CN109179325B - 一种金属和非金属的高温冶炼的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种金属和非金属的高温冶炼的装置和方法，装置包括还原炉、水化器、离心分离器、液固分离器、碳化反应器、柯来浦单元、硅铁分离器、变换分离***、氨化分离器和安氢***。焦粉、煤粉或垃圾中的有机碳化物在还原炉内与纯氧反生燃烧反应产生高温，生成还原性的一氧化碳气体、硅铁和重金属。一氧化碳在安氢***中生产氢气，还原炉的高温余热进入柯来浦单元发电，产生的电返回供还原炉使用。从还原炉生产出来的硅铁和重金属的混合物进入硅铁分离器，分离生产硅铁和重金属产品。本发明利用柯来浦和安氢***进行热量循环利用，提高了余热利用率，利用还原炉还原回收金属、非金属物质，变废为宝，充分利用了自然资源。

Description

一种金属和非金属的高温冶炼的装置和方法
技术领域
本发明属于金属、非金属生产技术领域，涉及一种金属和非金属的高温冶炼的装置和方法。
背景技术
能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础，在工业飞速发展、全球范围内能耗升高、能源短缺以及温室效应加剧的背景下，发展低碳环保、环境友好型经济成为了必然的选择。节能减排、开发利用节能新技术被喻为继煤炭、石油、天然气和水电之后的“第五种常规能源”，这既是减轻温室效应、降低热污染、保护环境的长远需要，也是缓解能源供应紧张、实现可持续发展的现实需求，最终达到资源、环境、经济、社会的协调发展。当前我国经济正处于持续高速发展时期，能源短缺问题已直接影响着各行各业的生产，发展循环经济、节约型经济成为了当务之急的事情。近年来，新兴的余热发电技术以其高新环保、吻合国家节能减排产业政策的要求等特性，应用领域十分广阔，市场需求潜力巨大。
当前在工业生产中至少有一半的热量以各种形式的余热被直接排放到大气中，这些排出、不加利用的热量不仅增加了企业的生产成本，而且会对环境造成严重污染，不利于经济社会的良性发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种金属和非金属的高温冶炼的装置，充分利用设备尾气等各种高温气体余热，提高余热利用率，本发明的另一目的是提供一种利用所述金属和非金属的高温冶炼装置进行金属和非金属的高温冶炼的方法。
本发明的技术方案是：金属和非金属的高温冶炼装置，包括还原炉、水化器、离心分离器、碳化反应器、柯来浦单元、硅铁分离器、变换分离***、液固分离器、氨化分离器和安氢***。还原炉为回转窑结构，所述回转窑分为混合燃烧室、预热段和还原段，所述混合燃烧室、预热段和还原段依次连通。混合燃烧室设有成品出口、燃料和还原剂入口、富氧进口和矿物入口，所述还原段设有一氧化碳出口。变换分离***设有氢气出口、水蒸气入口、一氧化碳入口和二氧化碳出口。氢气出口连接到安氢***，所述一氧化碳入口通过激冷除尘器与还原炉的一氧化碳出口连接。二氧化碳出口连接到碳化反应器的二氧化碳入口。还原炉的成品出口连接到液固分离器，液固分离器的固相出口通过水化器连接到离心分离器，水化器设有加水口，液固分离器液相出口连接到硅铁分离器，硅铁分离器设有重金属混合物出口和硅铁出口，重金属混合物出口连接到金属产品仓，硅铁出口连接到硅铁产品仓。离心分离器设有固体产物出口和液体产物出口，液体产物出口分为两路，一路连接到氨化分离器，一路连接到碳化反应器。碳化反应器设有轻质碳酸钙出口和氢氧化镁出口，轻质碳酸钙出口连接到轻质碳酸钙产品仓，氢氧化镁出口连接到氢氧化镁产品仓。氨化分离器设有氢氧化钙出口和氢氧化镁出口，氢氧化钙出口连接到氢氧化钙产品仓，氢氧化镁出口连接到氢氧化镁产品仓。
