CN116462162A - 硫酸钠杂盐熔融还原炉、硫化钠制液***及应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了硫酸钠杂盐熔融还原炉、硫化钠制液***及应用。该熔融还原炉包括炉体和加热机构；所述炉体的内部形成有与外部隔绝设置的空腔；所述空腔中分隔有熔融区和还原区，且所述熔融区的底部和所述还原区的底部相互连通；所述炉体中设有向所述熔融区进行输料的进料通道，以及对所述还原区进行排液的出液通道；所述加热机构包括对所述熔融区进行加热的熔融加热组件、以及对所述还原区进行加热的还原加热组件。本发明提供的硫酸钠杂盐熔融还原炉，可以降低能耗和污染，提升硫化钠的纯度，且操作简单。

Description

硫酸钠杂盐熔融还原炉、硫化钠制液***及应用

技术领域

本发明涉及固体废弃物的资源化利用，尤其涉及一种硫酸钠杂盐熔融还原炉、硫化钠制液***及应用。

背景技术

现代工业生产中，煤电、冶炼、新材料等行业的烟气净化使用了大量的氢氧化钠喷淋脱硫，喷淋液中钠离子与含硫烟气反应生成了大量的硫酸钠杂盐，目前绝大多数相关企业所产生的硫酸钠杂盐均作固废堆存。

将无价值且存在一定安全、环保隐患的硫酸钠杂盐固废转化为高价值的硫化钠，返回工业生产应用中或再生制备成新的硫化钠工业产品，将实现钠、硫元素的循环利用，达到清洁生产、零排放的目的。

硫化碱(硫化钠)广泛用于造纸、皮革、聚苯硫醚(特种工程塑料PPS)、有色金属选矿、冶炼重金属及含砷污水处理、纺织、印染、染料、颜料、聚硫橡胶、医药、有机化工中间体、立德粉制造等行业，是实现硫酸钠杂盐固废资源化利用的重要途径。

现有的原矿硫化钠及再生硫化钠生产企业中，90％以上均采用粉煤还原法，其余为硫酸钡副产物法和碱液吸收硫化氢法。

1、粉煤还原法基本多数采用转炉焙烧芒硝、硫酸钠杂盐混合粉煤制备硫化钠粗碱，再经热碱浸出、蒸发结晶等工艺获得工业硫化钠。该法能耗大、污染重、产品纯度低、操作复杂，且不能实现连续生产，也难以避免助燃空气中残氧导致的还原后硫化钠发生逆反应的问题；

2、硫酸钡副产物法为用煤还原硫酸钡制取硫化钡，再加入硫酸钠溶液处理，生成硫化钠和沉淀硫酸钡，经抽滤分离，蒸发浓缩后得到合格硫化钠产品。该法相对粉煤还原法生产成本较低，但生产流程教长，原料性质也非常受限，不适宜固废硫酸钠杂盐的再生利用；

3、碱液吸收硫化氢法，目前美国、英国、日本等国家多采用此方法生产硫化碱。以氢氧化钠溶液吸收工业硫化氢废气后，经蒸发制得硫化碱。该方法工艺流程相对简单，设备投资较小，产品纯度好，三废污染较易控制。但该方法需依托大量产生硫化氢废气的工业装置，具有很大的局限性，另外原料成本较高，不适合我国的国情。

鉴于此，有必要提供一种硫酸钠杂盐熔融还原炉、硫化钠制液***及应用，以解决或至少缓解上述能耗大、污染重、产品纯度低、操作复杂的技术缺陷。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种硫酸钠杂盐熔融还原炉、硫化钠制液***及应用，旨在解决上述能耗大、污染重、产品纯度低、操作复杂的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种硫酸钠杂盐熔融还原炉，所述熔融还原炉包括炉体和加热机构。

