CN103031433B - 一种钛铁精矿流态化氧化焙烧-流态化还原焙烧***及焙烧工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钛铁精矿流态化氧化焙烧-流态化还原焙烧***及焙烧工艺。本发明采用流化床氧化反应器对钛铁精矿粉体进行氧化焙烧；氧化后的粉体进入流化床还原反应器进行还原焙烧；还原后的粉体经流化床冷却器冷却；流化床还原反应器排出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，燃烧后气体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粉体换热回收热量；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流态化氧化焙烧-流态化还原焙烧***及焙烧工艺。
背景技术
随着氯化法钛白及海绵钛产量的增加，国内外对氯化法所需高品质富钛料的需求大幅增加，自然界中天然的高品质钛矿(金红石矿)很少，难以满足需求，为此需要对低品位的钛铁矿进行提质处理，制备高品质的钛渣或者人造金红石。自然界中的钛铁矿分砂矿和岩矿两类，其中尤以岩矿储量丰富，如我国的攀枝花-西昌地区(攀西地区)的钒钛磁铁矿资源储量有近100亿吨，其中钛以岩矿型钛铁矿存在，储量约8.7亿吨(以TiO2计)，占全国钛资源的90％左右，加拿大、澳大利亚、南非、独联体等国的岩矿型钛铁矿储量也十分丰富。从岩矿型钛铁矿制备高品质钛渣及人造金红石一直是国内外长期并将持续研究的热点课题。
岩矿型钛铁矿可写作Fe TiO3或者FeO·TiO2，通常还有硅、铝、镁、钙、锰、钒等元素以氧化物的形式存在，不同地区的钛铁精矿组成及所含杂质差别较大，比如我国攀西地区的钛铁精矿的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(CaO)、氧化镁(MgO)、氧化锰(MnO)等含量更是高达7-11％；与此对比，澳大利亚的钛铁精矿TiO2含量通常大于54％，非铁杂质在5％以下，MnO含量一般在1.5％左右，CaO及MgO很少。钛铁精矿组成不同，决定了提质制备高品质富钛料的工艺也应有所不同。
钛铁精矿提质制备富钛料是去除其中的铁、硅、铝、镁、钙、锰、钒等杂质的过程，尤其是要将影响后续氯化工艺的氧化镁、氧化钙、氧化锰等的总含量降至1.5％以下。可以通过电炉熔炼的方式将钛铁精矿中的铁还原为铁水而实现钛铁的分离，对于品位高、钙镁锰含量低的钛铁精矿，仅通过电炉熔炼就可得到适合氯化工艺的高品质高钛渣，但对于品位低、钙镁锰含量高的钛铁精矿，通过电炉熔炼后钛渣也达不到氯化工艺的要求，比如攀西地区的钛铁精矿经电炉熔炼后得到的钛渣TiO2含量在80％以下，CaO+MgO却高达7-11％。除了电炉熔炼外，钛铁精矿的提质工艺还包括还原-锈蚀法和酸浸法两类。还原-锈蚀法虽然在澳大利亚应用很成功，但该法对CaO、MgO的去除能力很弱，无法满足攀西钛铁精矿的提质要求，酸浸是攀西钛铁精矿提质制备高品质钛渣或人造金红石的必由之路。
通过酸浸去除钛铁精矿中的铁、钙、镁、锰等元素国内外已研究了几十年，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。焙烧能够在降低产品粉化率的同时提高浸出速度，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。例如，Benilite公司在美国专利US3967954和US4019898中提出通过回转窑还原焙烧来强化浸出，通过加入单质硫形成硫酸盐来提高浸出率，通过在盐酸中加入H2SO4或者硫酸盐来降低产品的粉化率。再如中国发明专利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。美国专利5885324、5830420、6531110，中国专利ZL200810300703.0、ZL200810177520.4等都提出了通过氧化焙烧和还原焙烧对钛铁精矿或高钛渣进行前处理的方法，这些专利的焙烧部分较为相似，都提出采用流化床进行氧化及还原焙烧，不同的只体现在焙烧参数上，如美国专利5885324的氧化焙烧和还原焙烧温度都是750-1000℃，而美国专利5830420和6531110主要针对高钛渣，氧化焙烧温度1000-1100℃，还原焙烧温度700-900℃，中国专利ZL200810300703.0和ZL200810177520.4提出的氧化焙烧温度800-1100℃，还原焙烧温度600-900℃。另一个相似点是这些专利只是提出一个原则流程，对于具体如何实施，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、还原焙烧尾气未反应还原性气体如何回收等都未涉及。实际上，单从焙烧方法上来看，这些专利并未体现很强的创新性，因为对钛铁精矿或高钛渣进行氧化焙烧及还原焙烧处理，在更早的文献，如Auger等人于1978年获得的美国专利4097574中以及Ismail等人发表于International Journal of MineralProcessing，1983，10，161-164上的文章就已有详细的披露。因此，业界迫切需要的不是再“提出”氧化-还原焙烧的原则流程，而是如何实现高效氧化焙烧及还原焙烧的具体工艺。
