专利名称：铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于黑色金属、有色金属冶炼与无机盐技术领域，具体涉及一种铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产工艺。
背景技术：
目前，钢铁行业，提取铁后的高温熔融渣废弃，其潜热白白浪废或利用率非常低；钛白粉生产只提取钛，其它也全部废弃；湿法冶金电解镍生产，也只提取镍其它也全部废弃；铜冶金也是如此。这些传统的生产、工艺方法已不适合环保要求。它们既造成了环境的污染，又造成了资源的浪废，大量的热能白白浪废，从而使生产成本高居不下。
·
制铝工业使用铝土矿提取氧化铝后，其余全部作为废渣排出，于是产生了大量的
污染物-赤泥，它的浸出液pH值为12.1 13.0。全世界至今已经堆存上亿吨赤泥,而
且在氧化铝生产中，每年又不断新产生大量的赤泥，已经对人类的生产、生活造成多方面的直接和间接的影响。一般认为钠盐含量为30 400mg/L是公共水源的适合范围，而赤泥附液的钠盐度高达26348mg/L，如此高钠盐度的赤泥附液进入水体，其污染不言而喻。为解决这一难题，人们曾经试图使用高炉法、磁选法(包括超导磁选法)或浮选法，提取赤泥中的铁，并藉此“消化”大量堆存的赤泥，但是，因为赤泥中的铁是以深度氧化铁、铁盐等状态存在的，故磁选法(包括超导磁选法)、重选法或浮选法根本无法提取其中的铁；而高炉法，因为其中含有较大量的铝、钛及其化合物，由于这些物质非常粘稠，不但阻止了高炉中的气固液三相反应的进行，而且使得高炉“吐渣”不能；虽然可以掺入大量的含钙化合物以解决“粘稠”问题，但就大大增加了生产成本，基本没有了效益，失去了实用性，所以不再被使用。本人申请了以下中国发明专利:1、申请日为2012年6月2日，申请号为201210199691.3名称为“一种利用铝土矿或赤泥进行无渣生产的工艺方法” ；2、申请日为2012年7月27日，申请号为201210279677.4，名称为“一种铁、铝、钛联合法无渣生产工艺”；
3、申请日为2012年I月21日，申请号为201210025393.2，名称为“连续控温的回转窑配加熔分炉的冶炼系统”;4、申请日为2012年I月21日，申请号为201210025404.7，名称为“回转窑动态沸腾床配气系统”。以上专利，首先解决了现有技术中高炉法“吐渣”不能的问题，大大地降低了生产成本；其次是将使有毒的赤泥资源化，得到单质铁，其回收率可达99%以上，解决了赤泥占地、污染环境的问题。虽然这是一个大好的循环经济技术，但仍然存在着如下缺点:它还没有完全做到低成本、热能高效综合重复利用。虽能得到诸如硅钛铝合金、微晶石等副产品，但提取后的高温熔融渣所含潜热没有很好地被利用，仍然造成了资源的浪废，没有真正实现生产全过程地固体污染物零排放、液态污染零排放及气体达标排放，绿色环保。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:克服现有技术的不足，提供一种铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产工艺，它能够彻底解决现有技术中高温熔融渣潜热不能利用或不能完全利用、其自身有价元素不能提取利用的世界性难题，以及废渣污染环境、资源浪费、产能低下等问题，达到低成本、高效能地将有害物质变为有效资源，真正实现生产全过程固体污染物零排放、液态污染零排放及气体达标排放，绿色环保。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产工艺，其特征在于:包括如下步骤:1)在熔盐反应罐中加入适量的硫酸铵溶液；2)将高温熔融渣加入到盛有适量的硫酸铵溶液的熔盐反应罐中；3)将从熔盐反应罐的氨气出口输出的氨气输入到低温余热发电，进行发电。优选的，还包括如下步骤:4)将从熔盐反应罐的反应生成固液混合物出口输出的液态硫酸铝和硫酸氧钛、固态二氧化硅和硫酸钙等固液混合物，输送到第一固液分离内。