所述炉体的内部具有空腔。所述空腔中分隔有熔融区和还原区，且所述熔融区的底部和所述还原区的底部相互连通。

所述炉体中设有向所述熔融区进行输料的进料通道、对所述还原区进行排液的出液通道以及以及将所述熔融区和所述还原区中至少一者向外排气的气体排出通道。

所述进料通道的出料口和所述熔融区连通设置，所述出液通道的进液口和所述还原区连通设置。

所述加热机构包括对所述熔融区进行加热的熔融加热组件、以及对所述还原区进行加热的还原加热组件。

进一步地，所述进料通道的出料口位于所述熔融区的上方。

进一步地，所述炉体中还设有格挡组件，所述空腔通过所述格挡组件分隔形成所述熔融区和所述还原区。

所述格挡组件与所述空腔的内底面之间间隔设置，形成底流通道。所述熔融区的底部和所述还原区的底部通过所述底流通道相互连通。所述出液通道的进液口远离所述底流通道设置。

进一步地，所述熔融加热组件包括第一电加热件，所述还原加热组件包括第二电加热件。

所述第一电加热件在工作时伸入所述熔融区的内部，所述第二电加热件在工作时伸入所述还原区的内部。

进一步地，所述熔融加热组件还包括第一驱动件，所述还原加热组件还包括第二驱动件。

所述第一驱动件用于驱动所述第一电加热件在所述熔融区内上下移动。所述第二驱动件用于驱动所述第二电加热件在所述还原区内上下移动。

进一步地，所述出液通道包括虹吸管路，所述虹吸管路的进液口与所述还原区的底部连通设置。

进一步地，所述虹吸管路上设有出液辅热组件，所述出液辅热组件用于对所述虹吸管路加热。

进一步地，所述炉体设有熔融区应急排流通道和还原区应急排流通道。

所述熔融区应急排流通道与所述熔融区的底部连通设置，所述还原区应急排流通道和所述还原区的底部连通设置。

所述熔融区应急排流通道设有熔融区排流阀体和熔融区辅热组件。所述还原区应急排流通道设有还原区排流阀体和还原区辅热组件。

本发明还提供一种如上述任意一项所述的熔融还原炉在还原硫酸钠杂盐中的应用。

本发明还提供一种硫化钠制液***，包括如上述的熔融还原炉，还包括混料装置和制液装置。

所述熔融还原炉的所述进料通道与所述混料装置的出料口连通设置，以接收所述混料装置中的混合物料。

所述熔融还原炉的所述出液通道和所述制液装置连通，以将所述还原区中硫化钠熔体排出至所述制液装置中。

进一步地，所述混料装置包括原料仓、辅料仓、混料室和密闭输送机构。

所述原料仓和所述辅料仓的出料口均与所述混料室连通设置。所述混料室的出料口通过所述密闭输送机构与所述熔融还原炉的所述进料通道密闭连通设置。

进一步地，所述制液装置包括：

水淬反应装置，具有容纳腔。所述出液通道与所述容纳腔连通。

水淬喷枪，与所述容纳腔连通，并朝向所述出液通道的开口，用于对所述硫化钠熔体进行冷却，得到硫化钠热溶液。

固液分离机构，与所述容纳腔连通，并位于所述出液通道的下方，用于分离所述硫化钠热溶液中的硫化钠溶液。

进一步地，所述制液装置还包括位于所述水淬反应装置的容纳腔下方的搅拌机构。

进一步地，所述制液装置还包括冲击板，所述冲击板位于所述容纳腔内，与所述水淬喷枪相对设置，并位于所述水淬喷枪的喷射范围内。

进一步地，所述水淬喷枪和所述出液通道位于所述水淬反应装置的同侧，且所述水淬喷枪的开口向上设置。

进一步地，所述制液装置还包括水蒸气吸收机构，所述水蒸气吸收机构与所述容纳腔的上方连通。

进一步地，所述水淬喷枪包括文丘里式管道混合器，所述文丘里式管道混合器的主管道与所述所述容纳腔下方连通，所述文丘里式管道混合器的侧边吸入口与外界的水箱连接。

进一步地，所述固液分离机构为压滤机，滤出液为所述硫化钠溶液。

本发明还提供一种上述的硫化钠制液***在制备硫化钠溶液中的应用。

进一步地，在制备所述硫化钠的过程中，控制所述熔融区的工作温度为750～850℃，控制所述还原区的工作温度为900～950℃。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

本发明提供的一种硫酸钠杂盐熔融还原炉，可以降低能耗和污染，提升硫化钠的纯度，且操作简单。具体地，本发明通过设置熔融区和还原区，并将熔融区的底部和还原区的底部相互连通，可以进行连续式地熔融还原，且可以通过控制给料速度控制硫酸钠杂盐的还原反应时间，进而控制硫化钠的纯度。基于熔融区和还原区的双区设置，结合进料通道和出液通道，本发明还可以保证连续式的进料和出液，从而为连续生产提供基础，避免了炉体的多次降温升温，降低了能耗，减少了电极损耗，简便了操作。此外，本发明通过对熔融区和还原区直接加热，能降低传统加热过程中产生的污染和能耗。

本发明提供的一种硫化钠制液***，硫酸钠杂盐熔融还原炉将硫酸钠杂盐还原成硫化钠熔体，利用水淬喷枪的水对硫化钠熔体进行冷却，得到硫化钠热溶液，固液分离之后即得到硫化钠溶液。该硫化钠制液***可以有效的制备硫化钠溶液，能降低传统加热过程中产生的污染和能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明一实施方式的硫化钠制备***的部分结构示意图；

图2为本发明一实施方式的硫化钠制备***的剖面示意图；

图3a为本发明一实施方式的制液装置的示意图；

图3b为本发明一实施方式的制液装置的示意图；

图4为本发明实施例1中制备硫化钠的流程示意图。

附图标记：100、熔融还原炉；101、原料仓；102、辅料仓；103、混料装置；104、密闭输送机构；105、熔融加热组件；106、还原加热组件；107、升降电机；108、密封环；109、熔融区应急排流通道；110、还原区应急排流通道；111、虹吸管路；12、出液辅热组件；

10、熔融区；11、还原区；16、还原区辅热组件；17、格挡组件；18、熔融区辅热组件；

20、水淬反应装置；21、容纳腔；22、渣浆泵；

30、水淬喷枪；31、文丘里式管道混合器；32、主管道；33、侧边吸入口；34、循环泵；

40、固液分离机构；41、搅拌桨叶；

50、冲击板；

60、水蒸气吸收机构。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施方式，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施方式中所有方向性指示(诸如上、下……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。

需指出的是，硫酸钠杂盐作为一种固体废弃物，目前尚无一种较为环保可靠且经济实用的处理手段实现该种固废的合理再生利用。

为了实现硫酸钠杂盐的资源化利用，参见图1-2中示出的熔融还原炉100，本发明提供了一种硫酸钠杂盐熔融还原炉100，所述熔融还原炉100包括炉体和加热机构。

所述炉体的内部形成有与外部隔绝设置的空腔，以提供熔融还原的场所，且避免氧气的进入。

所述空腔中分隔有熔融区10和还原区11，所述熔融区10即为熔融炉膛，主要用于对硫酸钠杂盐进行熔融；所述还原区11即为还原炉膛，主要用于对熔融后的硫酸钠杂盐进行还原。

