專利名稱：鐵、鋁、鈦還原熔鹽法無渣生產(chǎn)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于黑色金屬、有色金屬冶煉與無機鹽技術(shù)設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種鐵、鋁、鈦還原熔鹽法無渣生產(chǎn)的裝置。
背景技術(shù)：
目前，鋼鐵行業(yè)，提取鐵后的高溫熔融渣均遭廢棄，其潛熱白白浪廢或利用率非常低；鈦白粉生產(chǎn)只提取鈦，其它也全部廢棄；濕法冶金電解鎳生產(chǎn)，也只提取鎳其它也全部廢棄；銅冶金也是如此。這些傳統(tǒng)的生產(chǎn)、工藝方法已不適合時代要求，它們既造成了環(huán)境的污染，又造成了資源的浪廢，大量的熱能白白浪廢，從而使其生產(chǎn)成本居高不下。制鋁工業(yè)使用鋁土礦提取氧化鋁后，其余全部作為廢渣排出，于是產(chǎn)生了大量的污染物一赤泥，其浸出液PH值為12.1 13.0。全世界至今已經(jīng)堆存上億噸赤泥，而且在氧化鋁生產(chǎn)中，每年又不斷新產(chǎn)生大量的赤泥，已經(jīng)對人類的生產(chǎn)、生活造成多方面的直接和間接的影響。一般認(rèn)為鈉鹽含量為30 400mg/L是公共水源的適合范圍，而赤泥附液的鈉鹽度高達(dá)26348mg/L，如此高鈉鹽度的赤泥附液進(jìn)入水體，其污染不言而喻。為解決這一難題，人們曾經(jīng)試圖使用高爐法、磁選法(包括超導(dǎo)磁選法)或浮選法，提取赤泥中的鐵，并藉此“消化”大量堆存的赤泥，但是，因為赤泥中的鐵是以深度氧化鐵、鐵鹽等狀態(tài)存在的，故磁選法(包括超導(dǎo)磁選法)、重選法或浮選法根本無法提取其中的鐵；而高爐法，因為其中含有較大量的鋁、鈦及其化合物，由于這些物質(zhì)非常粘稠，不但阻止了高爐中的氣固液三相反應(yīng)的進(jìn)行，而且使得高爐“吐渣”不能；雖然可以摻入大量的含鈣化合物以解決“粘稠”問題，但就大大增加了生產(chǎn)成本，基本沒有了效益，失去了實用性，所以不再被使用。本人申請了以下中國實用新型專利:1、申請日為2012年6月2日，申請?zhí)枮?01210199691.3，名稱·為“一種利用鋁土礦或赤泥進(jìn)行無渣生產(chǎn)的工藝方法”；2、申請日為2012年7月27日，申請?zhí)枮?01210279677.4，名稱為“一種鐵、鋁、鈦聯(lián)合法無渣生產(chǎn)工藝”；
3、申請日為2012年I月21日，申請?zhí)枮?01210025393.2，名稱為“連續(xù)控溫的回轉(zhuǎn)窯配加熔分爐的冶煉系統(tǒng)”;4、申請日為2012年I月21日，申請?zhí)枮?01210025404.7，名稱為“回轉(zhuǎn)窯動態(tài)沸騰床配氣系統(tǒng)”。以上專利，首先解決了現(xiàn)有技術(shù)中高爐法“吐渣”不能的問題，大大地降低了生產(chǎn)成本；其次是將使有毒的赤泥資源化，得到單質(zhì)鐵，其回收率可達(dá)99%以上，解決了赤泥占地、污染環(huán)境的問題。雖然這是一個大好的循環(huán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)，但仍然存在著如下缺點:它還沒有完全做到最低成本、熱能高效綜合重復(fù)利用。雖能得到諸如硅鈦鋁合金、微晶石等副產(chǎn)品，但提取后的高溫熔融渣所含潛熱沒有很好地被利用，仍然造成了熱渣潛熱能的浪廢，沒有真正實現(xiàn)生產(chǎn)全過程效益最大化，資源重復(fù)利用。