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，见该专利所附流程图。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的状态下、通过热的气力输送被直接提升至热态中间料仓，中间料仓为保持***连续性所必须，因为后续还原流化床为间歇操作。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)、表压20大气压(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回收得到的氢气混合，先与从还原流化床排出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后，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，进入尾气换热器与反应气体换热，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，造成热量利用效率低；
(2)、该工艺的尾气循环只适用于以纯H2作为还原剂，如果气体中含有惰性气体(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，严重限制了钛铁精矿开发利用的发展，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流态化氧化焙烧-流态化还原焙烧***，用以解决现有技术中的缺陷，具有反应效率高，热量利用充分，焙烧过程经济性好的优点，适合大规模连续工业生产。
一种钛铁精矿流态化氧化焙烧-流态化还原焙烧***，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，氧化热风炉，燃烧室，中间料阀，流化床还原反应器，还原矿出料阀，流化床冷却器、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、氧化炉返料阀和氧化炉补热烧嘴；
所述流化床还原反应器包括：还原炉、还原炉分离器、还原炉返料阀和还原炉补热烧嘴；
所述流化床冷却器包括：冷却流化床和水蒸汽再生器；
所述料仓的出料口通过管道与螺旋加料器的进料口相连接，所述螺旋加料器的出料口通过管路与多级旋风预热器的一级旋风预热器的进气口连接；
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所述布袋收尘器的进气口相连通；所述旋风除尘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；
所述多级旋风预热器的最后一级旋风预热器的出料口通过管道与进料阀相连通，所述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通过管道相连通；
所述进料阀的进气口通过管道与空气总管相连，所述进料阀的出料口通过管道与氧化炉的进料口相连通；
所述氧化炉底部的进气口通过管道与氧化热风炉出气口相连通；所述氧化炉顶部的出气口通过管道与氧化炉分离器进气口相连通；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，所述氧化炉分离器的出气口通过管道与最后一级旋风预热器进气口相连通；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补热烧嘴，所述氧化炉补热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的进气口相连通；
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；
所述还原炉的进气口通过管道与煤气总管和冷却流化床的出气口相连通；所述还原炉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；
所述还原炉下部设置有还原炉补热烧嘴，所述还原炉补热烧嘴的进气口分别通过管道与煤气总管和空气总管相连通；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，所述还原矿出料阀的出料口通过管道与冷却流化床的进料口相连通；
所述冷却流化床底部的进气口通过管道与煤气总管相连，所述冷却流化床顶部的出气口通过管道与还原炉的进气口相连通，所述冷却流化床的上部设有出料口，焙烧矿由此出料口排出进入浸出工段，所述冷却流化床内部的水冷管通过管道与水蒸气再生器相连接。
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相连接，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。
本发明又一工艺特征是：所述布袋收尘器的下部安装有的螺旋输送机，将收集的粉体通过螺旋输送机的出料口送回原料仓。
本发明又一工艺特征是：通过氧化热风炉预热空气和氧化炉补热烧嘴燃烧部分煤气为氧化炉提供所需热量，预热空气温度为700～1000℃，优选的温度为800～900℃，所述氧化炉补热烧嘴设置4～8个，所述氧化炉补热烧嘴燃烧产生的总气量不超过从氧化炉底部通入空气量的1/3。
本发明又一工艺特征是：所述还原炉补热烧嘴通过燃烧部分煤气为还原炉提供所需热量，所述还原炉补热烧嘴设置4～8个，且还原炉补热烧嘴燃烧产生的总气量不超过从还原炉底部通入煤气量的1/3。
本发明的另一个目的是提供了一种采用所述钛铁精矿流态化氧化焙烧-流态化还原焙烧***进行钛铁精矿流态化氧化焙烧-流态化还原焙烧的工艺，包括以下步骤：