离心分离器液相出口的流出物是氢氧化钙和氢氧化镁乳液。离心分离器固体产物出口流出的固体产物为三氧化二铝。
柯来浦单元包括膨胀机、发电机、导热介质循环管路、氢气热压缩设备和中间再热器，膨胀机出口通过氢气热压缩设备连接到膨胀机入口，膨胀机与发电机轴连接。还原炉设有取热设备，还原炉用电设备与发电机电路连接，取热设备通过导热介质循环管路与柯来浦单元循环连接，氢气热压缩设备可以设置多级。
导热介质循环管路通过取热设备将还原炉的余热回收，然后加热氢气热压缩设备产生高温高压氢气，推动膨胀机做功带动发电机发电，发出的电部分返回还原炉。中间再热器是为膨胀机多做功设置的级间换热器；做功后的低温低压的氢气进入氢气热压缩设备。
安氢***包括两台吸氢反应器、金属氢化物更换装置、乏金属氢化物集装箱和饱和金属氢化物集装箱。吸氢反应器装有以金属镁为主要成分的金属储氢材料，吸氢反应器通过循环换热介质管路与柯来浦单元连接形成循环回路，两台吸氢反应器的金属氢化物出口通过金属氢化物更换装置分别与乏金属氢化物集装箱和饱和金属氢化物集装箱连接。
通过金属氢化物更换装置，将回收的乏金属氢化物集装箱中的乏金属氢化物，打入吸氢反应器中，然后通入来自于变换分离***的氢气，氢气与乏金属氢化物反应生产饱和金属氢化物同时放出热量，生产的饱和金属氢化物通过金属氢化物更换装置加入到饱和金属氢化物集装箱，放出的热量通过循环换热介质管路，回收到柯来浦单元。
还原炉为回转窑结构，回转窑分为混合燃烧室、预热段和还原段，所述混合燃烧室、预热段和还原段依次连通。混合燃烧室设有成品出口、燃料和还原剂入口、富氧进口和矿物入口，所述还原段设有一氧化碳出口，所述回转窑窑壁设计由相应工作温度下的耐火材料和钢制结构组成。
利用上述金属和非金属的高温冶炼装置进行金属和非金属的高温冶炼的方法，焦粉和垃圾原料在还原炉内与纯氧发生燃烧产生高温，生成还原性的一氧化碳气体，焦粉中的二氧化硅和重金属与还原剂焦粉、煤粉或垃圾中的碳反应生成一氧化碳，二氧化硅和重金属氧化物被还原成硅铁和重金属。产生的一氧化碳气体通过激冷除尘器进入变换分离***，在变换分离***中一氧化碳与水蒸汽反应产生二氧化碳和氢气，分离出的二氧化碳进入碳化反应器，与氢氧化钙反应生产轻质碳酸钙，分离出的氢气生产安氢。还原炉的高温余热通过激冷除尘器进入柯来浦单元发电，产生的电力部分供还原炉使用。从还原炉生产出来的硅铁、重金属、三氧化二铝和氧化钙，分两部分出来，其硅铁和重金属的进入硅铁分离器，将硅铁和重金属分离，生产硅铁和重金属产品。另一部分三氧化二铝、氧化钙和氧化镁进入水化器加水反应，氧化钙、氧化镁与水反应分别生成氢氧化钙和氢氧化镁，将三氧化二铝和氢氧化钙、氢氧化镁乳液加入到离心分离器，分离后的固相三氧化二铝Al2O3作为成品外售，液相氢氧化钙、氢氧化镁乳液一部分进入碳化反应器与二氧化碳生成轻质碳酸钙，轻质碳酸钙沉淀与氢氧化镁乳液分离，分离后的轻质碳酸钙沉淀和氢氧化镁都可作为产品出售。液相氢氧化钙、氢氧化镁乳液另一部分进入氨化分离器，在氨化分离器内通入氨水调解乳液的PH值，氢氧化镁沉淀与氢氧化钙乳液实现分离，氢氧化镁和氢氧化钙均可作为产品外售或自用。