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鐵、鋁、鈦還原熔鹽法無渣生產(chǎn)的裝置，它能夠徹底解決現(xiàn)有技術(shù)中高溫熔融渣潛熱不能利用或不能完全利用、其自身有價元素不能提取的世界性難題，以及廢渣污染環(huán)境、資源浪費、產(chǎn)能低下等問題，達(dá)到低成本、高效能地將有害物質(zhì)變?yōu)橛行зY源，真正實現(xiàn)生產(chǎn)全過程固體污染物零排放、液態(tài)污染零排放及氣體達(dá)標(biāo)排放，綠色環(huán)保。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:鐵、鋁、鈦還原熔鹽法無渣生產(chǎn)的裝置，包括熔鹽反應(yīng)罐，其特征在于:所述熔鹽反應(yīng)罐上設(shè)置一高溫熔融渣入口，頂部設(shè)置一氨氣出口，底部設(shè)置一反應(yīng)生成固液混合物出口 ；所述氨氣出口與一低溫余熱發(fā)電連通。優(yōu)選的，還包括熔分爐，所述熔分爐頭部設(shè)置一高溫熔融渣出口，所述高溫熔融渣出口與所述高溫熔融渣入口相連通；所述熔鹽反應(yīng)罐上還設(shè)置一進(jìn)液口。優(yōu)選的，還包括一真空壓力機組，所述氨氣出口經(jīng)所述真空壓力機組與所述低溫余熱發(fā)電連通。優(yōu)選的，還包括第一固液分離、水解反應(yīng)罐，所述反應(yīng)生成固液混合物出口、第一固液分離、水解反應(yīng)罐依次順序連通。優(yōu)選的，還包括一氨精餾塔、熔分爐裂解管、回轉(zhuǎn)窯，所述氨精餾塔上設(shè)置有一水出口和液氨出口，所述熔分爐裂解管設(shè)置于熔分爐的頂部；所述氨精餾塔與所述低溫余熱發(fā)電連通，所述液氨出口連通所述熔分爐裂解管；所述回轉(zhuǎn)窯上設(shè)置一回轉(zhuǎn)窯分氣盤，所述熔分爐裂解管與所述回轉(zhuǎn)窯分氣盤連通。優(yōu)選的，所述反應(yīng)生成固液混合物出口與第一固液分離之間還設(shè)置有一輸送機、中和罐，所述反應(yīng)生成固液混合物出口、輸送機、中和罐、第一固液分離依次順序連通。優(yōu)選的，還包括一第二固液分離和硫酸鋁溶液罐，所述水解反應(yīng)罐、第二固液分離、硫酸鋁溶液罐依次順序連通。
優(yōu)選的，所述低溫余熱發(fā)電通過一氨水泵與所述氨精餾塔連通，所述氨精餾塔的水出口與所述水解反應(yīng)罐連通，所述液氨出口通過一液氨泵分別與所述硫酸鋁溶液罐、熔分爐裂解管連通。優(yōu)選的，還包括一第三固液分離、硫酸銨溶液罐，所述硫酸鋁溶液罐、第三固液分離、硫酸銨溶液罐依次順序連通。優(yōu)選的，所述硫酸銨溶液罐通過一硫酸銨泵與所述進(jìn)液口連通。優(yōu)選的，所述進(jìn)液口低于所述高溫熔融渣入口，且為一個以上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是:本實用新型可以有效地將高溫熔融渣資源化，變廢為寶；它能夠徹底解決了高溫熔融渣潛熱能無法有效利用、有價元素?zé)o法提取的世界性難題。