一种带高温除尘功能的硝酸镁热解炉装置及方法与流程

本发明属于冶金固废资源化利用领域，特别涉及一种带有高温除尘功能的硝酸镁热解炉装置及方法。

背景技术：

镍是重要的战略金属，广泛用于不锈钢、高温合金、电镀和化工行业。镍资源主要分为硫化镍和氧化镍(红土镍矿)，硫化镍含镍品质高，所以成为生产镍的重要矿物资源，储量占世界总储量30％～35％，而世界有70％镍生产于硫化镍矿。随着镍需求不断增加及硫化镍矿资源逐渐减少，从红土镍矿中经济、高效地提镍已成为关注的焦点。

红土镍矿含镍品位低，大约1％，并且红土镍矿在冶炼之前不能通过选矿而显著富集，开采的矿石直接进行冶金处理，投资成本高，经济效益差。现有的红土镍矿冶炼工艺为火法、湿法、火法-湿法。湿法工艺因为具有能耗低、成本低、污染小的特点，近年来得到长足发展。尤其随着高压釜技术不断成熟，加压酸浸工艺已成为一种极具前景湿法冶金工艺。

红土镍矿湿法冶金生产中，以加压硝酸酸浸技术代替传统加压硫酸酸浸技术作为ni、co浸取剂，由于红土镍矿中含有大量镁，会产生副产品硝酸镁等物质；目前，对于生产中副产品硝酸镁等物资不能有效利用以及不当排放造成的环境问题，制约了工程技术的发展。根据现有技术而言：

专利cn108862218a公开了一种金属硝酸盐热解制取硝酸的方法及装置，通过在密闭的装置中使金属硝酸盐粉末通过热解，产生氧气、二氧化氮及金属氧化物，将得到的氧气、二氧化氮导入吸收塔中，通过吸收塔中设有的吸收液循环吸收后，得到需要浓度的硝酸。整个系统保持密封、正压，让硝酸盐在回转窑内充分热解，所产生气体被吸收塔中液体吸收剂制成硝酸溶液。该专利实现了硝酸的回收利用。但是硝酸盐的分解温度要求很高，在回转窑分解，存在分解不充分的情况，生成的氧化物在回转窑炉中容易粘结在炉壁上。

因为回转炉窑存在分解不充分的问题，硝酸盐在回转窑中会导致炉子的腐蚀问题，为了解决上述问题cn109721038a公开了一种硝酸盐热解回收硝酸方法，其特征在于将硝酸盐分两级预热，获得热流体。采用喷雾热解方法，在分解器中，利用高温气体进行加热，将混合气体和固体粉末分离，将气体送至制酸系统。该专利克服了回转炉窑腐蚀问题和硝酸盐热解受热不均问题。

公开号为cn110342497a公开了一种采用蓄热式循环加热进行硝酸镁雾化热解的系统包括热解炉、运输泵、原料加热器、风温调节器、气固分类器、蓄热式热风炉、第一引风机和酸吸收装置组成。该方案提供了一种蓄热式循环加热进行硝酸镁雾化热解的系统方法，用以实现红土镍矿湿法冶金副产品硝酸镁资源合理利用，以及无公害。采用蓄热式加热炉的方式，很好的实现了热解炉中没有其他气体的混入，增加了分解气体的纯度。

综上所述，采用喷雾热解方法解决了回转炉窑的腐蚀以及硝酸盐热解过程中受热不均的问题，蓄热式循环加热进行硝酸镁雾化热解也只是分解气体浓度得到了提高。但是热解炉存在的出口粉尘量大的问题没有得到很好的改善。

现有设备在运行实验中存在以下问题：

热解炉产生的分解气体中颗粒物粒径细，出口温度高达450～500℃。现使用的旋风除尘器与沉降室组成的二级除尘效果不佳，周围空气中存在大量粉尘。

技术实现要素：

发明目的：

为了克服现有除尘技术存在缺陷，本发明提出了一种结构简单，除尘效率高，除尘效果好的带有高温除尘功能的硝酸镁热解炉装置，并将其装置应用于硝酸镁热解方法中。

技术方案：

一种带高温除尘功能的硝酸镁热解炉装置，包括使熔融硝酸镁发生热解反应的热解区和将硝酸镁热解后产生的分解气体除尘的除尘区。

进一步的，热解区是指下隔板至热解炉的底部之间的空间；下隔板下方的中间部位设置雾化喷嘴，雾化喷嘴与热解炉外的运输泵连接。

进一步的，除尘区是指下隔板至热解炉顶部空间；热解炉内部上方的除尘区内设置上隔板、下隔板，下隔板与上隔板之间固定有弯折管，弯折管上端与上隔板下表面相连通，弯折管下端与下隔板下表面连通，上隔板与热解炉的顶部之间设有填充层。