所述装置包括还原炉、柯来浦单元、安氢***、激冷除尘器、变换分离***、电石分离器和电石产品仓。混合燃烧室设有成品出口、燃料和还原剂入口、富氧进口和矿物入口，还原段设有一氧化碳出口，氢气出口连接到安氢***。变换分离***设有氢气出口、水蒸汽入口、一氧化碳入口和二氧化碳出口。一氧化碳出口通过激冷除尘器连接到柯来浦单元和变换分离***。一氧化碳入口与激冷除尘器的出口连接，二氧化碳全部收集回收利用。还原炉的成品出口连接到电石分离器，电石分离器有三个产品出口，上部固相（三氧化二铝Al2O3）出口连接到三氧化二铝成品仓，中间液相电石出口连接到电石产品仓，下部硅铁出口连接到硅铁产品仓。燃料和还原剂入口连接到燃料输送设备，富氧进口与纯氧气管路连接鼓入纯氧。还原炉、安氢***、变换分离***和电石产品仓设有热量回收管线，热量回收管线连接到柯来浦单元。
所述装置包括还原炉、柯来浦单元、安氢***、激冷除尘器、变换分离***和金属铁成品仓。混合燃烧室设有成品出口、燃料和还原剂入口、富氧进口和矿物入口，还原段设有一氧化碳出口，一氧化碳出口与激冷除尘器连接。变换分离***设有氢气出口、水蒸汽入口、一氧化碳入口和二氧化碳出口，氢气出口连接到安氢***，一氧化碳入口与激冷除尘器的出口连接，二氧化碳全部收集回收利用。还原炉的成品出口连接到金属铁成品仓；燃料和还原剂入口连接到燃料输送设备，富氧进口与纯氧管路连接。
本发明利用金属和非金属的高温冶炼装置进行金属和非金属的高温冶炼的方法，焦粉、煤粉或垃圾在还原炉内与纯氧发生燃烧反应产生高温，生成还原性的一氧化碳气体，二氧化硅和重金属氧化物被还原成硅铁和重金属；产生的一氧化碳气体进入安氢***，在安氢***中一氧化碳加水反应生产二氧化碳和氢气，分离出的二氧化碳进入碳化反应器，与氢氧化钙反应生产轻质碳酸钙，分离出的氢气生产安氢。还原炉的高温余热进入柯来浦单元发电，产生的电力供还原炉电气设备使用。从还原炉出来的硅铁、重金属、三氧化二铝和氧化钙，分二部分，其中硅铁和重金属混合物进入硅铁分离器，将硅铁和重金属分离，生产硅铁和重金属产品；另一部分三氧化二铝、氧化钙和氧化镁进入水化器加水反应，氧化钙、氧化镁与水反应分别生成氢氧化钙和氢氧化镁，将三氧化二铝和氢氧化钙、氢氧化镁乳液加入到离心分离器，分离后的固相三氧化二铝Al2O3作为成品外售，液相氢氧化钙、氢氧化镁乳液一部分进入碳化反应器与二氧化碳生成轻质碳酸钙，轻质碳酸钙沉淀与氢氧化镁乳液分离，分离后的轻质碳酸钙沉淀和氢氧化镁都可作为产品出售。液相氢氧化钙、氢氧化镁乳液另一部分进入氨化分离器，在氨化分离器内通入氨水调解乳液的PH值，氢氧化镁沉淀与氢氧化钙乳液实现分离，氢氧化镁和氢氧化钙均可作为产品外售或自用。
本发明金属和非金属的高温冶炼的装置和方法利用柯来浦和安氢***进行热量循环利用，充分利用了设备尾气等各种高温气体余热，提高了余热利用率。利用还原炉还原和回收焦粉、煤粉、垃圾、矿物中的金属、非金属物质，变废为宝，减少资源浪费，节能减排，有利于环境保护。
附图说明
图1本发明一种金属和非金属的高温冶炼方法的流程示意图；
图2为柯来浦单元的结构示意图；
图3为安氢***的流程示意图；
图4为还原炉的结构示意图；
图5本发明另一实施例的流程示意图；
图6本发明第三实施例的流程示意图；
其中：1—还原炉、2—水化器、3—离心分离器、4—碳化反应器、5—柯来浦单元、6—硅铁分离器、7—安氢***、8—激冷除尘器、9—取热设备、10—变换分离***、11—氨化分离器、12—电石分离器、13—成品出口、14—燃料和还原剂入口、15—富氧进口、16—矿物入口、17—一氧化碳出口、18—混合燃烧室、19—预热段、20—还原段、21—液固分离器、22—电石产品仓、23—金属铁成品仓、25—循环换热介质管路、40—吸氢反应器、41—金属氢化物更换装置、42—乏金属氢化集装箱、43—饱和金属氢化物集装箱、64—膨胀机、65—发电机、66—导热介质循环管路、67—氢气热压缩设备、68—中间再热器。