所述炉体中设有格挡组件17，所述空腔通过所述格挡组件17分隔形成所述熔融区10和所述还原区11。具体地，所述熔融区10和所述还原区11可以通过所述格挡组件17在横向上分隔设置，所述格挡组件17可以为高镁材质，所述格挡组件17具体可以由强耐碱性高镁质耐火砖组成，即由隔墙组成。

为了确保熔融和还原的连续性，所述熔融区10的底部和所述还原区11的底部相互连通。具体可以为，所述格挡组件17与所述空腔的内底面之间间隔设置；即所述格挡组件17与所述空腔的内底面之间具有间隙，从而使得所述格挡组件17与所述空腔的内底面之间形成有底流通道，所述熔融区10的底部和所述还原区11的底部通过所述底流通道相互连通。

作为一可选的实施方式，所述强耐碱性高镁质耐火砖可以不延伸至所述空腔的内顶面，即所述格挡组件17和所述空腔的内顶面可以具有一定间距。基于此，除所述熔融区10和所述还原区11外，所述空腔内还可以具有活动区，所述活动区同时位于所述熔融区10和所述还原区11的上方，并与所述熔融区10和所述还原区11共同构成所述空腔。

为了便于将熔融区和还原区产生的气体排出，具体地，炉体中还设有气体排出通道。气体排出通道将所述熔融区和所述还原区中至少一者向外排气。气体排出通道的进气端与熔融区和还原区至少一者连通，出气端与炉体外连通，如与外部的气体收集装置连通设置，气体收集装置中可以设有负压机构，以对便于将还原区和熔融区产生的气体抽取至气体收集装置中。

气体排出通道的进气端可以同时和所述熔融区10、还原区11连通设置，也可以直接和所述活动区连通设置；所述气体排出通道的进气端与所述活动区的连通位置可以位于所述还原区的正上方，且所述气体排出通道的排气端可以和具有负压机构的气体收集装置连通设置。

为了便于对所述熔融区10进行输料，所述炉体设有向所述熔融区10进行输料的进料通道，所述进料通道的出料口和所述熔融区10连通设置。所述进料通道的出料口可以位于所述熔融区10的上方；具体地，所述进料通道可以竖向设置，所述进料通道的进料口靠上，与外部密闭输送机构104的出料口连通且密闭设置；所述进料通道的出料口靠下，并与所述空腔直接连通，且在竖向上与所述熔融区10重合。

为了便于对所述还原区11进行排液，所述炉体还设有对所述还原区11进行排液的出液通道，所述出液通道的进液口和所述还原区11连通设置；所述出液通道可以包括或为虹吸管路111，即所述虹吸管路111可以构成所述出液通道；所述虹吸管路111的进液口与所述还原区11的底部连通设置，即所述虹吸管路111的进液口可以延伸至所述还原区11的底部；所述虹吸管路111的出液口与外部装置连通设置，例如，可以和制液装置112的落液口密闭连通设置。

为了避免所述出液通道将还未进行还原的熔体排出，所述出液通道的进液口可以远离所述底流通道设置。

为了便于还原后熔体的输送，所述虹吸管路111的内部最高处可以低于所述还原区11的最高处，即所述出液通道的最高处可以低于所述还原区11的最高处，且最好低于还原区11中熔体的最高液面处；所述虹吸管路111的材质可以为定制成型的刚玉管或镁锆管等无机材料。

进一步地，为了避免熔体固结，所述虹吸管路111上可以设有出液辅热组件12，所述出液辅热组件12用于对所述虹吸管路加热111，所述出液辅热组件12可以为包括缠绕在所述虹吸管路111外侧的电阻丝，即所述出液辅热组件12的辅热方式可以为电阻辅热。

所述加热机构包括对所述熔融区10进行加热的熔融加热组件105、以及对所述还原区11进行加热的还原加热组件106。

所述熔融加热组件105和所述还原加热组件106均可以包括电加热件，即：所述熔融加热组件105可以包括第一电加热件，所述还原加热组件106可以包括第二电加热件；所述第一电加热件在工作时伸入所述熔融区10的内部，所述第二电加热件在工作时伸入所述还原区11的内部。

所述熔融加热组件105还可以包括第一驱动件，所述还原加热组件106还可以包括第二驱动件；所述第一驱动件用于驱动所述第一电加热件在所述熔融区10内上下移动；所述第二驱动件用于驱动所述第二电加热件在所述还原区11内上下移动。

具体地，所述熔融加热组件105和所述还原加热组件106均可以包括电控升降的碳质电极组，碳质电极组可以为一对或多对，例如可以为三对碳质电极组；成对的碳质电极组具体可以由两个碳质电极构成，其中一个碳质电极在工作时通正电，另一个碳质电极在工作时通负电；即所述第一电加热件和所述第二电加热件均可以包括或为碳质电极组，碳质电极具体可以为石墨电极。每个碳质电极均搭配有升降电机107，升降电机107可以为步进电机，经丝杆传动带动碳质电极上下升降，所述第一驱动件和所述第二驱动件均可以包括或为升降电机107；碳质电极的下部可以理解为加热部，在工作时，需通过升降电机107的控制碳质电极的加热部伸入需加热的区域；且在工作过程中，碳质电极缓慢消耗，电流随之波动，升降电机107会自动补偿损耗碳质电极的***深度，使工作过程更加稳定。

