一种处理高铁赤泥的底顶复合喷吹熔融还原炉

本发明涉及赤泥综合利用领域，具体涉及一种处理高铁赤泥的底顶复合喷吹熔融还原炉。

技术背景

中国是氧化铝大国，我国每年氧化铝产量达到7000万吨以上，排放赤泥1亿吨以上。随着中国铝资源的枯竭，我国每年需进口大量的高铁三水铝石矿生产氧化铝，其使用比例高于50％，高铁赤泥排放量大于6000万吨，其中氧化铁含量多在30％～50％之间。

对于高铁拜耳法赤泥综合利用的装置，国内相关科研人员进行了大量的研究工作，如李士琦等公开的“一种超细磨的高铁赤泥精细还原装置，申请号：201120131689.3”，其装置特征是由气源系统和还原系统两部分组成。其中气源系统包括n2气瓶、h2气瓶、co2气瓶、n2气体流量计、h2气体流量计、co气体流量计、煤气重整装置以及气体混合室组成；还原系统包括电阻炉、控制柜以及坩埚。

如黎方正等公开的“一种赤泥高效资源化利用系统及工艺，申请号：cn201910564184.7”，该系统按照工序依次设置为:水洗池,第一压滤机,烘干机,第一破碎机,筛选机,搅拌机,成型机,感应电炉,第二破碎机,磁选机,反应釜,第二压滤机,沉淀池和焙烧炉；该系统可将赤泥,煤粉和废铝屑等原料通过转变为还原铁,水泥原料和氧化铝等可售产品。

上述专利虽然可将赤泥进行还原处理，但设备复杂还原时间较长，且热量利用率较低。

技术实现要素：

为实现高铁赤泥中多组分的综合利用，本发明公开了一种处理高铁赤泥的底顶复合喷吹熔融还原炉。

本发明公开了一种处理高铁赤泥的底顶复合喷吹熔融还原炉，包括卧式炉体、涡流加料口、底顶喷吹系统，溢流出渣口、虹吸出铁口和烟气出口；涡流加料口位于卧式炉体一端(称为前端)上部，对应熔池涡流区，用于固体混合物料的加入；底顶复合喷吹系统包括底部喷枪、顶部喷枪和辅助气体管路；虹吸出铁口和溢流出渣口设置于炉体的另一端(称为后端)，溢流出渣口设置于虹吸出铁口上方，高铁赤泥经还原后下层铁水从虹吸出铁口排出，上层熔炼渣从溢流出渣口排出，能够实现连续出铁和连续排渣；烟气出口设置在虹吸出铁口和溢流出渣口一端的上部，并与烟气锅炉连接，回收烟气热量。

优选的，熔融还原炉还包括机械搅拌系统，所述机械搅拌系统包括搅拌桨、搅拌轴、耐高温连接配件、搅拌电机，搅拌轴上下两端分别连接搅拌电机和搅拌桨，搅拌桨的插入高度和位置能够根据熔池中渣金界面位置的波动而调整，进行熔融还原时机械搅拌系统的搅拌桨位于熔池中渣金界面处为宜。搅拌电机驱动搅拌桨旋转，在熔池中产生稳定涡流区，搅拌转速控制在50rpm～300rpm连续可调。

所述的喷吹系统包括顶部喷枪、底部喷枪以及辅助气体管路。其中，顶部喷枪位于熔融还原炉炉体顶端，用于喷吹富氧空气和燃料，充分燃烧熔融还原产生的co气体，实现对熔池的补热稳定热平衡。底部喷枪位于熔融还原炉炉体底部，用于喷吹富氧载气携带的煤粉、焦炭、焦煤、阴极炭块、煤气或天然气等还原剂强化多相熔融还原反应。

优选的，底部喷枪沿着熔融还原炉的水平线等距分布在炉体两侧，富氧载气携带的还原剂能够在两侧交替喷吹或以组合方式喷吹。

采用该熔融还原炉处理高铁赤泥过程为：首先将还原剂i(固体还原剂，如焦煤、焦炭、阴极炭块、煤粉等)、造渣剂和高铁赤泥混合均匀得到混合物料，然后通过涡流加料口连续加入到熔融还原炉内；同时还原剂ii(可以是气体还原剂如天然气、煤气等，也可以是与还原剂i一样的焦煤、焦炭、阴极炭块、煤粉等)采用富氧载气携带通过底部喷枪喷入熔融还原炉的熔池内，顶部喷枪喷吹富氧空气和燃料(如煤气、天然气等)，燃料发生燃烧，同时也可以燃烧熔融还原产生的co对熔池进行补热维持热平衡；在搅拌桨的高效搅拌作用下进行涡流熔融还原得铁水和还原渣，高温铁水经虹吸出铁口连续排出，熔融还原渣由溢流出渣口连续排出。