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明金属和非金属的高温冶炼装置，如图1所示，包括还原炉1、水化器2、离心分离器3、液固分离器21、碳化反应器4、柯来浦单元5、硅铁分离器6、变换分离***10、氨化分离器11和安氢***7。如图4所示，还原炉1为回转窑结构，倾斜5°放置，回转窑分为混合燃烧室18、预热段19和还原段20，混合燃烧室18、预热段19和还原段20依次连通。混合燃烧室18设有成品出口13、燃料和还原剂入口14、富氧进口15和矿物入口16，还原段设有一氧化碳出口17，一氧化碳出口17与激冷除尘器8连接，激冷除尘器8阻止二噁英产生。变换分离***10设有氢气出口、水蒸汽入口、一氧化碳入口和二氧化碳出口，氢气出口连接到安氢***，一氧化碳入口与激冷除尘器8的出口连接，二氧化碳出口连接到碳化反应器4的二氧化碳入口。还原炉的成品出口13连接到液固分离器21，液固分离器的固相（三氧化二铝Al2O3、氧化钙CaO、氧化镁MaO）出口通过水化器2连接到离心分离器3，水化器2设有加水口。液固分离器21的液相（硅铁和重金属混合物）出口连接到硅铁分离器6，硅铁分离器设有重金属混合物出口和硅铁出口，重金属混合物出口连接到重金属产品仓，硅铁出口连接到硅铁产品仓。燃料和还原剂入口14连接到燃料输送设备，富氧进口15与富氧管路连接。还原炉、安氢***、变换分离***、硅铁分离器和水化器设有热量回收管线，热量回收管线连接到柯来浦单元。离心分离器设有固体产物出口和液体产物出口，固体产物出口连接到三氧化二铝产品仓，液体产物出口分为两路，一路连接到氨化分离器，一路连接到碳化反应器4。碳化反应器设有轻钙出口和氢氧化镁出口，轻钙出口连接到轻钙产品仓，氢氧化镁出口连接到氢氧化镁产品仓。氨化分离器设有氢氧化钙出口和氢氧化镁出口，氢氧化钙出口连接到氢氧化钙产品仓，氢氧化镁出口连接到氢氧化镁产品仓。
还原炉的燃料和还原剂为煤粉和垃圾（成分包括二氧化硅SiO2、三氧化二铝Al2O3、氧化铁Fe2O3、氧化钙CaO、氧化镁MgO、重金属氧化物和有机碳化物），煤粉和垃圾在还原炉内与纯氧（或空气或富氧）反应燃烧产生高温，生成还原性的一氧化碳气体，煤粉和垃圾中的二氧化硅和重金属氧化物与还原剂煤粉反应生成一氧化碳，二氧化硅、氧化铁和重金属氧化物被还原成硅铁和重金属。加入还原炉的燃料和还原剂为煤粉和垃圾，根据垃圾的组成成分调整与煤粉的添加比例。
硅铁还原反应：SiO2+2C = Si+2CO Fe2O3+3C =2Fe +3CO
重金属铜、铅还原反应：CuO+C = Cu+CO PbO2+2C =Pb +2CO
产生的一氧化碳气体进入变换分离***，一氧化碳与水反应生成二氧化碳和氢气，一氧化碳变换反应：CO+H2O = CO2+ H2将二氧化碳和氢气分离。一部分二氧化碳进入碳化反应器与氢氧化钙乳液反应生产轻质碳酸钙，Ca（OH）2+CO2= CaCO3 , 另一部分的二氧化碳收集回收。氢气进入安氢***，在安氢***内与金属反应生成金属氢化物作为安氢产品出售。如：金属镁与氢气反应生成金属氢化镁Mg+H2=MgH2。
还原炉、安氢***、变换分离***、硅铁分离器和水化器的高温余热进入柯来浦单元发电，产生的电力一部分返回供还原炉使用。从还原炉出来的硅铁FeSi、重金属（铜Cu、铅Pb）、三氧化二铝Al2O3、氧化钙CaO、氧化镁MgO分成二相，液相硅铁和重金属的混合物进入硅铁分离器，将硅铁和重金属分离，生产硅铁和重金属产品。重金属铜、铅还原反应：CuO+C =Cu+CO PbO2+2C =Pb +2CO 。