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，与来自燃烧室和氧化炉的混合气体完成热交换后进入进料阀，钛铁精矿粉体从进料阀排出后进入氧化炉中进行氧化焙烧，经过氧化焙烧后的钛铁精矿粉体从氧化炉排出后经中间料阀进入还原炉进行还原焙烧，经过还原焙烧后的钛铁精矿粉体从还原炉排出，经还原矿出料阀进入冷却流化床冷却，然后送下游浸出工段；所述还原炉排出尾气中未反应的煤气进入燃烧室燃烧放热，与氧化炉分离器排出的热烟气混合后进入多级旋风预热器与钛铁精矿粉体进行热交换以回收热量。
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能量，并与从氧化炉分离器出气口排出的热烟气混合后，通过多级旋风预热器回收烟气的显热。
本发明又一工艺特征是：所述中间料阀保证钛铁精矿粉体从氧化炉顺利流向还原炉的同时，还可避免氧化炉中的空气和还原炉中的煤气相互接触。
本发明又一工艺特征是：通过流化床冷却器使高温还原焙烧矿粉在隔绝空气气氛下被冷却的同时，回收高温焙烧矿粉的显热。
本发明又一工艺特征是：冷却水以逆流的方式从冷却流化床的低温侧向高温侧流动，经换热的冷却水进入水蒸气再生器，在产生水蒸气的同时被冷却，再循环送回水冷管。
本发明提供的采用流化床对钛铁精矿进行高效氧化焙烧、还原焙烧、焙烧矿冷却的***及工艺。是通过如下方式实现的：
(1)将氧化炉排出的高温尾气与冷的钛铁精矿粉换热，回收氧化焙烧高温尾气的显热；
(2)将还原炉排出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，通过将燃烧高温烟气与冷的钛铁精矿粉换热回收还原焙烧尾气的显热和潜热；
(3)高温尾气/烟气与冷的钛铁精矿粉之间采用三级旋风预热器换热；
(4)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。
(5)采用流化床冷却器，在冷却还原焙烧矿的同时，回收了焙烧矿的显热，一部分用于加热还原煤气，一部分用于产生工艺水蒸气。
采用本发明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进行流态化氧化焙烧-流态化还原焙烧***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-氧化炉补热烧嘴 8-中间料阀 9-氧化热风炉
10-1-还原炉 10-2-还原炉分离器 10-3-还原炉返料阀
10-4-还原炉补热烧嘴11-燃烧室 12-还原矿出料阀
13-1-冷却流化床 13-2-水蒸汽再生器 14-旋风除尘器
15-布袋收尘器 16-引风机 17-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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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。
以攀西地区钒钛磁铁矿经选矿得到的典型钛铁精矿为原料对本发明的实施过程进行叙述，攀西地区钛铁精矿的典型粒度分布见表1、典型组成见表2。
表1.攀西地区典型钛铁精矿粒度分布
表2.攀西地区典型钛铁精矿典型成份
| 组成 | CaO | Fe2O3 | FeO | MgO | MnO | SiO2 | TiO2 |
| wt％ | 0.95 | 5.62 | 35.74 | 6.50 | 0.63 | 3.65 | 46.91 |
请参见图1(其中实心箭头代表的固体物料流路，空心箭头代表气体物料流路)，本实施例所公开的钛铁精矿进行流态化氧化焙烧-流态化还原焙烧***，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和氧化炉补热烧嘴7-4组成的流化床氧化反应器，中间料阀8，氧化热风炉9，由还原炉10-1、还原炉分离器10-2、还原炉返料阀10-3和还原炉补热烧嘴10-4组成的流化床还原反应器，燃烧室11，还原矿出料阀12，由冷却流化床13-1和水蒸汽再生器13-2组合的流化床冷却器，旋风除尘器14，布袋收尘器15，引风机16，烟囱17组合而成。
料仓1的出料口通过管道与螺旋加料器2的进料口相连接，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的进气口连接；
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14的进气口相连通，旋风除尘器14的出气口通过管道与布袋收尘器15的进气口相连通；旋风除尘器14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；
布袋收尘器15的出气口通过管道与引风机16相连通，引风机16通过管道与烟囱17相连通；
多级旋风预热器的最后一级旋风预热器的出料口通过管道与进料阀相连通，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通过管道相连通；
进料阀6的进气口通过管道与空气总管相连，进料阀6的出料口通过管道与氧化炉7-1的进料口相连通；
