进行钛铁精矿流态化氧化焙烧-还原焙烧的工艺，包括以下步骤：钛铁精矿粉体以1.4吨/h的速率由料仓1进入螺旋加料器2后送入一级旋风预热器3，钛铁精矿粉体从一级旋风预热器3底部的出料口排出后经二级旋风预热器4、最后一级旋风预热器5进入进料阀6，从进料阀6排出后进入氧化炉7-1中进行氧化反应，氧化炉排出气体中夹带的粉体经氧化炉分离器7-2收集后，通过氧化炉返料阀7-3返回氧化炉7-1中，一级旋风预热器3出气口排出气体中夹带的钛铁精矿粉体经旋风除尘器18和布袋收尘器收集19分别收集后，通过管道经细粉料阀8进入氧化炉7-1；钛铁精矿的平均氧化时间控制在1.0小时，氧化好的钛铁精矿从氧化炉7-1上部出料口排出，经中间料阀9进入还原炉10-1进行还原反应，还原炉10-1排出气体中夹带的粉体经还原炉分离器10-2收集，通过还原炉返料阀10-3返回还原炉10-1中，钛铁精矿的平均还原时间控制在1.0小时，还原后的钛铁精矿从还原炉10-1上部出料口排出，经还原矿排料阀12进入二级旋风冷却器14，从二级旋风冷却器14排出进入一级旋风冷却器13，从一级旋风冷却器13排出后进入水冷螺旋17-1中被冷却至100℃以下，从水冷螺旋17-1的出料口排出。
压缩空气300Nm3/h从空气总管进入氧化热风炉7-5中，焦炉煤气25Nm3/h从煤气总管进入氧化热风炉7-5中与空气一起燃烧，形成1000℃左右的热空气从氧化热风炉7-5出气口排出，从底部进入氧化炉7-1，与其中的钛铁精矿在流态化状态下进行氧化反应，氧化炉温度维持在950℃，氧化炉7-1出口尾气经氧化炉分离器7-2除尘后进入最后一级旋风预热器5的进气口；焦炉煤气220Nm3/h从煤气总管经连接管道进入一级旋风冷却器13，从一级旋风冷却器13的出气口排出进入二级旋风冷却器14，再经预热煤气一级旋风除尘器15和预热煤气二级旋风除尘器16除尘，煤气被加热至500℃后进入煤气预热器管程的进气口，在煤气加热器中进一步被加热至900℃后，从煤气预热器管程的出气口排出，从底部进入还原炉10-1；焦炉煤气20Nm3/h、空气160Nm3/h分别经煤气和空气总管进入还原热风炉10-5中燃烧，产生温度1100℃的烟气从还原热风炉10-5的出气口进入煤气预热器10-6壳程的进气口，经与管程的煤气换热后从煤气预热器10-6的壳程出气口排出经管道进入氧化炉7-1底部的进气口；还原炉温度维持在800℃，还原炉10-1出口尾气经还原炉分离器10-2除尘后与从总管来的焦炉煤气10Nm3/h及从空气总管来的空气600Nm3/h一起进入燃烧室烧嘴燃烧，产生温度1200℃的高温烟气先经最后一级旋风预热器5、再经二级旋风预热器4和一级旋风预热器3，与钛铁精矿换热后烟气被冷却至200℃左右、同时钛铁精矿被逐级加热至700℃左右；烟气从一级旋风预热器顶部排出后进入旋风除尘器除尘，再进入布袋收尘器除尘后，经引风机、烟囱排空。
经过水冷塔17-3冷却过的冷却水经水泵17-2输送至水冷螺旋的进水口在水冷螺旋17-1中与焙烧矿换热后，从水冷螺旋17-1的出水口排出，进入到水冷塔17-3的进水口，在水冷塔17-3中冷却后再送回水冷螺旋17-1中，运行过程中损失掉的冷却水从循环水总管中输送至水冷螺旋进水口。
攀西钛铁精矿原矿含TiO2含量45.91％，Fe2O3含量达到5.52％，FeO含量为34.74％，CaO含量0.93％，MgO含量6.51％，经本发明上述工艺氧化焙烧后，钛铁精矿中Fe2O3含量达到40.93％，FeO含量为1.54％，二价铁的氧化率达到95.56％；经上述还原后钛铁精矿中Fe2O3含量为3.12％，FeO含量37.75％，三价铁的还原率达到了92.38％。经氧化-还原得到的焙烧矿在20％浓度HCl中105℃浸出4小时，得到人造金红石中TiO2品位达到91.45％，氧化钙和氧化镁总计含量仅为1.33％，产品的粉化率在2％以下。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种钛铁精矿氧化焙烧-还原焙烧***，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，燃烧室，细粉料阀，中间料阀，流化床还原反应器，还原矿出料阀，焙烧矿冷却器，一级旋风冷却器，二级旋风冷却器，预热煤气一级旋风除尘器，预热煤气二级旋风除尘器，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、氧化炉启动烧嘴和氧化热风炉；