优选的，还包括如下步骤:5)将流经低温余热发电后的氨水，输送到氨精馏塔进行精馏；将提纯出的纯液氨的一部分，泵入熔分炉裂解管中；6)将从熔分炉裂解管出来的氢、氮裂解气，经过回转窑分气盘通入到回转窑内。优选的，还包括如下步骤:7)将经氨精馏塔提纯产生的另一部分液氨，输送到硫fe招溶液te中。优选的，还包括如下步骤:8)由第一固液分离进行固液分离，得到固体二氧化硅、硫酸钙；将同时得到的液态硫酸铝、硫酸氧钛等输送到水解反应罐中进行水解；9)经水解并由第二固液分离再次进行固液分离，得到二氧化钛固体和液态硫酸铝；液态硫酸铝进入硫fe招溶液te中。优选的，还包括如下步骤:10)将硫酸铝溶液罐中的液氨与硫酸铝进行反应生成的固体氢氧化铝、硫酸铵水溶液输送到第三固液分离进行固液分离，得到固体氢氧化铝析出硫Ife按水溶液；将硫Ife按水溶液直于硫Ife按溶液te中；ιι)由硫Ife按栗加压，将硫Ife按水溶液经进液口输入到熔盐反应罐中，再与高温熔融渣进行反应。
优选的，还包括如下步骤:12)将氨精馏塔提取出的水，输送到水解反应罐中用于水解。优选的，步骤I)中，由熔盐反应罐的进液口加入适量的硫酸铵到熔盐反应罐中。优选的，步骤2)中，将经回转窑预还原、熔分炉熔融还原出来的高温熔融渣，由熔分炉的高温熔融渣出口经熔盐反应罐的高温熔融渣入口，输入到熔盐反应罐中；高温熔融渣与硫酸铵反应，产生出氨气、液态硫酸铝和硫酸氧钛、固态二氧化硅和硫酸钙等固液混合物。优选的，步骤3)中，氨气由熔盐反应罐顶部的氨气出口输出，经真空压力机组加压流经低温余热发电；低温余热发电利用工质换热，推动螺杆膨胀机进行发电。优选的，步骤4)中，液态硫酸铝和硫酸氧钛、固态二氧化硅和硫酸钙等固液混合物，经输送机加压输送到中和罐内，再输送到第一固液分离内。优选的，步骤5)中，氨水由氨水泵输送到氨精馏塔进行精馏；纯液氨使用液氨泵，输送到熔分炉裂解管中。优选的，步骤7)中，使用液氨泵将纯液氨输送到硫酸铝溶液罐中，用于生成硫酸氨液体与固体氢氧化铝。与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明可以有效地将高温熔融渣资源化，变废为宝；它能够彻底解决了高温熔融渣潜热能无法有效被利用、有价金属元素无法提取的世界性难题。本发明充分有效地利用了高温熔融渣自身热含高的特性，加入硫酸铵与之彻底反应，将其中的铝、钛等酸溶物产生浸出，这是常规酸浸出方法所不能比拟的；它能全部提取高温熔融渣中的有价金属、提取针状铝铁矿中的氧化铝和铁，做到了“拜耳法”、“烧结法”、“联合法”之所不能；当利用铝土矿使用本发明的装置制取铝、铁、钛时，就不再产生赤泥而污染环境，从而彻底改变了氧化铝的生产现状。铝土矿配钛铁矿生产钛白粉无需专门的生产厂家，且不产生任何污染，生产成本低。本发明是黑色金属、有色金属、无机盐工业、有机合成、化工制氨及建材行业等跨行业、跨领域技术的有机结合，它彻底改变了二氧化钛生产行业的高污染、高能耗、高价格的现状。本发明可以大规模地推广，再没有必要设立专门的钛白粉生产厂家；此类大规模综合利用生产厂，既可满足国内钛白粉市场的需求，使二氧化钛市场回归到自然丰度储量的合理价位。本发明总投资较现有技术有大幅度降低，生产成本非常低(是现有拜尔法的五分之一)，且不产生任何污染，综合能耗非常低，热能多次重复利用，绿色环保，实现氢工业生产冶金时代的到来。
图1是实施本发明的装置的结构框图；图2是图1中回转窑的剖视结构示意图。图中标记为:1、回转窑；la、回转窑分气盘；2、熔分炉；2a、高温熔融渣出口 ；2b、熔分炉裂解管；3、熔盐反应罐；3a、氨气出口 ；3b、高温熔融渣入口 ；3c、进液口 ；3d、反应生成固液混合物出口 ；4、真空压力机组；5、低温余热发电；6、氨水泵；7、氨精馏塔；7a、水出口 ；7b、液氨出口 ；8、液氨泵；9、输送机；10、中和罐；
11、第一固液分离；12、水解反应罐；13、第二固液分离；14、硫酸铝溶液罐；15、第三固液分离；16、硫酸铵溶液罐；17、硫酸铵泵。