氧化炉7-1底部的进气口通过管道与氧化热风炉9的出气口相连通；氧化炉7-1顶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，氧化炉分离器7-2的出气口通过管道与最后一级旋风预热器5进气口相连通；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4个(为了简洁图中只画出了1个)氧化炉补热烧嘴7-4，氧化炉补热烧嘴7-4的进气口通过管道分别与煤气总管和空气总管相连通；氧化炉7-1上部的出料口通过管道与中间料阀8的进料口相连通；
氧化热风炉9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9的出气口通过管道与氧化炉7-1底部的进气口相连通；
中间料阀8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的进气口通过管道与煤气总管和冷却流化床13-1的出气口相连通；还原炉10-1的出气口通过管道与还原炉分离器10-2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的返料口相连通；
还原炉10-1下部设置有4个(为了简洁图中只画出了1个)还原炉补热烧嘴10-4，还原炉补热烧嘴10-4的进气口分别通过管道与煤气总管和空气总管相连；还原炉10-1上部的出料口通过管道与还原矿出料阀10-3的进料口相连通；
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的出料口通过管道与冷却流化床13-1的进料口相连通；
冷却流化床13-1底部的进气口通过管道与煤气总管相连，冷却流化床13-1顶部的出气口通过管道与还原炉10-1的进气口相连通，冷却流化床13-1上部设有出料口，焙烧矿由此出料口排出进入浸出工段，冷却流化床13-1内部的水冷管通过管道与水蒸汽再生器13-2相连接。
采用上述钛铁精矿进行流态化氧化焙烧-流态化还原焙烧***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：上述攀西钛铁精矿粉体以1.7吨/小时的速率由料仓1进入螺旋加料器2后送入一级旋风预热器3，一级旋风预热器3出气口中夹带的钛铁精矿粉体经旋风除尘器14收集后返回一级旋风预热器3的进气口；钛铁精矿粉体从一级旋风预热器3底部的出料口排出后进入二级旋风预热器4、最后一级旋风预热器5中，与燃烧室11和氧化炉分离器7-2排出的尾气完成热交换后进入进料阀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，钛铁精矿的平均氧化时间控制在0.5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8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，经还原矿出料阀12进入冷却流化床13-1中冷却，从冷却流化床13-1上部的出料口排出。
压缩空气300Nm3/h从空气总管进入氧化热风炉9中，焦炉煤气20Nm3/h从煤气总管进入氧化热风炉9的烧嘴中与空气一起燃烧，形成950℃左右的预热空气从氧化热风炉9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；焦炉煤气和空气从煤气总管和空气总管经连接管道分别进入周向等距排列的4个氧化炉补热烧嘴7-4中，每个烧嘴通入3Nm3/h的焦炉煤气和18Nm3/h空气，通过燃烧为氧化炉提供热量使氧化炉温度维持在1000℃，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120Nm3/h从煤气总管经连接管道从底部进入还原炉10-1，另一路焦炉煤气120Nm3/h经煤气总管从底部进入冷却流化床13-1，经还原的高温钛铁精矿在冷却流化床13-1中被流化的同时，焦炉煤气被加热至150℃，从冷却流化床13-1顶部排出，经连接管道也从底部进入还原炉10-1，焦炉煤气和空气从煤气总管和空气总管经连接管道分别进入周向等距的4个还原炉补热烧嘴10-4，每个烧嘴通入12Nm3/h的焦炉煤气和6Nm3/h的空气，通过燃烧为还原炉提供热量使还原炉温度维持在750℃，还原炉10-1排出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700Nm3/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，烟气被冷却至200℃左右的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3顶部排出后进入旋风除尘器14除尘，再进入布袋收尘器15除尘后，经引风机16、烟囱17排空。
表1和表2所述的攀西钛铁精矿经本发明上述工艺氧化焙烧后，钛铁精矿中Fe2O3含量达到41.45％，FeO含量为1.83％，二价铁的氧化率达到94.87％；经上述还原后钛铁精矿中Fe2O3含量为2.92％，FeO含量38.29％，三价铁的还原率达到了93.20％。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91.14％，氧化钙和氧化镁总计含量仅为1.07％，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)