本发明专利技术与传统的还原炉相比，存在如下优势和创新：

1.采用涡流加料和虹吸出铁与溢流排渣实现了熔融还原过程的连续操作，极大降低了劳动强度。

2.涡流加料和机械与底吹气体耦合涡流搅拌极大强化了熔融还原效率，降低了能耗，提高了铁的还原率。

3.采用顶吹富氧空气和燃料，并充分燃烧熔融还原产生的co，实现对熔池的补热，稳定系统热平衡，充分利用了系统能量。

4.还原炉可连续加料，连续出铁和出渣，实现赤泥提铁的连续化生产。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中的一种处理高铁赤泥的底顶复合喷吹熔融还原炉。

附图说明：1-涡流加料口，2-涡流区，3,4,5,6,7-顶吹喷枪，8-烟气出口，9-溢流出渣口，10-虹吸出铁口，11,12,13,14,15-底吹喷枪。

具体实施方式

本发明实施例所采用的赤泥主要成分为：fe2o3-41.63％，al2o3-17.25％，sio2-10.20％，tio2-8.50％，na2o-6.50％，cao-1.61％。

本发明实施例所采用的还原剂焦煤主要成分为：固定碳69.17％，灰分11.13％，挥发分19.42％。

本发明实施例所采用的还原剂焦炭的主要成分为：固定碳84.5％，灰分12.1％，挥发分2.3％。

本发明实施例所采用的还原剂阴极炭块的主要成分为：固定碳52.1％，灰分37.2％，挥发分9.1％。

本发明实施例所采用的石灰中有效cao含量为80％，其余成分为sio2等。

本发明实施例所采用的萤石中caf2含量为86％，其余成分为al2o3、sio2等。

本发明所述的生产内容不局限于采用该类原料，如还原剂可以为上述的焦煤、焦炭、阴极炭块，还可以采用煤粉等代替，并降低萤石用量；石灰也可以采用碳酸钙或电石冶炼废渣替代。

本发明实施例采用的处理高铁赤泥的底顶复合喷吹熔融还原炉如图1所示，包括卧式炉体、涡流加料口1、底顶喷吹系统，溢流出渣口9、虹吸出铁口10和烟气出口8；涡流加料口1位于炉体前端上部；底顶复合喷吹系统包括炉体顶端的顶部喷枪3-7，炉体底端的底部喷枪11-15和辅助气体管路；虹吸出铁口10和溢流出渣口9设置于炉体的后端，溢流出渣口设置于虹吸出铁口上方，能够实现连续出铁和连续排渣；烟气出口8设置在后端的上部，并与烟气锅炉连接，回收烟气热量。

涡流加料口1下面对应的位置为涡流区2，由图中未画出的机械搅拌系统和底吹气体耦合搅拌形成熔池中的涡流区。

下面结合图1和实例对本发明进行详细描述。

(1)首先将高铁赤泥与还原剂、石灰、萤石混合均匀，然后由涡流加料口1连续加入到还原熔炼炉中。

(2)将搅拌桨插入到熔池中渣金界面处开启搅拌，搅拌桨搅动熔体，形成稳定结构的涡流和稳定高度的熔体。

(3)采用顶部喷枪3-7将富氧空气和燃料(煤气或天然气)喷吹到还原熔池中，燃烧引发还原物料的还原反应，为熔池提供热量，保证熔体温度在≥1350℃，熔融还原过程中顶部吹入的富氧空气保证还原过程释放的co得到充分燃烧以保证炉内热平衡。底部喷枪11-15将还原剂用富氧载气携带吹入熔池内，强化还原反应。

(4)经底顶复合喷吹熔融还原后得到低硫低磷生铁和熔融还原渣，形成的底部铁水层从虹吸出铁口10排出后通过还原炉下部的耐高温密闭管道在虹吸作用下排到相连的铁水缓冲槽包中，熔融还原渣从溢流出渣口9排出，经调质、离心等工序可用于制备岩棉产品。

(5)起炉开始后还原即开启尾气余热收集与净化系统，熔炼尾气从烟气出口8排出后经余热回收和净化处理后排到大气中。

实施例1

还原剂为焦炭，还原剂中的碳与高铁赤泥中氧化铁的摩尔比为1.5:1；添加的石灰中氧化钙与高铁赤泥中氧化硅和氧化铝质量之和的比为1.5:1；萤石添加量为氧化钙添加量的8％。还原过程温度为1650℃，还原时间为20min。经还原，铁的还原率为96.5％，赤泥中约70％的氧化钠富集于烟气中回收。

实施例2

还原剂为废阴极碳块，还原剂中的碳与高铁赤泥中氧化铁的摩尔比为6.5:1；添加的石灰中氧化钙与高铁赤泥中氧化硅和氧化铝质量之和的比为0.8:1；萤石添加量为氧化钙添加量的15％。还原过程温度为1350℃，还原时间为120min。经还原，铁的还原率为95.0％，赤泥中约30％的氧化钠富集于烟气中回收。