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、还原炉启动烧嘴、还原热风炉和煤气预热器；
所述焙烧矿冷却器包括水冷螺旋、水泵和水冷塔；
所述料仓底部的出料口通过管道与螺旋加料器的进料口相连通，所述螺旋加料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布袋收尘器的进气口相连通，所述旋风除尘器下部的出料口通过管道与细粉料阀的进料口相连通；
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；所述布袋收尘器的底部安装有螺旋输送机，所述螺旋输送机的出料口通过管道与细粉料阀的进料口相连通；
所述多级旋风预热器的最后一级旋风预热器底部的出料口通过管道与进料阀相连通，所述多级旋风预热器的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相连通；
所述进料阀底部的进气口通过管道与空气总管相连通，所述进料阀的出料口与氧化炉进料口通过管道相连通；
所述氧化炉底部的进气口通过管道与氧化热风炉的出气口和煤气预热器壳程的出气口相连通；氧化炉上部的出气口通过管道与氧化炉分离器的进气口相连通；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启动烧嘴，所述氧化炉启动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进气口相连通；
所述细粉料阀顶部的进料口通过管道与旋风除尘器的出料口和布袋收尘器底部的螺旋输送机的出料口相连通，所述细粉料阀下部的进气口通过管道与空气总管相连通，所述细粉料阀的出料口通过管道与氧化炉下部的细粉进料口相连通；
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；
所述还原炉底部的进气口通过管道与煤气预热器管程的出口相连通；所述还原炉上部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的进气口相连通，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的进料口相连通；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；
所述还原炉下部设置有还原炉启动烧嘴，所述还原炉启动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；
所述煤气预热器为列管式换热器，包括管程和壳程，煤气在管程中流动，烟气在壳程中流动；所述管程的进气口通过管道分别与煤气总管和预热煤气二级旋风除尘器的出气口相连通，所述管程的出气口通过管道与还原炉底部的进气口相连通；所述壳程的进气口通过管道与还原热风炉的出气口相连通，所述壳程的出气口通过管道与氧化炉底部的进气口相连通；
所述还原热风炉的进气口通过管道与煤气总管和空气总管相连通，所述还原热风炉的出气口通过管道与煤气预热器壳程的进气口相连通；
所述还原矿出料阀顶部的进料口通过管道与还原炉上部的出料口相连通，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，所述还原矿出料阀下部的出料口通过管道与一级旋风冷却器的出气口相连通；
所述一级旋风冷却器上部的进气口通过管道与煤气总管和二级旋风冷却器的出料口相连通，所述一级旋风冷却器顶部的出气口通过管道与还原矿出料阀的出料口和二级旋风冷却器的进气口相连通，所述一级旋风冷却器底部的出料口通过管道与焙烧矿冷却器的水冷螺旋的进料口相连通；