本實用新型充分有效地利用了高溫熔融渣自身熱含高的特性，加入硫酸銨與之徹底反應(yīng)，將其中的鋁、鈦等酸溶物產(chǎn)生浸出，這是常規(guī)酸浸出方法所不能比擬的；它能全部提取高溫熔融渣中的有價元素、提取針狀鋁鐵礦中的氧化鋁和鐵，做到了 “拜耳法”、“燒結(jié)法”、“聯(lián)合法”之所不能；當(dāng)利用鋁土礦配鈦鐵礦使用本實用新型的裝置制取鋁、鐵，鈦時，就不再產(chǎn)生赤泥而污染環(huán)境，從而徹底改變了氧化鋁的生產(chǎn)現(xiàn)狀。鋁土礦配鈦鐵礦生產(chǎn)鈦白粉無需專門的生產(chǎn)廠家，且不產(chǎn)生任何污染，生產(chǎn)成本低。本實用新型是黑色金屬、有色金屬、無機鹽工業(yè)、有機合成、化工制氨及建材行業(yè)等跨行業(yè)、跨領(lǐng)域技術(shù)的有機結(jié)合，它徹底改變了二氧化鈦生產(chǎn)行業(yè)的高污染、高能耗、高價格的現(xiàn)狀。本實用新型可以大規(guī)模地推廣，再沒有必要設(shè)立專門的鈦白粉生產(chǎn)廠家；此類大規(guī)模綜合利用生產(chǎn)廠，既可滿足國內(nèi)鈦白粉市場的需求，使二氧化鈦市場回歸到自然豐度儲量的合理價位。本實用新型總投資較現(xiàn)有技術(shù)有大幅度降低，生產(chǎn)成本非常低(是現(xiàn)有拜爾法的五分之一)，且不產(chǎn)生任何污染，綜合能耗非常低，熱能多次重復(fù)利用，綠色環(huán)保，實現(xiàn)氫工業(yè)生產(chǎn)冶金時代的到來。

圖1是本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是圖1中回轉(zhuǎn)窯的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)記為:1、回轉(zhuǎn)窯；la、回轉(zhuǎn)窯分氣盤；2、熔分爐；2a、高溫熔融渣出口 ；2b、熔分爐裂解管；3、熔鹽反應(yīng)罐；3a、氨氣出口 ；3b、高溫熔融渣入口 ；3c、進(jìn)液口 ；3d、反應(yīng)生成固液混合物出口 ；4、真空壓力機組；5、低溫余熱發(fā)電；6、氨水泵；7、氨精餾塔；7a、水出口 ；7b、液氨出口 ；8、液氨泵；9、輸送機；10、中和罐；11、第一固液分離；12、水解反應(yīng)罐；13、第二固液分離；14、硫酸鋁溶液罐；15、第三固液分離；16、硫酸銨溶液罐；17、硫酸銨泵。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖實施例，對本實用新型做進(jìn)一步描述:如圖1、2所示，鐵、鋁、鈦還原熔鹽法無渣生產(chǎn)的裝置，包括回轉(zhuǎn)窯1、熔分爐2、熔鹽反應(yīng)罐3、真空壓力機組4及低溫余熱發(fā)電5，回轉(zhuǎn)窯I頭部通過密閉通道與熔分爐2尾部連通；回轉(zhuǎn)窯I頭部，設(shè)置回轉(zhuǎn)窯分氣盤Ia ;熔分爐2頭部設(shè)置高溫熔融渣出口 2a，熔分爐2頂部設(shè)置熔分爐裂解管2b ;熔鹽反應(yīng)罐3頂部設(shè)置氨氣出口 3a，上部設(shè)置高溫熔融渣入口 3b，側(cè)面罐壁上間隔九十度對稱設(shè)置四個進(jìn)液口 3c，底部設(shè)置反應(yīng)生成固液混合物出Π 3d ；高溫熔融渣出口 2a與高溫熔融渣入口 3b由密閉通道連通，進(jìn)液口 3c低于高溫熔融渣入口 3b，高溫熔融渣入口 3b低于高溫熔融渣出口 2a ;熔鹽反應(yīng)罐3頂部的氨氣出口 3a經(jīng)真空壓力機組4與低溫余熱發(fā)電5連通，低溫余熱發(fā)電5推動螺桿膨脹機進(jìn)行發(fā)電；還包括氨水泵6、氨精餾塔7以及液氨泵8，氨精餾塔7上設(shè)置有水出口 