1.一种钛铁精矿流态化氧化焙烧-流态化还原焙烧***，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，氧化热风炉，燃烧室，中间料阀，流化床还原反应器，还原矿出料阀，流化床冷却器、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、氧化炉返料阀和氧化炉补热烧嘴；
所述流化床还原反应器包括：还原炉、还原炉分离器、还原炉返料阀和还原炉补热烧嘴；
所述流化床冷却器包括：冷却流化床和水蒸汽再生器；
所述料仓的出料口通过管道与螺旋加料器的进料口相连接，所述螺旋加料器的出料口通过管路与多级旋风预热器的一级旋风预热器的进气口连接；
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所述布袋收尘器的进气口相连通；所述旋风除尘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；
所述多级旋风预热器的最后一级旋风预热器的出料口通过管道与进料阀的进料口相连通，所述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通过管道相连通；
所述进料阀的进气口通过管道与空气总管相连，所述进料阀的出料口通过管道与氧化炉的进料口相连通；
所述氧化炉底部的进气口通过管道与氧化热风炉出气口相连通；所述氧化炉顶部的出气口通过管道与氧化炉分离器进气口相连通；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，所述氧化炉分离器的出气口通过管道与最后一级旋风预热器进气口相连通；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补热烧嘴，所述氧化炉补热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的进气口相连通；
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；
所述还原炉的进气口通过管道与煤气总管和冷却流化床的出气口相连通；所述还原炉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；
所述还原炉下部设置有还原炉补热烧嘴，所述还原炉补热烧嘴的进气口分别通过管道与煤气总管和空气总管相连；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，所述还原矿出料阀的出料口通过管道与冷却流化床的进料口相连通；
所述冷却流化床底部的进气口通过管道与煤气总管相连，所述冷却流化床顶部的出气口通过管道与还原炉的进气口相连通，所述冷却流化床上部设有出料口，焙烧矿经此出料口排出进入下游浸出工段，所述冷却流化床内部的水冷管通过管道与水蒸气再生器相连接。
2.根据权利要求1所述的***，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相连接，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.根据权利要求1所述的***，其特征是：所述布袋收尘器的下部安装有的螺旋输送机，将收集的粉体通过螺旋输送机的出料口送回原料仓。
4.根据权利要求1所述的***，其特征是：通过氧化热风炉预热空气和氧化炉补热烧嘴燃烧部分煤气为氧化炉提供所需热量，预热空气的温度为700～1000℃，所述氧化炉补热烧嘴设置4～8个，所述氧化炉补热烧嘴燃烧产生的总气量不超过从氧化炉底部通入空气量的1/3。
5.根据权利要求1所述的***，其特征是：所述还原炉补热烧嘴通过燃烧部分煤气为还原炉提供所需热量，所述还原炉补热烧嘴设置4～8个，且还原炉补热烧嘴燃烧产生的总气量不超过从还原炉底部通入煤气量的1/3。
6.一种利用权利要求1～5任一项所述***进行钛铁精矿流态化氧化焙烧-流态化还原焙烧的工艺，其特征是，包括以下步骤：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，与来自燃烧室和氧化炉分离器的混合气体完成热交换后进入进料阀，钛铁精矿粉体从进料阀排出后进入氧化炉中进行氧化焙烧，经过氧化焙烧后的钛铁精矿粉体从氧化炉排出后经中间料阀进入还原炉进行还原焙烧，经过还原焙烧后的钛铁精矿粉体从还原炉排出，经还原矿出料阀进入冷却流化床冷却，然后送下游浸出工段；所述还原炉排出尾气中未反应的煤气进入燃烧室燃烧放热，与氧化炉分离器排出的热烟气混合后进入多级旋风预热器与钛铁精矿粉体进行热交换以回收热量。
7.根据权利要求6所述的工艺，其特征是：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能量，并与从氧化炉分离器出气口排出的热烟气混合后，通过多级旋风预热器回收烟气的显热。
8.根据权利要求6所述的工艺，其特征是：所述中间料阀保证钛铁精矿粉体从氧化炉顺利流向还原炉的同时，还可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6所述的工艺，其特征是：通过流化床冷却器使高温还原焙烧矿粉在隔绝空气气氛下被冷却的同时，回收高温还原焙烧矿粉的显热。
10.根据权利要求6所述的工艺，其特征是：冷却水以逆流的方式从冷却流化床的低温侧向高温侧流动，经换热的冷却水进入水蒸气再生器，在产生水蒸气的同时被冷却，再循环送回水冷管。
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