所述二级旋风冷却器上部的进气口通过管道分别与还原矿出料阀的出料口和一级旋风冷却器的出气口相连通，所述二级旋风冷却器顶部的出气口通过管道与预热煤气一级旋风除尘器的进气口相连通，所述二级旋风冷却器底部的出料口通过管道与一级旋风冷却器的进气口相连通；
所述水冷螺旋的进料口与一级旋风冷却器的出料口、预热煤气一级旋风除尘器的出料口和预热煤气二级旋风除尘器的出料口相连通，经水冷螺旋冷却后的焙烧矿由水冷螺旋的出料口排出，进入下游工段；所述水冷螺旋的进水口通过管道与水泵的出水口和循环水总管相连通，所述水冷螺旋的出水口通过管道与水冷塔的进水口相连通；所述水冷塔的出水口与水泵的进水口通过管道相连通；
所述预热煤气一级旋风除尘器的出气口通过管道与预热煤气二级旋风除尘器的进气口相连通，所述预热煤气一级旋风除尘器的出料口通过管道与水冷螺旋的进料口相连通，所述预热煤气二级旋风除尘器的出气口通过管道与煤气预热器管程的进气口相连通，所述预热煤气二级旋风除尘器的出料口通过管道与水冷螺旋的进料口相连通。
2.根据权利要求1所述的钛铁精矿氧化焙烧-还原焙烧***，其特征是，所述多级旋风预热器为三级旋风预热器，包括：一级旋风预热器、二级旋风预热器和最后一级旋风预热器，所述一级旋风预热器的进气口通过管道与所述二级旋风预热器的出气口通过管道相连通，所述一级旋风预热器底部的出料口通过管道与二级旋风预热器的进气口相连通；所述二级旋风预热器的进气口通过管道与最后一级旋风预热器的出气口相连通，所述二级旋风预热器底部的出料口通过管道与最后一级旋风预热器的进气口相连通。
3.一种利用权利要求1或2所述的***进行钛铁精矿氧化焙烧-还原焙烧的工艺，其特征是，包括以下步骤：
钛铁精矿由料仓经螺旋加料器送入多级旋风预热器中，在与燃烧室和氧化炉分离器排出的尾气完成热交换后，钛铁精矿由多级旋风预热器的最后一级旋风预热器经进料阀进入氧化炉中进行氧化反应，多级旋风预热器的一级旋风预热器出气口排出气体中夹带的钛铁精矿经旋风除尘器和布袋收尘器收集后，通过管道经细粉料阀直接进入氧化炉进行氧化反应；完成氧化反应后的钛铁精矿经中间料阀进入还原炉进行还原反应，还原反应后的钛铁精矿经还原矿出料阀进入一级旋风冷却器、二级旋风冷却器冷却后，再进入水冷螺旋冷却后从水冷螺旋的出料口排出进入下游酸浸工段；煤气和空气分别从煤气总管和空气总管进入氧化热风炉，通过煤气在氧化热风炉中燃烧将空气加热，热空气从氧化热风炉的出气口排出，与从煤气预热器壳程出气口排出的气体一起进入氧化炉，在氧化炉中参与反应后从氧化炉分离器排出；煤气从煤气总管先经一级旋风冷却器、二级旋风冷却器换热，再经预热煤气一级旋风除尘器、预热煤气二级旋风除尘器除尘后，进入煤气预热器的管程进一步预热后进入还原炉，从还原炉排出的尾气经还原炉分离器出气口进入燃烧室燃烧产生热烟气，与从氧化炉分离器出气口排出的热尾气混合后进入多级旋风预热器与钛铁精矿进行热交换以回收热量。
4.根据权利要求3所述的工艺，其特征是：通过氧化热风炉预热空气为氧化炉提供热量，空气的预热温度为700-1000℃。
5.根据权利要求3所述的工艺，其特征是：通过将煤气与还原后的高温焙烧矿换热，在冷却高温焙烧矿的同时，加热煤气。
6.根据权利要求3所述的工艺，其特征是：通过预热煤气为还原炉提供热量，煤气预热通过一级旋风冷却器、二级旋风冷却器和煤气预热器来实现，煤气的预热温度为700-900℃。
7.根据权利要求3所述的工艺，其特征是：采用燃烧室燃烧产生热烟气的方式释放还原炉分离器出口尾气中未反应可燃气体的潜热，通过多级旋风预热器回收热烟气的热量。
8.根据权利要求3所述的工艺，其特征是：采用中间料阀保证钛铁精矿从氧化炉顺利流向还原炉的同时，避免氧化炉中的空气和还原炉中的煤气相互接触。
9.根据权利要求3所述的工艺，其特征是：采用一级旋风冷却器、二级旋风冷却器和水冷螺旋在不接触空气的气氛下逐级冷却还原后的高温焙烧矿。
10.根据权利要求3所述的工艺，其特征是：旋风除尘器和布袋收尘器收集的钛铁精矿细粉通过细粉料阀直接加入到氧化炉中。
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