进一步的，上隔板与下隔板采用焊接的形式与热解炉内部连接，上隔板、下隔板上设置有与弯折管上下两端连通的连接孔，上隔板、下隔板与弯折管采用胀焊并用的形式连接。

进一步的，弯折管的中间弯折部分的轴线与水平面形成的角度在65-80°之间。

进一步的，填充层为耐高温球型材料，满足分解气体出口温度400～500℃；耐高温球型材料为石英砂，成分为62％的al2o3；24％的sio2；14％的b2o3。

一种硝酸镁热解方法，包括带有高温除尘功能的硝酸镁热解炉，其中，进入热解炉步骤包括：将熔融状态的硝酸镁通过运输泵送到热解炉的热解区进行热解反应，粉料在热解炉的底部排料；热解区热解硝酸镁产生的分解气体进入分解区，通过弯折管进入到填充层，分解气体携带颗粒被填充层上的耐高温颗粒附着，形成除尘气体进入第一引风机。

进一步的，原料加热装置、运输泵、热解炉依次连接，热解炉中的雾化喷嘴与运输泵连通，热解炉上端的出气口与第一引风机连接，第一引风机分别通过阀门连接风温调节器、蓄热式热风炉和酸吸收系统，蓄热式热风炉的烟气出口与烟囱连通，蓄热式热风炉的热风出口与风温调节器连接，风温调节器的出风口与热解炉的进风口连通。

进一步的，该热解方法的热解步骤包括：

步骤一：将硝酸镁原料放入原料加热装置内，加热形成熔融状态；

步骤二：将熔融状态的硝酸镁通过运输泵泵送到热解炉内的雾化喷嘴，喷洒到热解炉的热解区进行热解反应，此时蓄热式热风炉的高温气体通过风温调节器调节温度后，通入热解炉热解区的进气口，为热解反应提供热源，产品氧化镁在底部排料；

步骤三：热解区热解硝酸镁产生的分解气体，通过弯折管进入到填充层，分解气体携带颗粒被填充层上耐高温颗粒附着，形成除尘气体进入第一引风机；

步骤四：进入第一引风机的除尘气体中，部分被通入蓄热式热风炉，蓄热体加热后用于高温气源，剩余部分输运到酸吸收系统用于制备硝酸。

优点及效果：

本发明具有以下优点和有益效果：

(1)将热解炉内部分为热解区和除尘区，热解过程同时完成除尘，简化装置，除尘效果好。

(2)整个热解方法省去原有硝酸镁热解的除尘装置，实现了除尘与热解同步进行，简化工艺流程。

(3)热解区为雾化硝酸镁与高温分解气体提供反应空间，使硝酸镁在500℃下均匀完成热分解；分解后产生nox和o2。

(4)本发明热解炉增设了除尘区，实现了将颗粒物截留在热解炉内部，避免了原有旋风除尘造成的周围空气的大量粉尘，除尘率高达99％，实现了高温环境下除尘。

附图说明

图1为本发明的一种带有高温除尘功能的硝酸镁热解炉装置的示意图。

图2为单独一根弯折管的示意图。

图3为弯折管的胀焊示意图。

图4为上下隔板的结构示意图；a-上隔板结构示意图，b-下隔板结构示意图。

图5为隔板和热解炉内壁的焊接示意图。

附图标记：

1—原料加热装置，2—运输泵，3—热解炉，4—风温调节器，5—蓄热式热风炉，6—烟囱，7—酸吸收系统，8—引风机，3a—填充层，3b—上隔板，3c—弯折管，3d—下隔板，3e—热解区。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

如图1所示，一种带有高温除尘功能的热解炉装置，熔融的硝酸镁通过运输泵2与雾化喷嘴连接，喷入到热解炉3的热解区3e；热解区3e为雾化硝酸镁与高温分解气体提供反应空间，在500℃完成硝酸镁的热分解；分解后产生nox和o2，以及分解产物mgo。上隔板3b将热解炉3分为热解区3e与除尘区，由于产生的mgo颗粒粒径只有10-50μm，很容易随分解气体进入除尘区。带有颗粒物的分解气体通过上隔板3b下表面连通孔进入弯折管3c，颗粒物由于惯性的作用与弯折管3c碰撞，少量颗粒物附着于弯折管3c表面。

