一种处理含钛高炉渣制备氢气的方法与流程

本发明涉及氢气制备技术领域，特别涉及一种处理含钛高炉渣制备氢气的方法。

背景技术：

我国钒钛磁铁矿储量丰富，已探明储量61.9亿t。我国首先对钒钛磁铁矿进行了大规模的选冶试验，解决了国外长期未解决的高炉冶炼高钛型铁(钒)精矿的技术难题，正常地生产出生铁；同时，从铁水中得到合格的钒渣，但对于炉渣中的钛却无法很好地利用。目前将含钛高炉渣像普通高炉渣一样处理，作为水泥或混凝土的组份材料，虽然可以处理了大量的含钛高炉渣，但却是对渣中tio2的巨大浪费。既处理含钛高炉渣，又对渣中tio2进行利用，一直是冶金学者们关注的处理方式。因此，有人提出并进行实验验证含钛高炉渣可以用于制备氢气。

用含钛高炉渣制备氢气的一般处理方式是将含钛高炉渣用高能球磨机磨细后，再将含钛高炉渣渣粉颗粒使用非离子表面活性剂作为模板剂，同时加入结构促进剂，促进渣粉骨架的形成，再使用温和的方式去除表面活性剂，即溶剂洗脱模板剂的方式。以此方法获得孔结构有序、高比表面积的渣微孔结构（含tio2）。该微孔结构受阳光照射会与水发生半导体光催化反应，生成氢气。

该处理方式存在如下缺陷：1、进入高能球磨机的含钛高炉渣必须是固体，而钢厂高炉炼铁出液态渣，这之间还需要一个中间冷却过程，将液态渣转变成固态渣才能配套实现连续生产，增加了生产时间和成本；2、高能球磨机属于高能耗机器，占据成本份额过高；3、制造微孔结构所采用的表面活性剂和溶剂洗脱模板剂属于有机溶剂，对环境有一定污染；4、磨细渣粒和制造微孔结构的分开，延长了生产工序；5、该法制造渣微孔结构技术要求高，难度大。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种处理含钛高炉渣制备氢气的方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种处理含钛高炉渣制备氢气的方法，采

用如下粒化装置进行制备，该粒化装置的结构是：包括加料装置、粒化炉和冷却结构；

加料装置：包括石墨坩埚和加料管，加料管的顶部与石墨坩埚

的底部连通，加料管上设有控制加料管通断的销；

粒化炉：包括炉体、转轴、转盘、驱动电机和变频器；

所述转轴设置在炉体内，转盘安装在转轴顶部，驱动电机与转轴连接，并驱动转轴转动，变频器与驱动电机连接，调节驱动电机的转速；

所述加料管的出料口对着转盘；

冷却结构：包括水泵、输水管和喷水阀；

所述输水管的一端连接水泵，输水管的另一端位于炉体内，连接喷水阀，所述喷水阀的喷水口对着转盘内侧，确保可以将水完全喷淋在整个转盘内；

采用上述装置制备氢气的步骤包括：

s1：打开并调节变频器，驱动电机的转动带动转轴转动，转轴转动带动我转盘转动；

s2：打开水泵和喷水阀，调节喷水阀的出水角度，确保喷水阀喷出的水能覆盖在转盘的内侧，并持续向转盘的内侧喷水；

s3：打开销，熔融含钛高炉渣从石墨坩埚中进入直接流入转动的转盘，通过销调节熔融含钛高炉渣进入转盘的流速和流量，温度高达1500℃的含钛高炉渣在接触转盘的同时，含钛高炉渣会被转盘中的水降温，水受热蒸发成为水蒸汽渣水之间形成不稳定的具有一定压力的气相层；在气压的推动下，部分蒸汽克服熔渣表面张力和内部质点的阻碍进入熔渣，形成多孔材料；

s4：在驱动电机的驱动下，s3中形成多孔材料会随着转盘的边缘飞出，形成熔滴，自然冷却后即得到多孔氢气制备材料颗粒；

s5：在常温条件下，将s4得到的多孔氢气制备材料颗粒淹没于水里，在紫外线引发照射30min发生半导体光催化反应，生成氢气，其中，常温下的水漫过多孔材料即可，紫外线照射30min后发生半导体催化反应

作为改进，所述炉体上设有人孔。

作为改进，所述炉体上设有观察窗口。

作为改进，所述喷水阀的角度可调，调节角度范围是-90º~0º。

相对于现有技术，本发明至少具有如下优点：

1、含钛高炉渣制备氢气的一般处理方式是要将含钛高炉渣用高能球磨机磨细，需要的含钛高炉渣为固态，如若要与高炉出渣配套使用，需要一个中间冷却过程。本发明工艺所用为熔融状态的炉渣，无需中间冷却过程，可与高炉出渣直接配套使用，节约生产时间，同时节约生产成本。

2、本发明工艺采用转盘细化液态含钛高炉渣的过程，熔融高温炉渣被转盘中的水极速冷却，同时水有高温气化，进入熔融高温炉渣中，在熔融炉渣内形成很多起泡，形成多孔材料，在离心力的作用下，飞出转盘得到颗粒状的多孔材料，不需要在进行球磨机细化，节约了能耗，降低了生产成本。

3、现有的处理方式中需要使用表面活性剂和溶剂洗脱模板剂，污染环境，增加成本。本发明工艺无需使用表面活性剂和溶剂洗脱模板剂，减少了对环境的影响和生产成本。

4、本发明工艺将磨细渣粒和制造微孔结构合成一步生产工序，缩短了生产流程，提高了生产效率。

5、相较于使用表面活性剂成孔，脱模剂脱模的一般处理方式，本生产工艺操作简单，自动化程度较高。

附图说明

图1为制备氢气的粒化装置的结构原理图。

图中，石墨坩埚11、加料管13、销15；炉体21、人孔22、转轴23、观察窗口24、转盘25、法兰26、驱动电机27、变频器29；水泵31、输水管33、喷水阀35。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参见图1，一种处理含钛高炉渣制备氢气的方法，采用如下粒化装置进行制备，该粒化装置的结构是：包括加料装置、粒化炉20和冷却结构；