所述熔融加热组件105的碳质电极自所述炉体的上方向下伸入所述炉体，并在工作时将加热部延伸至所述熔融区10的内部，且所述炉体开设有供所述熔融加热组件105的碳质电极伸入所述熔融区10的第一孔道。

所述还原加热组件106的碳质电极自所述炉体的上方向下伸入所述炉体，并在工作时将加热部延伸至所述还原区11的内部，且所述炉体开设有供所述还原加热组件106的碳质电极伸入所述还原区11的第二孔道。

所述第一孔道和所述第二孔道的孔径均略大于对应碳质电极的外径，且所述第一孔道和所述第二孔道的上端口处安装有可拆卸的密封环108，以对碳质电极与所述第一孔道和所述第二孔道之间的间隙进行密封。当拆除所述密封环108后，碳质电极与所述第一孔道和所述第二孔道之间的间隙可以作为探测通道。例如，可以通过将碳棒自上至下穿过探测通道，伸入所述还原区11，从而对还原效果进行检测。

为避免出现生产故障时熔体在炉内冷却硬化，导致死炉现象的发生，所述炉体开设有熔融区应急排流通道109和还原区应急排流通道110；所述熔融区应急排流通道109与所述熔融区10的底部连通设置，所述还原区应急排流通道110和所述还原区11的底部连通设置，即所述熔融区应急排流通道109的进液口可以延伸至所述熔融区10的底部，所述还原区应急排流通道110的出液口可以延伸至所述还原区11的底部；所述熔融区应急排流通道109和所述还原区应急排流通道110均配有排流阀体，以便于对熔体的排流进行控制。即：所述熔融区应急排流通道109内可以设有控制所述熔融区应急排流通道109开合的熔融区排流阀体；所述还原区应急排流通道110内可以设有控制所述还原区应急排流通道110开合的还原区排流阀体。

因硫酸钠和硫化钠熔体不同于普通金属熔体，两者的冷却速度非常快，失温时粘度大流动性不强，所述熔融区应急排流通道109和所述还原区应急排流通道110均配有辅热组件，作为区分，所述熔融区应急排流通道109上的辅热组件为熔融区辅热组件18，所述还原区应急排流通道110上的辅热组件为还原区辅热组件16，所述熔融区辅热组件18和所述还原区辅热组件16均可以为电阻辅热组件。

具体地，所述熔融区应急排流通道109和所述还原区应急排流通道110均可以设计为缠绕电阻丝的刚玉管、氧化锆管及镁质陶瓷管等，外缠电阻丝由耐火捣打料等封装定型，排料时通过电阻辅热保持其熔体流动性。此外，所述熔融区应急排流通道109和所述还原区应急排流通道110的辅热装置所用的电源与所述熔融加热组件105和还原加热组件106的电源分开，以避免同时断电。

需强调的是，本发明提供的熔融还原炉100与传统的单炉具有较大的差异。

具体而言，针对单炉：

对于单炉，整个反应需分为四个阶段，起弧、加料、反应、放料，循环往复，在起弧阶段，电极表面会瞬间升温(4000～5000℃)，频繁起弧会导致电极表面与内部温差过大，热胀冷缩产生微小裂纹，进而导致电极崩裂，频繁起弧将极大减少电极寿命。

在加料阶段，冷物料会先漂浮在熔体表面，下面的熔体由于反应产生的二氧化碳气体，气体会裹挟未反应的冷物料(特别是比重较轻的碳粉)往抽风口排走，这样会极大的影响反应物的碳盐比，导致反应产物中硫化钠含量降低。

因硫化钠熔体温度降低粘度会极大增加，放料阶段需采用停止加热，上升电极，倾倒的卸料方式快速卸料，以解决降温粘度增大的问题。

如采取连续进料，底部连续出料的方式，在持续反应阶段，由于电极间电流产生的搅拌作用下，上部未反应的碳粉和杂盐会被搅动至单炉底部，直接从底部排料会导致产出物中的硫化钠含量难以稳定达标。

反观本申请提供的熔融还原炉100：

对比单炉的间歇反应，本发明中的双炉膛结构避免了频繁起弧导致的电极过度损耗、放料阶段需停止反应导致的生产效率低等问题。

对比单炉的连续反应，由于本发明分为了熔融区10和还原区11，相较于单炉只有一个上下翻滚的流体循环，本发明增加了一个横向流动的物料循环(底流通道)，在连续运行时，熔融区10中硫化钠含量少，在流经还原区11至虹吸口(虹吸管路111的进料口)的过程中会逐渐反应，直至硫化钠含量稳定达标。

并且，本申请的气体排出通道可以靠近虹吸管路111的进液口设置，加上高于熔体面的格挡组件17(隔墙)，熔融区10只负责熔融，可有效隔绝反应过程中产生的二氧化碳气体对冷物料的冲击和夹带，解决了单炉物料会随气体流失的问题。

本发明还提供一种如上述任意实施方式所述的熔融还原炉100在还原硫酸钠杂盐中的应用。

具体地，在将所述熔融还原炉100应用于还原硫酸钠杂盐时，所述熔融还原炉100的工作方式可以为：

生产时，将伸入所述熔融区10的碳质电极启弧升温，将硫酸钠杂盐和辅料(低灰分碳粉)的混合物料密闭给料至所述熔融区10。

熔融后的熔体通过所述格挡组件17下方的所述底流通道流至所述还原区11，接触还原区内成对的碳质电极；与此，还原区11内成对的碳质电极起弧升温，将熔体加热至约900℃时，开始快速还原硫酸钠。