隔板上均匀布置的弯折管，可以将分解气体均匀的送入填充层3a中。填充层3a采用耐高温的球型石英砂，具体成分62％的al2o3；24％的sio2；14％的b2o3，可以承受400-500℃的高温分解气体。颗粒物被截留在热解炉3内部，有效除尘率达99％，免去了热解炉3分解气体外加设备即旋风除尘器与沉降室组成的二级除尘系统。解决了现有除尘方式除尘效果不佳，周围空气中存在大量粉尘的问题。为了防止弯折管3c及填充层3a堵塞，定期需要进行反吹，并将弯弯折管3c的中间弯折部分的轴线与水平面形成的角度在65-80°之间，如图2所示。隔板采用焊接的形式与热解炉连接，隔板上面布置均匀与弯折管的连接孔，隔板与弯折管3c采用胀焊并用的形式，隔板和弯折管3c选择304钢。

如图3所示，图3是弯折管与上下隔板胀焊并放大后的连接图。其中，包括胀接段和焊接段，并且采用先胀接后焊接的方法。胀接段在管子一段留有15mm长为未胀接管腔。胀接段弯折管管径与隔板管孔之间胀度控制2％-3％，以避免胀接应力与焊接应力的迭加，减少焊接应力对胀接应力的影响。焊接段焊缝高度确保不小于管壁厚度的1.4倍，可采用双层氩弧焊。本发明采用胀焊并用的原因在于：热解区会产生高温，腐蚀性强的(nox和o2)分解气体，单独采用焊接或者胀接难以满足。胀焊并用可以改善连接的抗疲劳性能，而且可以消除应力腐蚀和间隙腐蚀，提高使用寿命。

如图4所示，图4是上下隔板的示意图。其中，上下隔板共开设7个孔，从上至下分别以2-3-2的开孔数开孔，管板上方管孔的排列方式为三角形排布，排列角度为60度，管孔之间均匀布置，适当增加管子的间距，不在边缘处开孔，避免应力集中问题的产生。为了保证管板强度，四周弯折管采用对称布置。弯折管存在弯折部分，下隔板的四周管孔中心位置有偏移。为了保证应力分布的均匀性，中间管子采用直管布置方式。

如图5所示，图5是隔板和热解炉内壁的焊接示意图。其中焊接的坡口形状选择带钝边双单边v型坡口，焊接角度为45°

弯折管3c起到了集气管的作用，将热解炉内分解气体回收。将分解气体均匀送到填充层的作用；定期反吹填充层时，可以将粉尘吹入热解区。中间设置弯折管会起到截尘的作用，弯折管3c的中间弯折部分的轴线与水平面形成的角度在65-80°之间，以防粉尘堵塞管道。

热解区是指下隔板3d至热解炉3的底部之间的空间；下隔板3d下方的中间部位设置雾化喷嘴，雾化喷嘴与热解炉3外的运输泵2连接。

热解炉3的内部依次从上到下设置有填充层3a、上隔板3b、弯折管3c、下隔板3d和设置在热解区3e内的雾化喷嘴。

其中，热解区3e为雾化硝酸镁与高温分解气体提供反应空间，使硝酸镁在500℃下均匀完成热分解；分解后产生nox和o2。除尘区的优点：将颗粒物截留在热解炉的内部，避免了原有旋风除尘造成的周围空气的大量粉尘，除尘率高达99％，实现了高温环境下除尘。隔板采用焊接的形式与热解炉连接，隔板上面布置均匀与弯折管的连接孔，隔板与弯折管采用胀焊并用的形式，隔板和弯折管可以选择304钢。

除尘区是指下隔板3d至热解炉顶部空间；热解炉3内部上方的除尘区内设置上隔板3b、下隔板3d，下隔板3d与上隔板3b之间固定有弯折管3c，弯折管3c上端与上隔板3b下表面相连通，弯折管3c下端与下隔板3d下表面连通，上隔板3b与热解炉3的顶部之间设有填充层3a。