固相三氧化二铝Al2O3、氧化钙CaO、氧化镁MgO进入水化器加水反应，其中氧化钙CaO、氧化镁MgO与水反应生成氢氧化钙、氢氧化镁，氧化钙CaO氧化镁MgO水化反应：CaO+H2O=Ca（OH）2 MgO+H2O=Mg（OH）2，三氧化二铝Al2O3不与水反生反应，将三氧化二铝Al2O3和氢氧化钙、氢氧化镁乳液加入到离心分离器，分离后的固相三氧化二铝Al2O3作为成品外售，液相氢氧化钙、氢氧化镁乳液一部分进入碳化反应器与二氧化碳生成碳酸钙，碳酸钙沉淀与氢氧化镁乳液分离，分离后的轻质碳酸钙沉淀和氢氧化镁均可作为产品出售。液相氢氧化钙、氢氧化镁乳液一部分进入氨化分离器，在氨化分离器内通入氨水调解乳液的PH值，当PH=7.7~11.2时，氢氧化镁沉淀与氢氧化钙乳液实现分离，氢氧化镁和氢氧化钙均可作为产品外售或自用。
本发明金属和非金属的高温冶炼方法的工作原理是：在还原炉中加入煤粉和垃圾在混合燃烧室18内燃烧，在预热段产生1800℃的高温生成一氧化碳气体，在还原炉1的还原段20和预热段19的窑膛内氧化物被一氧化碳和过量的碳元素还原，还原成硅铁、重金属混合物和氧化钙、氧化镁、氧化铝等。一氧化碳气体首先进入激冷除尘器进行降温除尘，回收下来的粉灰送回矿物入口，激冷除尘器放出的余热由柯来浦单元进行回收利用，除尘后的一氧化碳气体进入变换分离***，在变换分离***中一氧化碳与水反应生成二氧化碳和氢气，其中的二氧化碳进入碳化反应器，与氢氧化钙反应生产轻质碳酸钙。氢气进入安氢***生产安氢产品外售。还原炉、安氢***、变换分离***、硅铁分离器和水化器的高温余热进入柯来浦单元发电，产生的电力部分返回供还原炉使用。从还原炉出来的液相硅铁（熔点约1414℃）和重金属混合物进入硅铁分离器，将硅铁和重金属分离，生产硅铁和重金属产品。
如图2所示，柯来浦单元5包括膨胀机64、发电机65、导热介质循环管路66、氢气热压缩设备67和中间再热器68，膨胀机出口通过氢气热压缩设备连接到膨胀机入口，膨胀机与发电机轴连接。还原炉1设有取热设备9，取热设备通过导热介质循环管路66与柯来浦单元循环连接。导热介质循环管路66通过取热设备9将还原炉的余热回收，然后加热氢气热压缩设备（内装有稀土系金属氢化物，金属氢化物受热释放处氢气，释放氢气后的物质可以可逆的吸收氢气，吸收氢气时放出热量）67产生高温高压氢气，推动膨胀机64做功带动发电机65发电，发出的电部分返回还原炉使用。中间再热器68是为膨胀机设置的级间换热器。由于温度较高，氢气热压缩设备67可以设置为多级。
如图3所示，安氢***7包括两台吸氢反应器40、金属氢化物更换装置41、乏金属氢化物集装箱42和饱和金属氢化物集装箱43。吸氢反应器装有以金属镁为主要成分的金属储氢材料，吸氢反应器通过循环换热介质管路25与柯来浦单元5连接形成循环回路，两台吸氢反应器的金属氢化物出口通过金属氢化物更换装置分别与乏金属氢化物集装箱42和饱和金属氢化物集装箱43连接。通过金属氢化物更换装置41，将回收的乏金属氢化物集装箱42中的乏金属氢化物，打入吸氢反应器40中，然后通入来自于变换分离***的氢气，氢气与乏金属氢化物反应生产饱和金属氢化物同时放出热量，生产的饱和金属氢化物通过金属氢化物更换装置41加入到饱和金属氢化物集装箱43，放出的热量通过循环换热介质管路25，回收到柯来浦单元。
还原炉分为三段，前段为煤粉和富氧空气的混合燃烧室，中段为预热段，此时燃烧达到了最高约1800℃，后段为还原段，二氧化硅、氧化铁和其它重金属氧化物在此还原为硅铁和重金属混合物。还原炉1还原后的硅铁和重金属混合物与其它金属氧化物（三氧化二铝Al2O3、氧化钙CaO、氧化镁MgO）从产品出口13排出，经过分离后液态硅铁和重金属混合物进入硅铁分离器，其它金属氧化物（三氧化二铝Al2O3、氧化钙CaO、氧化镁MgO）进入水化器2中。