具体实施例方式如图1、2所示，是实施本发明的装置之一，其结构如下:包括回转窑1、熔分炉2、熔盐反应罐3、真空压力机组4及低温余热发电5，回转窑I头部通过密闭通道与熔分炉2尾部连通；回转窑I头部，设置回转窑分气盘Ia ;熔分炉2头部设置高温熔融渣出口 2a，熔分炉2顶部设置熔分炉裂解管2b ;熔盐反应罐3顶部设置氨气出口 3a，上部设置高温熔融渣入口 3b，侧面罐壁上间隔九十度对称设置四个进液口 3c，底部设置反应生成固液混合物出Π 3d ；高温熔融渣出口 2a与高温熔融渣入口 3b由密闭通道连通，进液口 3c低于高温熔融渣入口 3b，高温熔融渣入口 3b低于高温熔融渣出口 2a ;熔盐反应罐3顶部的氨气出口 3a经真空压力机组4与低温余热发电5连通，低温余热发电5推动螺杆膨胀机进行发电；还包括氨水泵6、氨精馏塔7以及液氨泵8，氨精馏塔7上设置有水出口 7a和液氨出口 7b ;氨水泵6、氨精馏塔7、液氨泵8、熔分炉裂解管2b、回转窑分气盘Ia依次顺序连通；还包括依次顺序连通的输送机9、中和罐10、第一固液分离11、水解反应罐12、第二固液分离13和硫酸铝溶液罐14 ;输送机9与反应生成固液混合物出口 3d连通，氨精馏塔7的水出口 7a与水解反应罐12连通，氨精馏塔7的液氨出口 7b经液氨泵8，分别与熔分炉裂解管2b、硫酸铝溶液罐14连通。硫酸铝溶液罐14还连通第三固液分离15，第三固液分离15还通过硫酸铵泵16、硫酸铵泵17与熔盐反应罐3的进液口 3c连通。下面结合附图实施例，对本发明做进一步描述:如图1、2所示，铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产工艺，包括如下步骤:I)由熔盐反应罐3的进液口 3c加入适量的硫酸铵到熔盐反应罐3中；2)将经回转窑I预还原、熔分炉2熔融还原实现渣铁分离出来的高温熔融渣，由熔分炉2的高温熔融渣出口 2a经熔盐反应罐3的高温熔融渣入口 3b，输入到熔盐反应罐3中；高温熔融渣与其中的硫酸铵进行反应，产生出氨气、液态硫酸铝和硫酸氧钛、固态二氧化硅和硫酸钙等固液混合物；3)反应产生的氨气，由熔盐反应罐3的氨气出口 3a输出，经真空压力机组4加压，流经低温余热发5，低温余热发电5利用工质换热，推动螺杆膨胀机进行发电；4)将从熔盐反应罐3的反应生成固液混合物出口 3d输出的液态硫酸铝和硫酸氧钛、固态二氧化硅和硫酸钙等固液混合 物，经输送机9加压输送到中和罐10内，添加硫酸进一步中和其中所含残余的氨气后输送到第一固液分离11内；5)将经低温余热5发电后的氨水，由氨水泵6输送到氨精馏塔7进行精馏；将提纯出的纯液氨的一部分，使用液氨泵8输送到熔分炉2的炉顶耐材中的熔分炉裂解管2b中；6)将从熔分炉裂解管2b出来的氢、氮裂解气，经过回转窑分气盘Ia通入到回转窑I内；7)将经氨精馏塔7提纯产生的另一部分液氨，使用液氨泵8输送到硫酸铝溶液罐14中；8)由第一固液分离11进行固液分离，得到固体二氧化硅、硫酸钙析出；将同时得到的液态硫酸铝、硫酸氧钛等输送到水解反应罐12中进行水解；9)经水解反应罐12中水解，再由第二固液分离13再次进行固液分离，得到二氧化钛固体和液态硫酸铝；液态硫酸铝进入硫酸铝溶液罐14中；10)硫酸招溶液罐14中的硫酸招与来自液氨泵8的纯液氨进行反应,生成固体氢氧化铝、硫酸铵水溶液；将固体氢氧化铝、硫酸铵水溶液输送到第三固液分离15进行固液分离，得到固体氢氧化铝硫酸铵水溶液；将硫酸铵水溶液置于硫酸铵溶液罐16中；11)由硫酸铵泵17加压，将硫酸铵溶液罐16中的硫酸铵水溶液经进液口 3c输入到熔盐反应罐3中，再与高温熔融渣进行反应；12)将氨精馏塔7提取出的水，输送到水解反应罐12中，用于水解。本发明的工作原理与工作过程如下:如图1、2所示，在回转窑I中经过碳、氢预还原的混合物料，由密闭通道进入熔分炉2，经过熔分炉2进行熔融渣铁分离，还原出的热铁水由熔分炉2底部流出，上部高温熔融渣由高温熔融渣出口 21经高温熔融渣入口 3b进入到熔盐反应罐3中；由进液口 3c加入适量的硫酸铵到熔盐反应罐3中，高温熔融渣进入后，其中的铝、钛高温分解硫酸氨，形成新的无机硫酸盐，高温分解氨，同时高温熔融渣中的三氧化二铝、二氧化钛及酸熔的钒、钪等元素，与硫酸根结合形成新的可水溶性硫酸盐，即分别生成了氨蒸汽、液态硫酸铝和硫酸氧钛、固态二氧化硅和硫酸钙等固液混合物；氨蒸汽由熔盐反应罐3顶部的氨气出口 3a输出，经真空压力机组4加压，流经低温余热发电5 ;低温余热发电5利用工质换热将氨蒸汽降温生成为氨水，推动螺杆膨胀机进行发电；氨蒸气经低温余热发电5降温后成为氨水，由氨水泵6输送到氨精馏塔7 ;氨水经氨精馏塔7提纯，产生水以及纯度为99%以上的纯液氨。