上隔板3b与下隔板3d采用焊接的形式与热解炉3内部连接，上隔板3b、下隔板3d上设置有与弯折管3c上下两端连通的连接孔，上隔板3b、下隔板3d与弯折管3c采用胀焊并用的形式连接。

上隔板3b、下隔板3d上设置的连接孔个数对应，弯折管3c的一端固定在上隔板3b上与连接孔连通，弯折管3c的另一端固定在下隔板3d上并与下隔板的连接孔连通。

进入热解炉步骤包括：

(1)将熔融状态的硝酸镁通过运输泵2送到热解炉3的热解区进行热解反应，粉料在热解炉3的底部排料；运输泵2通过设置在热解炉3内的雾化喷嘴喷洒；

(2)热解区热解硝酸镁产生的分解气体进入分解区，通过弯折管3c进入到填充层3a，分解气体携带颗粒被填充层3a上的耐高温颗粒附着，形成除尘气体进入第一引风机8。

原料加热装置1、运输泵2、热解炉3依次连接，热解炉3中的雾化喷嘴与运输泵2连通，热解炉3上端的出气口与第一引风机8连接，第一引风机8分别通过阀门连接风温调节器4、蓄热式热风炉5和酸吸收系统7，蓄热式热风炉5的烟气出口与烟囱6连通，蓄热式热风炉5的热风出口与风温调节器4连接，风温调节器4的出风口与热解炉3的进风口连通。

硝酸镁热解方法的热解步骤包括：

步骤一：将硝酸镁原料放入原料加热装置1内，加热形成熔融状态；

步骤二：将熔融状态的硝酸镁通过运输泵2泵送到热解炉3内的雾化喷嘴，喷洒到热解炉3的热解区进行热解反应，此时蓄热式热风炉的高温气体通过风温调节器4调节温度后，通入热解炉3热解区的进气口，为热解反应提供热源，产品氧化镁在底部排料；

步骤三：热解区热解硝酸镁产生的分解气体，通过弯折管3c进入到填充层3a，分解气体携带颗粒被填充层3c上耐高温颗粒附着，形成除尘气体进入第一引风机8；

步骤四：进入第一引风机8的除尘气体中，部分被通入蓄热式热风炉5，蓄热体加热后用于高温气源，剩余部分输运到酸吸收系统7用于制备硝酸。

实施例1

如图1所示，一种带高温除尘功能的硝酸镁热解炉装置，具体步骤如下：

1.将硝酸镁原料放入原料加热装置1内，加热130℃形成熔融状态。

2.将熔融状态硝酸镁通过运输泵2到雾化喷嘴，喷洒到热解炉3的热解区3e进行热解反应，此时蓄热式热风炉5的高温气体通过风温调节器4调节温度后，通入热解炉3的热解区3e进气口，为热解反应提供热源，产品氧化镁在炉体的底部排料。

3.热解区3e热解硝酸镁产生的分解气体，通过弯折管3c进入到填充层3a，分解气体携带颗粒被填充层3a上耐高温颗粒附着，形成除尘气体进入第一引风机8。

4.进入第一引风机8的除尘气体中，部分被通入蓄热式热风炉5，加热后用于高温气源，剩余部分输运到酸吸收系统7用于制备硝酸。

具体技术条件如下：

蓄热式热风炉采用天然气为燃料；原料加热装置采用电加热方式；热解炉热解区域在300～500℃范围内，且炉内热场均匀，不能局部过热。出口氧化镁产品粒度10～50μm，物料出口温度400～450℃，热分解率>95％，分解气体出口温度450～460℃。

填充层采用球型耐高温材料可以承受500℃的高温，并且定期反吹，用于清洁填充层。

对比实例说明：现有工业中分解硝酸镁工艺采用的旋风除尘器，在处理大于50μm的粉尘粒径时可以实现99％的除尘率。但是，将旋风除尘器应用于该装置中，由于产生的分解产物的粒径只有10-50μm，此时旋风除尘器的除尘效率仅为27％。旋风除尘器还会随着颗粒的捕获率会随着温度升高而降低。产生的分解气体为nox和o2会造成除尘器的腐蚀。

本实施例在粒径为10μm—50μm之间的除尘率为99％，并且填充层采用的材料为石英砂，化学稳定性好，耐腐蚀，尤其适应于高温腐蚀的环境。本发明基本上在热解炉内就将除尘问题解决，除尘效率远高于现有热解炉外连的。