整个装置内部循环：还原炉、安氢***、变换分离***、硅铁分离器和水化器的高温余热进入柯来浦单元发电，部分电力返回供还原炉使用；一氧化碳气体进入变换分离***，在变换分离***中一氧化碳与水反应生成二氧化碳和氢气，其中的二氧化碳进入碳化反应器，与氢氧化钙反应生产轻质碳酸钙。
实施例2
本发明金属和非金属的高温冶炼装置，如图5所示，包括还原炉1、柯来浦单元5、安氢***7、激冷除尘器8、变换分离***10、电石分离器12和电石产品仓22。混合燃烧室18设有成品出口13、燃料和还原剂入口14、富氧进口15和矿物入口16，还原段设有一氧化碳出口17，一氧化碳出口17与激冷除尘器8连接。变换分离***10设有氢气出口、水蒸汽入口、一氧化碳入口和二氧化碳出口，氢气出口连接到安氢***，一氧化碳入口与激冷除尘器8的出口连接，二氧化碳全部收集回收利用。还原炉的成品出口13连接到电石分离器12，电石分离器12有三个产品出口，上部固相（三氧化二铝Al2O3）出口连接到三氧化二铝成品仓，中间液相电石出口连接到电石产品仓22，下部硅铁出口连接到硅铁产品仓。燃料和还原剂入口14连接到燃料输送设备，富氧进口15与纯氧气管路连接鼓入纯氧。还原炉、安氢***、变换分离***和电石产品仓设有热量回收管线，热量回收管线连接到柯来浦单元。
还原炉的燃料和还原剂为煤粉，矿物入口加入氧化钙粉，煤粉在还原炉的混合燃烧室18内与纯氧燃烧在预热段产生2200℃的高温，生成还原性的一氧化碳气体，煤粉中的二氧化硅和氧化铁与煤粉中的碳反应生成一氧化碳，二氧化硅和氧化铁被煤粉中的碳还原成硅铁，加入还原炉的氧化钙粉与煤粉，在还原炉1的还原段20和预热段19的窑膛内氧化钙与过量的碳元素反应生成电石。根据煤粉的组成成分调整煤粉与氧化钙和纯氧的质量比例为 煤粉：氧化钙：纯氧=1.1：0.45：1。从还原炉出来的硅铁FeSi、三氧化二铝Al2O3、电石进入电石分离器12，分成三部分固相为三氧化二铝，液相下层为硅铁，上层为电石，将三种物质分离作为产品出售。本实施例其它工艺与实施例1相同。
实施例3
本发明金属和非金属的高温冶炼装置，如图6所示，包括还原炉1、柯来浦单元5、安氢***7、激冷除尘器8、变换分离***10和金属铁成品仓23。混合燃烧室18设有成品出口13、燃料和还原剂入口14、富氧进口15和矿物入口16，还原段设有一氧化碳出口17，一氧化碳出口17与激冷除尘器8连接。变换分离***10设有氢气出口、水蒸汽入口、一氧化碳入口和二氧化碳出口，氢气出口连接到安氢***，一氧化碳入口与激冷除尘器8的出口连接，二氧化碳全部收集回收利用。还原炉的成品出口13连接到金属铁成品仓23。燃料和还原剂入口14连接到燃料输送设备，富氧进口15与纯氧管路连接。
还原炉的燃料和还原剂为煤粉，矿物入口16加入氧化铁矿粉，煤粉在还原炉内与纯氧燃烧在预热段产生1700℃的高温，生成还原性的一氧化碳气体，氧化铁矿粉与煤粉中的碳反应生成一氧化碳和金属铁。根据煤粉的组成成分调整煤粉与氧化铁矿粉和纯氧的比例为煤粉：氧化铁矿粉：纯氧=5：1.3：1。本实施例其它工艺与实施例2相同。

Claims (10)