其中，这些纯液氨的一小部分，被直接泵入设置于熔分炉2炉顶耐材中的熔分炉裂解管2b，熔分炉裂解管2b将它们裂解为氢、氮混合气；由于氨气的吸热裂解，有效地降低了熔分炉2的炉顶耐火材料的温度，起到了保护耐材的作用，延长了耐材的寿命；从熔分炉裂解管2b出来的氢、氮裂解气，通过回转窑分气盘Ia进入到回转窑I内；在煤基还原铁的条件下加入了氧气，就提闻了铁的还原率；在此闻还原率的如提下，可有效地、大幅度地降低还原温度至1000度以内，从而彻底解决了回转窑I的结圈、滚球等世界性难题；实现了低成本氢还原铁、镍、钛铁矿；经氨精馏塔7提纯产生的另一大部分液氨，被输送到硫酸铝溶液罐14中，用于生成硫酸铵液体与固体氢氧化铝；液态硫酸铝和硫酸氧钛、固态二氧化硅和硫酸钙等固液混合物，均由熔盐反应罐3底部的反应生成固液混合物出口 3d排出，经输送机9输送到中和罐10内，在中和罐10内加硫酸用于进一步提取有价元素；上述固液混合物再进到第一固液分离11进行固液分离，生成固体二氧化硅、硫酸钙及液态硫酸铝、硫酸氧钛等；二氧化硅、硫酸钙等固体，用于制作高档建材玻璃等，其含铁量为PPM级；液态硫酸铝、硫酸氧钛进入到水解反应罐12中进行水解后，由第二固液分离12再次进行固液分离，得到二氧化钛固体和液态硫酸铝；液态硫酸招进入硫Ife招溶液14中；在硫酸铝溶液罐14中，来`自氨精馏塔7的液氨与其中的硫酸铝进行反应，生成了固体氢氧化铝、硫酸铵水溶液；经第三固液分离15进行固液分离，得到固体氢氧化铝和硫酸铵水溶液；硫酸铵水溶液置于硫酸铵溶液罐16中，再通过硫酸铵泵17加压，经进液口 3c输入到熔盐反应罐3中，再与高温熔融渣进行反应；硫酸铝溶液罐14中的硫酸铝溶液，还可以通入中和罐10内，用于进一步提取有价元素；氨蒸汽流经低温余热发电5后，经氨精馏塔7提取出的水，进入水解反应罐12中，用于水解用水的补充。这样，使得氨与硫酸可以只作少量的补充，从而实现氨、硫酸的循还使用。部分化学反应方程式为: 3(NH4)2S04+AI203 = AI2(S04)3+4NH3+6H20+N2(NH4)2S04+T102 = T10S04+2NH3+H206NH3.H20+AI2 (S04) 3 = 3 (NH4) 2S04+2AI (OH) 3以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等 同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
权利要求
1.铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产工艺，其特征在于:包括如下步骤: 1)在熔盐反应罐中加入适量的硫酸铵溶液； 2)将高温熔融渣加入到熔盐反应罐中； 3)将由氨气出口输出的氨气输送到低温余热发电，进行发电。
2.根据权利要求1所述的铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产工艺，其特征在于:还包括如下步骤: 4)将反应生成固液混合物出口输出的液态硫酸铝和硫酸氧钛、固态二氧化硅和硫酸钙固液混合物，通入到第一固液分离中。
3.根据权利要求2所述的铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产工艺，其特征在于:还包括如下步骤: 5)将流经低温余热发电后的氨水，进行精馏；将提纯出的液氨，泵入熔分炉裂解管中； 6)将从熔分炉裂解管出来的氢、氮裂解气，通入到回转窑内。
4.根据权利要求3所述的铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产工艺，其特征在于:还包括如下步骤: 7)将经氨精馏塔提纯产生的液氨，输送到硫酸铝溶液罐中。