7a和液氨出口 7b ;氨水泵6、氨精餾塔7、液氨泵8、熔分爐裂解管2b、回轉(zhuǎn)窯分氣盤Ia依次順序連通；還包括依次順序連通的輸送機9、中和罐10、第一固液分離11、水解反應(yīng)罐12、第二固液分離13和硫酸鋁溶液罐14 ;輸送機9與反應(yīng)生成固液混合物出口 3d連通，氨精餾塔7的水出口 7a與水解反應(yīng)罐12連通，氨精餾塔7的液氨出口 7b連通液氨泵8，液氨泵8分別與熔分爐裂解管2b、硫酸鋁溶液罐14連通。硫酸鋁溶液罐14、第三固液分離15、硫酸銨泵16、硫酸銨泵17依次順序連通，熔鹽反應(yīng)罐3的進(jìn)液口 3c與硫酸銨泵17連通。本發(fā)明的工作原理與工作過程如下:如圖1、2所示，在回轉(zhuǎn)窯I中經(jīng)過碳、氫預(yù)還原的混合物料，由密閉通道進(jìn)入熔分爐2，經(jīng)過熔分爐2進(jìn)行熔融渣鐵分離，還原出的熱鐵水由熔分爐2底部流出，上部高溫熔融渣由高溫熔融渣出口 21經(jīng)高溫熔融渣入口 3b進(jìn)入到熔鹽反應(yīng)罐3中；由進(jìn)液口 3c加入適量的硫酸銨到熔鹽反應(yīng)罐3中，高溫熔融渣進(jìn)入后，其中的鋁、鈦高溫分解硫酸氨，形成新的無機硫酸鹽，高溫分解氨，同時高溫熔融渣中的三氧化二鋁、二氧化鈦及酸熔的釩、鈧等元素，與硫酸根結(jié)合形成新的可水溶性硫酸鹽，即分別生成了氨蒸汽、液態(tài)硫酸鋁和硫酸氧鈦、固態(tài)二氧化硅和硫酸鈣等固液混合物；氨蒸汽由熔鹽反應(yīng)罐3頂部的氨氣出口 3a輸出，經(jīng)真空壓力機組4加壓，流經(jīng)低溫余熱發(fā)電5 ;低溫余熱發(fā)電5利用工質(zhì)換熱，將氨蒸汽降溫轉(zhuǎn)化成為氨水，且推動螺桿膨脹機進(jìn)行發(fā)電；氨蒸氣經(jīng)低溫余熱發(fā)電5降溫后成為氨水，氨水由氨水泵6輸送到氨精餾塔7 ;氨水經(jīng)氨精餾塔7提純，生成了水以及純度為99%以上的純液氨。其中，這些純液氨的一小部分，被液氨泵8直接泵入設(shè)置于熔分爐2爐頂耐材中的熔分爐裂解管2b，熔分爐裂解管2b將它們裂解為氫、氮混合氣；由于氨氣的吸熱裂解，有效地降低了熔分爐2的爐頂耐火材料的溫度，起到了保護(hù)耐材的作用，延長了耐材的壽命；從熔分爐裂解管2b出來的氫、氮裂解氣，通過回轉(zhuǎn)窯分氣盤Ia進(jìn)入到回轉(zhuǎn)窯I內(nèi)；在煤基還原鐵的條件下加入了氧氣，就提聞了鐵的還原率；在聞還原率的如提下，可有效地、大幅度地降低還原溫度至1000度以內(nèi)，從而徹底解決了回轉(zhuǎn)窯I的結(jié)圈、滾球等世界性難題；實現(xiàn)了低成本氫還原鐵、鎳、鈦鐵礦；經(jīng)氨精餾塔7提純產(chǎn)生的另一大部分液氨，被輸送到硫酸鋁溶液罐14中，用于生成硫酸銨液體與固體氫氧化鋁；液態(tài)硫酸鋁和硫酸氧鈦、固態(tài)二氧化硅和硫酸鈣等固液混合物，均由熔鹽反應(yīng)罐3底部的反應(yīng)生成固液混合物出口 3d排出，經(jīng)輸送機9輸送到中和罐10內(nèi)，在中和罐10內(nèi)加入適量硫酸；上述固液混合物再進(jìn)到第一固液分離11進(jìn)行固液分離，生成固體二氧化硅、硫酸鈣及液態(tài)硫酸鋁、硫酸氧 