1.一种金属和非金属的高温冶炼装置，其特征是：所述装置包括还原炉（1）、水化器（2）、离心分离器（3）、碳化反应器（4）、柯来浦单元（5）、硅铁分离器（6）、变换分离***（10）、液固分离器（21）、氨化分离器（11）和安氢***（7）；所述还原炉（1）为回转窑结构，所述回转窑分为混合燃烧室（18）、预热段（19）和还原段（20），所述混合燃烧室（18）、预热段（19）和还原段（20）依次连通；所述混合燃烧室（18）设有成品出口（13）、燃料和还原剂入口（14）、富氧进口（15）和矿物入口（16），所述还原段设有一氧化碳出口（17）；所述变换分离***（10）设有氢气出口、水蒸气入口、一氧化碳入口和二氧化碳出口，所述氢气出口连接到安氢***，所述一氧化碳入口通过激冷除尘器与还原炉（1）的一氧化碳出口连接，所述二氧化碳出口连接到碳化反应器（4）的二氧化碳入口；所述还原炉的成品出口（13）连接到液固分离器（21），液固分离器的固相出口通过水化器（2）连接到离心分离器（3），水化器（2）设有加水口，所述液固分离器（21）液相出口连接到硅铁分离器（6），硅铁分离器设有重金属混合物出口和硅铁出口，重金属混合物出口连接到金属产品仓，硅铁出口连接到硅铁产品仓；所述离心分离器设有固体产物出口和液体产物出口，所述液体产物出口分为两路，一路连接到氨化分离器，一路连接到碳化反应器（4）；所述碳化反应器设有轻质碳酸钙出口和氢氧化镁出口，所述轻质碳酸钙出口连接到轻质碳酸钙产品仓，所述氢氧化镁出口连接到氢氧化镁产品仓；所述氨化分离器设有氢氧化钙出口和氢氧化镁出口，所述氢氧化钙出口连接到氢氧化钙产品仓，所述氢氧化镁出口连接到氢氧化镁产品仓。
2.根据权利要求1所述金属和非金属的高温冶炼装置，其特征是：所述离心分离器（3）液相出口的流出物是氢氧化钙和氢氧化镁乳液；所述离心分离器（3）固体产物出口流出的固体产物为三氧化二铝。
3.根据权利要求1所述金属和非金属的高温冶炼装置，其特征是：所述柯来浦单元包括膨胀机（64）、发电机（65）、导热介质循环管路（66）、氢气热压缩设备（67）和中间再热器（68），膨胀机出口通过氢气热压缩设备连接到膨胀机入口，膨胀机与发电机轴连接；所述还原炉（1）设有取热设备（9），所述还原炉用电设备与发电机（65）电路连接，所述取热设备通过导热介质循环管路（66）与柯来浦单元循环连接。
4.根据权利要求3所述金属和非金属的高温冶炼装置，其特征是：所述导热介质循环管路（66）通过取热设备（9）将还原炉的余热回收，然后加热氢气热压缩设备（67）产生高温高压氢气，推动膨胀机（64）做功带动发电机（65）发电，发出的电部分返回还原炉；中间再热器（68）是为膨胀机多做功设置的级间换热器；做功后的低温低压的氢气进入氢气热压缩设备（67）。
5.根据权利要求1所述金属和非金属的高温冶炼装置，其特征是：所述安氢***（7）包括两台吸氢反应器（40）、金属氢化物更换装置（41）、乏金属氢化物集装箱（42）和饱和金属氢化物集装箱（43）；所述吸氢反应器装有以金属镁为主要成分的金属储氢材料，所述吸氢反应器通过循环换热介质管路（25）与柯来浦单元（5）连接形成循环回路，两台吸氢反应器的金属氢化物出口通过金属氢化物更换装置分别与乏金属氢化物集装箱（42）和饱和金属氢化物集装箱（43）连接。
6.根据权利要求5所述金属和非金属的高温冶炼装置，其特征是：通过金属氢化物更换装置（41），将回收的乏金属氢化物集装箱（42）中的乏金属氢化物，打入吸氢反应器（40）中，然后通入来自于变换分离***的氢气，氢气与乏金属氢化物反应生产饱和金属氢化物同时放出热量，生产的饱和金属氢化物通过金属氢化物更换装置（41）加入到饱和金属氢化物集装箱（43），放出的热量通过循环换热介质管路（25），回收到柯来浦单元。
7.根据权利要求1所述金属和非金属的高温冶炼装置，其特征是：所述还原炉（1）为回转窑结构，所述回转窑分为混合燃烧室（18）、预热段（19）和还原段（20），所述混合燃烧室（18）、预热段（19）和还原段（20）依次连通；所述混合燃烧室（18）设有成品出口（13）、燃料和还原剂入口（14）、富氧进口（15）和矿物入口（16），所述还原段设有一氧化碳出口（17），所述回转窑窑壁设计由相应工作温度下的耐火材料和钢制结构组成。