5.根据权利要求2至4任一所述的铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产工艺，其特征在于:还包括如下步骤: 8)由第一固液分离进行固液分离，得到固体二氧化硅、硫酸钙；将同时得到的液态硫酸铝、硫酸氧钛，输送到水解反应罐中进行水解； 9)经水解并由第二固液分离进行固液分离，得到二氧化钛固体和液态硫酸铝；液态硫酸铝进入硫酸铝溶液罐中。
6.根据权利要求5所述的铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产工艺，其特征在于:还包括如下步骤: 10)将硫酸招溶液罐中的硫酸招与液氨进行反应生成的固体氢氧化招、硫酸铵水溶液输送到第三固液分离进行固液分离，得到固体氢氧化铝和硫酸铵水溶液；将硫酸铵水溶液置于硫酸铵溶液罐； 11)将硫酸铵水溶液输入到熔盐反应罐中，再与高温熔融渣进行反应。
7.根据权利要求6所述的铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产工艺，其特征在于:还包括如下步骤: 12)将氨精馏塔提取出的水，输送到水解反应罐中。
8.根据权利要求7所述的铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产工艺，其特征在于:步骤I)中，由熔盐反应罐的进液口加入适量的硫酸铵溶液到熔盐反应罐中。
9.根据权利要求8所述的铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产工艺，其特征在于:步骤2)中，将经回转窑预还原、熔分炉熔融还原出来的高温熔融渣，由熔分炉的高温熔融渣出口经熔盐反应罐的高温熔融渣入口，输入到熔盐反应罐中；高温熔融渣与硫酸铵反应产生出氨气、液态硫酸铝和硫酸氧钛、固态二氧化硅和硫酸钙等固液混合物。
10.根据权利要求9所述的铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产工艺，其特征在于:步骤3)中，氨气由熔盐反应罐顶部的氨气出口输出，经真空压力机组加压流经低温余热发电，低温余热发电利用工质换热， 推动螺杆膨胀机进行发电。
11.根据权利要求10所述的铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产工艺，其特征在于:步骤4)中，液态硫酸铝和硫酸氧钛、固态二氧化硅和硫酸钙等固液混合物，经输送机加压输送到中和罐内中和后，再输送到第一固液分离内。
12.根据权利要求11所述的铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产工艺，其特征在于:步骤5)中，氨水由氨水泵输送到氨精馏塔进行精馏；使用液氨泵，将纯液氨输送到熔分炉裂解管中。
13.根据权利要求12所述的铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产工艺，其特征在于:步骤7)中，使用液氨泵将纯液氨 泵入硫酸铝溶液罐中。
全文摘要
铁、铝、钛还原熔盐法无渣生产工艺，属于金属冶炼与无机盐技术领域。步骤1)在熔盐反应罐中加入硫酸铵；2)加入高温熔融渣；3)氨气输入到低温余热发电；4)将硫酸铝、硫酸氧钛、二氧化硅和硫酸钙通入到第一固液分离内；5)将氨水精馏，泵入熔分炉裂解管；6)裂解气通入到回转窑内；7)液氨输送到硫酸铝溶液罐中；8)硫酸铝、硫酸氧钛水解；9)由第二固液分离分离。其优点是使用本发明可将赤泥资源化，变废为宝；它彻底解决高温熔融渣潜热能、有价元素无法提取利用的难题。本发明投资较现有技术有大幅度降低，生产成本仅为拜尔法的五分之一，且不产生任何污染，综合能耗非常低，热能多次重复利用，绿色环保，实现氢工业生产冶金时代。
文档编号C21B11/00GK103146863SQ20131010394
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月14日 优先权日2013年3月14日
发明者胡长春, 胡晓雪 申请人:胡长春, 胡晓雪