鈦等；二氧化硅、硫酸鈣等固體，用于制作高檔建材玻璃等，其含鐵量為PPM級；液態(tài)硫酸招、硫酸氧鈦進(jìn)入到水解反應(yīng)罐12中進(jìn)行水解后，由第二固液分離12再次進(jìn)行固液分離，得到二氧化鈦固體和液態(tài)硫酸鋁；液態(tài)硫酸鋁進(jìn)入硫酸鋁溶液罐14中；在硫酸鋁溶液罐14中，來自氨精餾塔7的液氨與其中的硫酸鋁進(jìn)行反應(yīng)，生成了固體氫氧化鋁、硫酸銨水溶液；經(jīng)第三固液分離15進(jìn)行固液分離，得到固體氫氧化鋁和硫酸銨水溶液；硫酸銨水溶液置于硫酸銨溶液罐16中，再通過硫酸銨泵17加壓，經(jīng)進(jìn)液口 3c輸入到熔鹽反應(yīng)罐3中，再與高溫熔融渣進(jìn)行反應(yīng)；硫酸鋁溶液罐14中的硫酸鋁溶液，還可以通入中和罐10內(nèi)，用于進(jìn)一步提取有價元素；氨蒸汽流經(jīng)低溫余熱發(fā)電5后，經(jīng)氨精餾塔7提取出的水，進(jìn)入水解反應(yīng)罐12中，用于水解用水的補充。這樣，使得氨與硫酸可以只作少量的補充，從而實現(xiàn)氨、硫酸的循還使用。部分化學(xué)反應(yīng)方程式為:3 (NH4) 2S04+AI203 = AI2 (SO4) 3+4NH3+6H20+N2(NH4) 2S04+T102 = T10S04+2NH3+H206NH3.H2CHAI2 (SO4) 3 = 3 (NH4) 2S04+2AI (OH) 3[0049]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非是對本發(fā)明作其它形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實施例。但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與 改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.鐵、鋁、鈦還原熔鹽法無渣生產(chǎn)的裝置，包括熔鹽反應(yīng)罐，其特征在于:所述熔鹽反應(yīng)罐上設(shè)置一高溫熔融渣入口，頂部設(shè)置一氨氣出口，底部設(shè)置一反應(yīng)生成固液混合物出口 ；所述氨氣出口與一低溫余熱發(fā)電連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵、鋁、鈦還原熔鹽法無渣生產(chǎn)的裝置，其特征在于:還包括熔分爐，所述熔分爐頭部設(shè)置一高溫熔融渣出口，所述高溫熔融渣出口與所述高溫熔融渣入口相連通；所述熔鹽反應(yīng)罐上還設(shè)置一進(jìn)液口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵、鋁、鈦還原熔鹽法無渣生產(chǎn)的裝置，其特征在于:還包括一真空壓力機組，所述氨氣出口經(jīng)所述真空壓力機組與所述低溫余熱發(fā)電連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鐵、鋁、鈦還原熔鹽法無渣生產(chǎn)的裝置，其特征在于:還包括第一固液分離、水解反應(yīng)罐，所述反應(yīng)生成固液混合物出口、第一固液分離、水解反應(yīng)罐依次順序連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鐵、鋁、鈦還原熔鹽法無渣生產(chǎn)的裝置，其特征在于:還包括一氨精餾塔、熔分爐裂解管、回轉(zhuǎn)窯，所述氨精餾塔上設