同时，随着不断向所述熔融区10中给料，混合物料(粉状固体物料)落入熔融区10漂浮在已熔融的物料熔体表面，逐渐熔融后缓慢下沉，并连续流入所述还原区11。其中，随着物料的连续加入，所述熔融区10内液面升高压力增大，熔融后物料连续下沉，通过所述底流通道不断流入所述还原区11，进而，所述还原区11内液面也随着升高，压力随之增大，此时还原后熔体将通过所述虹吸管路111连续排出。

工作过程中，还原区11内硫酸钠熔体的还原效果可通过探棒检测分析，再通过调节对所述熔融区10的连续给料速度，即可控制熔体在炉内的整体停留时长达到理想的还原效果，达到控制终产品品质。需了解的是，给料速度越快，熔体在炉内的停留反应时间越短，品质越低；给料速度越慢，熔体在炉内的停留反应时间越长，品质越高。

参见图1-2所示，本发明还提供了一种硫化钠制备***，包括如上述任意实施方式所述的熔融还原炉100，还包括混料装置103和制液装置112，从而将硫酸钠杂盐转化为硫化钠溶液，实现固废的资源化利用。

其中，所述熔融还原炉100的所述进料通道与所述混料装置103的出料口连通设置，且保持连通的密闭性，以在密闭的环境下接收所述混料装置103中的混合物料；所述熔融还原炉100的所述出液通道和所述制液装置112的落液口连通设置，且保持连通的密闭性，以在密闭的环境下将所述还原区11中待制粉的熔体排出至所述制液装置112中。

作为对所述混料装置103的说明，所述混料装置103可以为卧式混料机，所述混料装置103可以包括原料仓101、辅料仓102、混料室和密闭输送机构104。

所述原料仓101和所述辅料仓102的出料口均与所述混料室密闭连通设置；所述原料仓101和所述辅料仓102的出料口均可以位于所述混料室的上方，且所述原料仓101和所述辅料仓102的出料口均可以通过电控星型卸料阀控制开合状态。

所述混料装置103和所述熔融还原炉100之间可以通过所述密闭输送机构104进行混合物料的输送，即所述混料室的出料口可以通过密闭输送机构104与所述熔融还原炉100的所述进料通道密闭连通设置，由此形成一套完整的连续密闭给料通路，避免了熔融还原给料过程中氧气的带入。其中，所述混料室的出料口位于所述混料室的底部，且位于所述密闭输送机构104的进料口的上方，二者密闭设置；所述密闭输送机构104的出料口位于所述熔融还原炉100的所述进料通道的上方，且二者密闭设置；所述密闭输送机构104可以为密闭螺旋输送机。

在一些实施例中，参照图3a和图3b，制液装置包括水淬反应装置20、水淬喷枪30和固液分离机构40。

水淬反应装置20具有容纳腔21。参照图3a，容纳腔21的形状与水淬反应装置20的形状相适应。示例性地，水淬反应装置20可以为塔状结构。即容纳腔21为横向宽度相对较小，而纵向高度较大的形状。当水淬反应装置20为塔状结构时，水淬反应装置20的材料主要为耐腐蚀的金属。

示例性地，参照图3b，水淬反应装置20可以为池状结构。即容纳腔21为横向宽度相对较大，而纵向高度较矮的形状。当水淬反应装置20可以为池状结构时，水淬反应装置20可以为建筑结构，如通过砖块砌筑、玻璃等结构组成，从而降低了成本。

出液通道与容纳腔21连通，从而将硫化钠熔体输入至水淬反应装置20中。水淬喷枪30与容纳腔21连通，并朝向出液通道的开口。如此一来，水淬喷枪30喷出的高压液流(如水流或硫化钠溶液)与出液通道喷出的硫化钠熔体相接触，对硫化钠熔体进行冷却，得到硫化钠热溶液。

水淬喷枪30采用高压液流对硫化钠熔体产生冲击、分散、冷却等作用，硫化钠熔体中的热量被高压液流快速带走形成水蒸气及硫化钠热溶液。硫化钠热溶液流入容纳腔21的底部。容纳腔21的底部可以为锥斗状(如当水淬反应装置20为塔状结构)或具有一个斜面(如当水淬反应装置20为池状结构)，便于收集硫化钠热溶液。

固液分离机构40与容纳腔21连通，并位于出液通道的下方，用于分离硫化钠热溶液中的硫化钠溶液。为了促进硫化钠热溶液的流动，在一些实施例中，固液分离机构40与容纳腔21之间的管路上连接有渣浆泵22。

进一步地，参照图3a和3b，制液装置还包括冲击板50，冲击板50位于容纳腔21内，水淬喷枪相对设置，并位于水淬喷枪30的喷射范围内。冲击板50与水淬喷枪30具有一定的距离。水淬喷枪30的出水将硫化钠熔体冲击到冲击板50上，硫化钠熔体中的颗粒与冲击板50发生撞击而破碎。

同时，硫化钠熔体具有较强的腐蚀性，当其与水淬反应装置20的壁体或壁体的内衬直接接触时，容易将壁体或内衬腐蚀。而更换内衬较为繁琐，若壁体受到腐蚀，则会降低设备生产使用寿命。设置冲击板50，可基本杜绝硫化钠熔体对水淬反应装置20的壁体或内衬直接冲击造成腐蚀。当硫化钠熔体与冲击板50接触之后，落入下方硫化钠热溶液内，流动速度降低，温度降低，因而腐蚀性降低，如此一来，对壁体或内衬的腐蚀性降低。冲击板50相对而言较为容易更换，而且冲击板50成本较低，降低了更换成本。因此，制液装置可以在较长的时间稳定运行，设备的维护成本降低，生产使用寿命延长。