加料装置：包括石墨坩埚11和加料管13，加料管13的顶部与石墨坩埚11

的底部连通，加料管13上设有控制加料管通断的销15；

粒化炉：包括炉体21、转轴23、转盘25、驱动电机27和变频器29；

所述转轴23设置在炉体21内，转盘25安装在转轴23顶部，驱动电机27与转轴23连接，并驱动转轴23转动，变频器29与驱动电机27连接，调节驱动电机27的转速；具体实施时，转盘25通过法兰26固定在转轴23的顶部，为了方便调节，最好将变频器29设置在炉体21的外侧，当然也可以将驱动电机27也设置在炉体21的外侧。

所述加料管13的出料口，即加料管13的底部对着转盘25，确保高温炉渣通过加料管13完全落入转盘25内。

冷却结构：包括水泵31、输水管33和喷水阀35；

所述输水管33的一端连接水泵31，输水管33的另一端位于炉体21内，连接喷水阀35，所述喷水阀35的喷水口对着转盘25内侧，确保可以将水完全喷淋在整个转盘25内。

喷水阀35的角度可调，调节角度范围是-90º-0º。设喷水阀在水平面上，那么向水平面以下则为负角度调整。

采用上述装置制备氢气的步骤包括：

s1：打开并调节变频器29，驱动电机27的转动带动转轴23转动，转轴23转动带动我转盘25转动；

变频器29是通过电线与安装在炉体21外的驱动电机27相连的，驱动电机27驱动炉体21中的转轴8转动，变频器29也是安放在炉体21外，方便调节、开启和关闭驱动电机27，驱动电机27的转动会带动转轴，转盘是为了增大炉渣与转盘25的接触面积且方便位于转盘25内的熔融含钛高炉渣从转盘25顶部开口飞出，另外，可以通过调节含钛高炉渣液体流量、转盘直径以及转速大小来控制颗粒的尺寸，满足生产需要。

s2：打开水泵31和喷水阀35，调节喷水阀35的出水角度，确保喷水阀35喷出的水能覆盖在转盘25的内侧，并持续向转盘25的内侧喷水；

水泵31的目的是增大水的压力，使水在通过喷水阀35时能很好的散射，开始粒化前安装喷水阀35时就要调节水阀喷头的位置以及喷水量，喷水阀35的角度可调，使其散射的水能覆盖在转盘25内侧；通过用石英玻璃制成的观察窗口24来观察散射的角度和水量是否满足要求；如果满足便继续下一步；如果不满足便要停下驱动电机27、水泵31来进行调试，直到满足才能进行下一步；

s3：打开销15，熔融含钛高炉渣从石墨坩埚11中进入直接流入转动的转盘25，通过销15调节熔融含钛高炉渣进入转盘25的流速和流量，温度高达1500℃的含钛高炉渣在接触转盘25的同时，含钛高炉渣会被转盘25中的水降温，水受热蒸发成为水蒸汽渣水之间形成不稳定的具有一定压力的气相层；在气压的推动下，部分蒸汽克服熔渣表面张力和内部质点的阻碍进入熔渣，形成多孔材料；

这时，熔渣内气体含量大大增加，远远超过常压下熔渣对气体的溶解度，内部气体不能以溶解的形式存在于熔渣中，而只能在熔渣内以气泡的形态存在于其中，与此同时由于转盘25在高速旋转，熔融含钛高炉渣受此离心力作用会被分裂、粒化且沿转盘的切线方向飞出熔滴在空中急冷，熔渣粘度急剧上升，表面迅速固化，使得相当多的气泡在熔渣内部稳固下来。渣内气泡形成微孔，含钛高炉渣转变为结构有序、高比表面积的微孔球状结构；

s4：在驱动电机27的驱动下，s3中形成多孔材料会随着转盘25的边缘飞出，形成融滴，自然冷却后即得到多孔氢气制备材料颗粒；

可以通过观察窗口24来观察含钛高炉渣是否完全由转盘25粒化，如果未粒化完全就需继续粒化；如果已经粒化完全，关闭水泵31，通过变频器29来关闭驱动电机27，使转盘25停止转动；打开人孔22，收集含钛高炉渣制成的孔氢气制备材料即渣微孔球状结构。

s5：在常温条件下，将s4得到的多孔氢气制备材料颗粒淹没于水里，在紫外线引发照射30min发生半导体光催化反应，生成氢气。

由于含钛高炉渣中富含二氧化钛，二氧化钛是一种半导体光催化剂，当二氧化钛和水在紫外光的照射引发下可以发生光催化反应，产生氢气，而本发明制备的多孔氢气制备材料颗粒具有非常的比表面积，可以帮助二氧化钛与水能充分接触，加快光催化反应，提高氢气的产生率。

反应原理是：半导体tio2获得大于其吸收域值的光子后，其价带电子发生跃迁，到达导带，激发产生的光生电子和光生空穴又称光生载流子。光生电子-空穴对能向溶液或气相中吸附在半导体表面上的物质转移电荷，从而氧化或还原吸附的物质，可以表达如下：

光催化剂+hv—h⁺+e^-；

h⁺+h2o→h⁺+·oh；

o2+2e^-+2h⁺→h2o2；

h2o2+o2^-→·oh+oh^-+o2；

h⁺+oh^-→·oh；

h⁺+e^-→h·；

h·+h·→h2。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。