(shè)置有一水出口和液氨出口，所述熔分爐裂解管設(shè)置于熔分爐的頂部；所述氨精餾塔與所述低溫余熱發(fā)電連通，所述液氨出口連通所述熔分爐裂解管；所述回轉(zhuǎn)窯上設(shè)置一回轉(zhuǎn)窯分氣盤，所述熔分爐裂解管與所述回轉(zhuǎn)窯分氣盤連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鐵、鋁、鈦還原熔鹽法無渣生產(chǎn)的裝置，其特征在于:所述反應(yīng)生成固液混合物出口與第一固液分離之間還設(shè)置有一輸送機、中和罐，所述反應(yīng)生成固液混合物出口、輸送機、中和罐、第一固液分離依次順序連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鐵、鋁、鈦還原熔鹽法無渣生產(chǎn)的裝置，其特征在于:還包括一第二固液分離和硫酸鋁溶液罐，所述水解反應(yīng)罐、第二固液分離、硫酸鋁溶液罐依次順序連通。
8.根據(jù)權(quán)利要求7 所述的鐵、鋁、鈦還原熔鹽法無渣生產(chǎn)的裝置，其特征在于:所述低溫余熱發(fā)電通過一氨水泵與所述氨精餾塔連通，所述氨精餾塔的水出口與所述水解反應(yīng)罐連通，所述液氨出口通過一液氨泵分別與所述硫酸鋁溶液罐和熔分爐裂解管連通。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鐵、鋁、鈦還原熔鹽法無渣生產(chǎn)的裝置，其特征在于:還包括一第三固液分離、硫酸銨溶液罐，所述硫酸鋁溶液罐、第三固液分離、硫酸銨溶液罐依次順序連通。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鐵、鋁、鈦還原熔鹽法無渣生產(chǎn)的裝置，其特征在于:所述硫酸銨溶液罐通過一硫酸銨泵與所述進(jìn)液口連通。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的鐵、鋁、鈦還原熔鹽法無渣生產(chǎn)的裝置，其特征在于:所述進(jìn)液口低于所述高溫熔融渣入口，且為一個以上。
專利摘要鐵、鋁、鈦還原熔鹽法無渣生產(chǎn)的裝置，屬于金屬冶煉與無機鹽技術(shù)設(shè)備領(lǐng)域。它包括回轉(zhuǎn)窯、熔分爐、熔鹽反應(yīng)罐，熔分爐尾部通過密閉通道與回轉(zhuǎn)窯頭部連通；回轉(zhuǎn)窯上設(shè)置回轉(zhuǎn)窯分氣盤；熔分爐頭部，設(shè)置高溫熔融渣出口；熔鹽反應(yīng)罐上設(shè)進(jìn)液口，頂部設(shè)氨氣出口，上部設(shè)高溫熔融渣入口，底部設(shè)反應(yīng)生成固液混合物出口；高溫熔融渣出口與高溫熔融渣入口相連通，氨氣出口與低溫余熱發(fā)電連通。其優(yōu)點是它將高溫熔融渣資源化，變廢為寶；它徹底解決高溫熔融渣潛熱能無法有效利用、有價元素?zé)o法提取的世界性難題。本實用新型總投資較現(xiàn)有技術(shù)有大幅度降低，生產(chǎn)成本僅為拜爾法的五分之一，且不產(chǎn)生任何污染，綜合能耗非常低，熱能多次重復(fù)利用，綠色環(huán)保。
文檔編號C21B13/14GK203159650SQ20132017737
公開日2013年8月28日 申請日期2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月14日
發(fā)明者胡長春, 胡曉雪 申請人:胡長春, 胡曉雪