在一些实施例中，参照图3a和3b，，冲击板50位于容纳腔21的底部上方。冲击板50不与容纳腔21的底部接触，二者之间形成一条通道，使得硫化钠热溶液可以通过，汇聚到容纳腔21的底部。

在一些实施例中，参照图3a和3b，水淬喷枪30的开口可以朝上或者朝下设置。示例性地，水淬喷枪30的开口可以朝上设置。在该情形下，高压液流的流动方向向上，硫化钠熔体的流动方向向下，二者方向相反。在高压液流的作用下，硫化钠熔体向上运动撞击到冲击板上而破碎。这样可以减少硫化钠熔体(尤其减少硫化钠熔体中体积较大的块体)直接落入下方的硫化钠热溶液中的量。如此，落入硫化钠热溶液中的硫化钠熔体的颗粒更为细小，更容易溶化。

在一些实施例中，水淬喷枪30和出液通道位于水淬反应装置的同侧。这样一来，水淬喷枪30具有较好的安装空间，设置较为方便。而且，这样水淬反应装置未设置水淬喷枪30一侧的空间留给其他的部件。

在一些实施例中，制液装置还包括位于水淬反应装置20的容纳腔21下方的搅拌机构。搅拌机构的搅拌桨叶连续搅拌，促进小颗粒硫化钠熔体的继续溶解。硫化钠溶液顺着冲击板50上流进固液分离器中。固液分离器中的搅拌桨叶41进一步促进剩余小颗粒硫化钠熔体的溶解。

在一些实施例中，搅拌机构位于水淬反应装置20中间或一侧。

示例性地，水淬反应装置20为塔状结构时，搅拌机构位于水淬反应装置20中间，即位于塔状结构的中轴线上。

又示例性地，水淬反应装置20为池状结构时，搅拌机构位于水淬反应装置20横向方向的一侧。如在一些实施例中，水淬反应装置20横向方向的一侧(如图3b中的左侧)设置水淬喷枪30和出液通道，另一侧(如图3b中的右侧)设置搅拌机构。即水淬反应装置20可以理解为在横向包括两个区。一个区为水淬反应区，对应水淬喷枪30和出液通道一侧的区域。另一个区为搅拌区，对应于搅拌机构一侧的区域。水淬反应区和搅拌区二者之间基本以冲击板为界。

进一步地，容纳腔的底部的斜面从水淬反应区延伸至搅拌区靠近搅拌机构附近。斜面的高度沿该方向逐渐降低。斜面的设置，有利于硫化钠热溶液流动聚拢到搅拌区，并且在流动过程中，硫化钠热溶液中的颗粒也会更容易变成细小的颗粒。

在一些实施例中，参照图3，制液装置还包括水蒸气吸收机构60，如风机，水蒸气吸收机构60与容纳腔21的上方连通，将水淬反应装置20内的水蒸气排出，如排出至吸收塔。

在一些实施例中，参照图3，水淬喷枪30包括文丘里式管道混合器31，文丘里式管道混合器31的主管道32与容纳腔21下方连通，文丘里式管道混合器31的侧边吸入口33与外界的水箱连接。

水淬喷枪30内有文丘里式管道混合器31，主管道32的喷淋液来自于容纳腔21下方的清液，侧边吸入口33连接自来水箱。

示例性地，主管道32上具有循环泵34，通过控制循环泵34功率，实现精确控制流速及吸入清水量大小，结合固液分离底部排出液量，控制整体循环液浓度，因此使得本发明得到的最终液体硫化钠浓度可调，可根据硫化钠浓度需求生产不同浓度的液体硫化钠产品。当吸入清水量和清液大时，则液体硫化钠浓度小，反之，当吸入清水量和清液小时，则液体硫化钠浓度大。

进一步地，参照图3，固液分离机构40为压滤机，滤出液为硫化钠溶液。

固液分离机构40与压滤机之间还可以设置渣浆泵22，渣浆泵22可定时抽取底部浆液在压滤机中进行固液分离，分离液即为液体硫化钠产品。

本发明还提供一种硫化钠制液***在制备硫化钠溶液中的应用。

作为对反应物的说明，制备所述硫化钠的原料可以包括或为硫酸钠杂盐；制备所述硫化钠的辅料可以包括或为碳粉、煤粉和活性炭中的一种或多种，具体可以为低灰分碳粉颗粒。

作为对反应条件的说明，在采用硫酸钠杂盐制备所述硫化钠的过程中，所述熔融区10的工作温度一般控制为750～850℃，所述还原区11的工作温度一般控制在950℃以内，例如900～950℃。

作为对硫化钠制备***工作方式的说明：

原料硫酸钠杂盐及辅料低灰分碳粉颗粒通过混料装置103混料后，得混合物料；其中，硫酸钠杂盐和低灰分碳粉的质量比约为4～5：1。硫酸钠杂盐中主要含有硫酸钠、氯化钠、水分；按质量分数计，硫酸钠约占80～90％，氯化钠约占5～15％，水分约占5～10％。

在给料过程中，混合物料经密闭输送机构104进入连续熔融还原炉100的熔融区10内。

需了解的是，向熔融区10给料之前，可以在熔融区10的底部预先放置少量硫酸钠杂盐及辅料低灰分碳粉颗粒的混合物料，使熔融区10内成对的碳质电极略微伸入混合物料内即可；然后，将熔融区10内成对的碳质电极启弧升温。