8.一种利用权利要求1所述金属和非金属的高温冶炼装置进行金属和非金属的高温冶炼的方法，其特征是：焦粉和垃圾原料在还原炉（1）内与纯氧发生燃烧产生高温，生成还原性的一氧化碳气体，焦粉中的二氧化硅和重金属与还原剂焦粉、煤粉或垃圾中的碳反应生成一氧化碳，二氧化硅和重金属氧化物被还原成硅铁和重金属；产生的一氧化碳气体通过激冷除尘器（8）进入变换分离***（10），在变换分离***中一氧化碳与水蒸汽反应产生二氧化碳和氢气，分离出的二氧化碳进入碳化反应器，与氢氧化钙反应生产轻质碳酸钙，分离出的氢气生产安氢；所述还原炉（1）的高温余热通过激冷除尘器进入柯来浦单元（5）发电，产生的电力部分供还原炉使用；从还原炉生产出来的硅铁、重金属、三氧化二铝和氧化钙，分两部分出来，其硅铁和重金属的进入硅铁分离器，将硅铁和重金属分离，生产硅铁和重金属产品；另一部分三氧化二铝、氧化钙和氧化镁进入水化器加水反应，氧化钙、氧化镁与水反应分别生成氢氧化钙和氢氧化镁，将三氧化二铝和氢氧化钙、氢氧化镁乳液加入到离心分离器，分离后的固相三氧化二铝Al2O3作为成品外售，液相氢氧化钙、氢氧化镁乳液一部分进入碳化反应器与二氧化碳生成轻质碳酸钙，轻质碳酸钙沉淀与氢氧化镁乳液分离，分离后的轻质碳酸钙沉淀和氢氧化镁作为产品出售；液相氢氧化钙、氢氧化镁乳液另一部分进入氨化分离器，在氨化分离器内通入氨水调解乳液的pH 值，氢氧化镁沉淀与氢氧化钙乳液实现分离，氢氧化镁和氢氧化钙作为产品外售或自用。
9.一种金属和非金属的高温冶炼装置，其特征是：所述装置包括还原炉（1）、柯来浦单元（5）、安氢***（7）、激冷除尘器（8）、变换分离***（10）、电石分离器（12）和电石产品仓（22）；混合燃烧室（18）设有成品出口（13）、燃料和还原剂入口（14）、富氧进口（15）和矿物入口（16），还原段设有一氧化碳出口（17），氢气出口连接到安氢***；所述变换分离***（10）设有氢气出口、水蒸汽入口、一氧化碳入口和二氧化碳出口；所述一氧化碳出口（17）通过激冷除尘器（8）连接到柯来浦单元（5）和变换分离***（10）；一氧化碳入口与激冷除尘器（8）的出口连接，二氧化碳全部收集回收利用；所述还原炉的成品出口（13）连接到电石分离器（12），电石分离器（12）有三个产品出口，上部固相出口连接到三氧化二铝成品仓，中间液相电石出口连接到电石产品仓（22），下部硅铁出口连接到硅铁产品仓；燃料和还原剂入口（14）连接到燃料输送设备，富氧进口（15）与纯氧气管路连接鼓入纯氧；所述还原炉、安氢***、变换分离***和电石产品仓设有热量回收管线，热量回收管线连接到柯来浦单元。
10.一种金属和非金属的高温冶炼装置，其特征是：所述装置包括还原炉（1）、柯来浦单元（5）、安氢***（7）、激冷除尘器（8）、变换分离***（10）和金属铁成品仓（23）；混合燃烧室（18）设有成品出口（13）、燃料和还原剂入口（14）、富氧进口（15）和矿物入口（16），还原段设有一氧化碳出口（17），一氧化碳出口（17）与激冷除尘器（8）连接；变换分离***（10）设有氢气出口、水蒸汽入口、一氧化碳入口和二氧化碳出口，氢气出口连接到安氢***，一氧化碳入口与激冷除尘器（8）的出口连接，二氧化碳全部收集回收利用；还原炉的成品出口（13）连接到金属铁成品仓（23）；燃料和还原剂入口（14）连接到燃料输送设备，富氧进口（15）与纯氧管路连接。
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