具体的起弧方式可以为：通过外加电极棒起弧升温；或者，在成对的碳质电极之间施洒碳粉，以便于碳质电极的起弧升温。

以通过外加电极棒起弧升温为例，在熔融区10内的碳质电极启弧升温后，直到碳质电极之间开始产生熔体细流，撤去外加电极棒，然后通过密闭输送机构104向熔融区10密闭给料；当熔融区10的温度升温至800℃左右时，熔体开始大量产生，并通过底流通道流至还原区11内；其中，熔融区10的工作温度维持在750-850℃。

当还原区11内成对的碳质电极接触到熔体后，还原区11内的碳质电极起弧升温，对熔体继续加热，约900℃时开始快速还原硫酸钠。

随着不断向熔融区10给料，呈粉状的混合物料落入熔融区10，漂浮在已熔融的物料熔体表面，逐渐熔融后质量变大缓慢下沉，并连续流入还原区11内。

在还原的过程中，还原炉区内硫酸钠熔体的还原效果可通过探棒检测分析，再通过调节对熔融区10的给料速度控制熔体在炉内的整体停留时长达到理想的还原效果；本发明可根据时长不同控制还原后的硫化钠质量含量＞60％～90％不等，具体可根据产品需求定制工艺。

以下为本发明的具体示例：

实施例1

参照图4所示，一种应用硫化钠制备***制备硫化钠的方法，包括步骤：

S1，混合：硫酸钠杂盐通过原料仓101进入混料室中，低灰分碳粉颗粒通过辅料仓102进入混料室内，硫酸钠杂盐和低灰分碳粉颗粒在混料室中混合后成为混合物料。

在混合过程中，控制硫酸钠杂盐和低灰分碳粉的质量比为100：22.69。其中，硫酸钠杂盐中主要含有硫酸钠、氯化钠、水分；硫酸钠在硫酸钠杂盐中的质量占比为84.35％，氯化钠在硫酸钠杂盐中的质量占比为5.58％，水分在硫酸钠杂盐中的质量占比为8.94％；低灰分碳粉中固定碳的质量占比为90％。

S2，密闭输送：将混合物料通过密闭螺旋输送机密闭输送至熔融还原炉100的进料通道，并通过进料通道进入熔融区10内。

S3，电热熔融：熔融区10内的碳质电极启弧升温，在升温完成后，熔融区10内的温度稳定在800℃左右。

需了解的是，本实施例中，密闭输送和电热熔融之前，需在熔融区10的底部预先铺设少量硫酸钠杂盐和低灰分碳粉颗粒的混合物料，使熔融区10内的碳质电极能够略微伸入混合物料内即可；然后，将熔融区10内的碳质电极启弧升温。

具体的启弧方式为：通过外加电极棒起弧升温，即在成对的碳质电极之间放置电极棒，电极棒与成对碳质电极的两个电极同时接触，以使碳质电极启弧升温。

当碳质电极之间开始产生熔体的细流，撤去外加电极棒；然后，通过密闭输送机构104向熔融区10密闭给料，当熔融区10的温度升温至800℃左右时，大量产生熔体，熔体通过高镁格挡组件17底部的底流通道流至还原区11。

S4，电热还原：进入还原区11的熔体接触到还原区11内成对的碳质电极后，还原区11内成对的碳质电极起弧升温，将熔体加热至约900℃开始快速还原硫酸钠，约950℃达到还原终点；在升温完成后，还原区11内的温度稳定在900～950℃之间。

本实施例中，随着密闭螺旋输送机不断向熔融区10内给料，后续的混合物料落入熔融区10漂浮在已熔融的物料熔体表面，逐渐熔融后质量变大缓慢下沉，并连续流入还原炉区；本实施例中的给料速度为0.5t/h。

本实施例中，通过与活动区连通设置的气体排出通道将产生的气体排出。

S5，虹吸排料：还原区11内熔体的容积及压力在连续给料下逐步增大，进而通过电阻辅热的虹吸管路111将熔体流至制液装置112的制粉室。

S6，水淬冷却：进入水淬反应装置内的熔体被水淬喷枪采用高压液流产生的冲击、分散、冷却等作用，并结合冲击板的撞击作用，而形成水蒸气及硫化钠热溶液。其中，水蒸气被水蒸气吸收机构，排出至吸收塔。水淬液体的流速为1.25t/h

S8，液体循环：水淬反应装置的容纳腔下方的搅拌机构。搅拌机构的搅拌桨叶连续搅拌，促进小颗粒硫化钠熔体的继续溶解。同时，容纳腔下方会进行初步分层，上层为清液，下层为浆液。清液返回至水淬喷枪进行循环。

S9，硫化钠溶液分离：下层浆液通过渣浆泵抽至压滤机，在压滤机中进行固液分离，分离液即为液体硫化钠产品。浓度在15.1％。硫酸钠杂盐总还原率为91％。

实施例2

本实施例相较于实施例1，将给料速度调整为0.4t/h，水淬液体的流速相应调整为1t/h，其他条件与实施例1保持一致。

本实施例中，液体硫化钠中硫化钠的含量为16.3％，硫酸钠杂盐总还原率为93％。

实施例3

本对比例相较于实施例1，将给料速度调整为0.65t/h，水淬液体的流速相应调整为1.63t/h，其他条件与实施例1保持一致。

本对比例中，液体硫化钠中硫化钠的含量为13.3％，但过滤渣中含有少量未消解颗粒及碳粉微粒，硫酸钠杂盐总还原率为将为82.5％。

本发明的上述技术方案中，以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的技术构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围。

Claims (20)

1.一种硫酸钠杂盐熔融还原炉，其特征在于，所述熔融还原炉包括炉体和加热机构；

所述炉体的内部具有空腔；所述空腔中分隔有熔融区和还原区，且所述熔融区的底部和所述还原区的底部相互连通；

所述炉体中设有向所述熔融区进行输料的进料通道、对所述还原区进行排液的出液通道以及将所述熔融区和所述还原区中至少一者向外排气的气体排出通道；

所述进料通道的出料口和所述熔融区连通设置，所述出液通道的进液口和所述还原区连通设置；

所述加热机构包括对所述熔融区进行加热的熔融加热组件、以及对所述还原区进行加热的还原加热组件。

2.根据权利要求1所述的熔融还原炉，其特征在于，所述进料通道的出料口位于所述熔融区的上方。

3.根据权利要求1所述的熔融还原炉，其特征在于，所述炉体中还设有格挡组件，所述空腔通过所述格挡组件分隔形成所述熔融区和所述还原区；

所述格挡组件与所述空腔的内底面之间间隔设置，形成底流通道；所述熔融区的底部和所述还原区的底部通过所述底流通道相互连通；所述出液通道的进液口远离所述底流通道设置。

4.根据权利要求1所述的熔融还原炉，其特征在于，所述熔融加热组件包括第一电加热件，所述还原加热组件包括第二电加热件；

所述第一电加热件在工作时伸入所述熔融区的内部，所述第二电加热件在工作时伸入所述还原区的内部。

5.根据权利要求4所述的熔融还原炉，其特征在于，所述熔融加热组件还包括第一驱动件，所述还原加热组件还包括第二驱动件；

所述第一驱动件用于驱动所述第一电加热件在所述熔融区内上下移动；所述第二驱动件用于驱动所述第二电加热件在所述还原区内上下移动。

6.根据权利要求1所述的熔融还原炉，其特征在于，所述出液通道包括虹吸管路，所述虹吸管路的进液口与所述还原区的底部连通设置。

7.根据权利要求6所述的熔融还原炉，其特征在于，所述虹吸管路上设有出液辅热组件，所述出液辅热组件用于对所述虹吸管路加热。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的熔融还原炉，其特征在于，所述炉体设有熔融区应急排流通道和还原区应急排流通道；

所述熔融区应急排流通道与所述熔融区的底部连通设置，所述还原区应急排流通道和所述还原区的底部连通设置；

所述熔融区应急排流通道设有熔融区排流阀体和熔融区辅热组件；所述还原区应急排流通道设有还原区排流阀体和还原区辅热组件。

9.一种如权利要求1-8任意一项所述的熔融还原炉在还原硫酸钠杂盐中的应用。

10.一种硫化钠制液***，其特征在于，包括如权利要求1-8任意一项所述的熔融还原炉，还包括混料装置和制液装置；

所述熔融还原炉的所述进料通道与所述混料装置的出料口连通设置，以接收所述混料装置中的混合物料；

所述熔融还原炉的所述出液通道和所述制液装置连通，以将所述还原区中硫化钠熔体排出至所述制液装置中。

11.根据权利要求10所述的硫化钠制液***，其特征在于，所述混料装置包括原料仓、辅料仓、混料室和密闭输送机构；

所述原料仓和所述辅料仓的出料口均与所述混料室连通设置；所述混料室的出料口通过所述密闭输送机构与所述熔融还原炉的所述进料通道密闭连通设置。

12.根据权利要求10所述的硫化钠制液***，其特征在于，所述制液装置包括：

水淬反应装置，具有容纳腔；所述出液通道与所述容纳腔连通；

水淬喷枪，与所述容纳腔连通，并朝向所述出液通道的开口，用于对所述硫化钠熔体进行冷却，得到硫化钠热溶液；

固液分离机构，与所述容纳腔连通，并位于所述出液通道的下方，用于分离所述硫化钠热溶液中的硫化钠溶液。

13.根据权利要求12所述的硫化钠制液***，其特征在于，所述制液装置还包括位于所述水淬反应装置的容纳腔下方的搅拌机构。

14.根据权利要求12所述的硫化钠制液***，其特征在于，所述制液装置还包括冲击板，所述冲击板位于所述容纳腔内，与所述水淬喷枪相对设置，并位于所述水淬喷枪的喷射范围内。

15.根据权利要求14所述的硫化钠制液***，其特征在于，所述水淬喷枪和所述出液通道位于所述水淬反应装置的同侧，且所述水淬喷枪的开口向上设置。

16.根据权利要求12所述的硫化钠制液***，其特征在于，所述制液装置还包括水蒸气吸收机构，所述水蒸气吸收机构与所述容纳腔的上方连通。

17.根据权利要求12所述的硫化钠制液***，其特征在于，所述水淬喷枪包括文丘里式管道混合器，所述文丘里式管道混合器的主管道与所述容纳腔下方连通，所述文丘里式管道混合器的侧边吸入口与外界的水箱连接。

18.根据权利要求12～17中任一项所述的硫化钠制液***，其特征在于，所述固液分离机构为压滤机，滤出液为所述硫化钠溶液。

19.一种如权利要求10～18任意一项所述的硫化钠制液***在制备硫化钠溶液中的应用。

20.根据权利要求19所述的应用，其特征在于，在制备所述硫化钠的过程中，控制所述熔融区的工作温度为750～850℃，控制所述还原区的工作温度为900～950℃。