一种利用固废热解产物处理钛铁矿矿石的工艺的制作方法

本发明属于固废综合利用领域，涉及一种利用固废热解产物处理钛铁矿矿石的工艺。

背景技术：

1、钛铁矿是铁和钛的氧化物矿物，又称钛磁铁矿，是提炼钛的主要矿石。钛铁矿很重，灰到黑色，具有一点金属光泽。晶体一般为板状，晶体集合在一起为块状或粒状，成分为fetio3，tio2含量52.66％，是提取钛和二氧化钛的主要矿物。如何降低fe在冶炼过程中对于tio2的影响，一直是本领域的难题。

2、为解决上述问题，申请人于2021年申请了名称为一种利用固废热解产物处理钛铁矿矿石的装置，申请号为cn2021111740743的发明专利，并于2022年9月13日获得授权，申请人在进一步研发后发现，针对某些来源的钛铁矿矿石的处理时，其对于温度的要求很高，上述专利中虽然限定了热解还原反应器可以提供600℃以上的高温，但是实际应用中发现其难以达到800℃以上的高温，若直接依托现有工艺和设备长时间高温运行会大大降低设备的使用寿命和生产安全，而直接通过替换耐高温材料虽然在一定程度上可以满足上述要求，但是成本大大提高，而若直接采用在装置内设置耐高温内胆的方式，则只能保证保温效果，而无法满足传热的要求，现有的加热器根本无法满足带内胆热解还原反应器的加热需求，因此如何在上述技术方案的基础上进一步提高其反应温度，以适应不同来源矿石的处理需求，成为申请人在原申请基础上进一步研发的目标。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提出了一种利用固废热解产物处理钛铁矿矿石的工艺，通过将钛铁矿矿石以低含氧量烟气预先加热到1000℃以上，之后将其与废塑料、废焦炭等原料一起送入热解还原反应器进行热解还原，利用废塑料、废焦炭等热解产生还原性气体，使该装置完全处于还原气氛围，在高温环境下与钛铁矿石反应生成可磁选分离的单质铁和fe3o4，从而提高fetio3的实际含量，较之现有的钛铁矿矿石处理工艺，大大提高了处理温度，处理效率提升明显，且实现了能源的综合利用。

2、本发明的主要构思是，将在先申请中在加热还原反应器内直接加热的方式替换，将加热过程前移，利用单独的原料加热器对预热后的原材料进行直接加热，在该步骤中，原料被加热到1000℃以上的高温，之后将其送入还原反应器中，同时在原料加热器中的烟气通过分离装置净化后作为热源送入还原反应器，用以维持其更高的反应温度，而从还原反应器排出的烟气通过回热风机调温后可以用于原料的预热工艺，从而在实现更高加热温度的情况下，能够兼顾能源的综合利用，且还原反应器不需要进行二次加热，只需要满足保温的效果即可，因此可以替换为带有耐高温内胆的结构，降低了设备的成本，延长了设备的使用寿命。

3、本技术的具体技术方案是：

4、一种利用固废热解产物处理钛铁矿矿石的工艺，具体步骤如下：

5、首先将钛铁矿石粉碎后送入原材料预热器中进行预热，预热至300℃左右后送入原材料加热器；

6、上述步骤与在先申请中的步骤类似，发明人不再赘述；

7、其中钛铁矿石粉碎程度为控制颗粒粒径为1-3mm；在这一粒径范围内，颗粒可以更好的受热且不会被烟气携带出装置，提高了原料的利用率。

8、在原材料加热器中，预热后的钛铁矿石与低含氧量高温烟气逆流持续接触，高温烟气温度不低于1200℃，当原材料加热器出口端钛铁矿石温度高于1000℃时可将其送入还原反应器；高温烟气经过分离装置分离其中的固体杂质后，作为热源，送入还原反应器的保温空腔中，作为加热和保温的热源；

9、优选的可在原材料加热器和还原反应器之间设置带有料封的料斗，通过料斗的作用对高温钛铁矿石进行暂存，同时可以对还原反应器进行料封，避免还原反应器内产生的还原性气体泄露，还可以通过料斗调整进入还原反应器的钛铁矿石量，便于调节其还原程度。

10、优选的所述的原材料加热器、料斗和还原反应器内均设置有耐高温内胆，如耐高温陶瓷材料等，从而确保上述各装置能够耐受1200℃以上的高温。

11、在还原反应器内高温钛铁矿石与可产生还原性气体的废料接触，上述废料受热热解产生的还原性气体，在高温环境下将fe2o3还原为可磁选分离的单质铁和fe3o4，热解还原后的固态产物进入后续的固体冷却步骤。

12、所述的固体冷却步骤与在先申请中的步骤相同，采用的也是在先申请中的多级冷却装置，发明人不再赘述，冷却后的钛铁矿石通过磁选将其中的单质铁和fe3o4分离。

13、如上所述，与本技术的在先申请技术相比，本技术将还原反应装置内的加热装置去除，而单独设立了钛铁矿原材料的加热装置，利用高温烟气与钛铁矿原材料直接换热，使钛铁矿原材料温度大大提升，并将其作为热载体进入到还原反应步骤中，其在还原反应器内的温度依然可以保持在900℃以上，与废塑料、废焦炭等原料接触后，废塑料、废焦炭会在极短的时间内产生大量的还原性气体与加热后的钛铁矿石接触，由于此时的温度远高于在先申请中的600℃，使得钛铁矿中fetio3-fe2o3固溶体出溶更多更快，在钛铁矿中析出赤铁矿的片晶，并按(0001)定向排列，高温实现了更多的fe2o3的析出，而在900℃以上的温度下，在充满还原性气体的氛围内，析出的fe2o3可以还原为氧化亚铁，氧化亚铁进一步被还原为铁单质，而未被还原为单质铁的氧化亚铁与fe2o3形成fe3o4，形成的单质铁和fe3o4可磁选分离，从而与fetio3分离，与在先申请相比，更多的可磁选分离的单质铁和fe3o4从钛铁矿中还原分离出来，提高了fetio3的实际含量，便于后续对其进行处理获得金属钛。与在先申请相同，为了确保这一反应过程的连续性，一般控制单位体积的钛铁矿在还原反应器内的停留时间为2h以上，较之在先申请有所降低，这是由于反应温度提高后，热解和还原反应进行的更加迅速；而废塑料、废焦炭的投料量均为过量，从而确保有足够的还原性物质产出，该步骤中的具体原理与在先申请基本相同，包括废料热解后产生的还原性物质也相同，发明人也不再过多陈述。

14、上述工艺过程中，低含氧量高温烟气作为最主要的热源，用于直接在原料加热器中对钛铁矿石进行加热，其温度可达1200℃以上，在该温度下配合钛铁矿石的粉碎，钛铁矿石上的很多杂质被直接气化，同时附着在矿石表层的固体颗粒也被高温烟气扫除，这样就提高了钛铁矿石的实际纯度，同时由于其低含氧量的特性，实际上置换了原料加热器中的气体，使其处于无氧状态，避免原料被氧化。

15、经过此步骤换热的高温烟气中含有一定的固体颗粒，为了将其对于后续步骤的影响，需要经过现有技术中耐高温的除尘分离装置对其进行分离，获得的余热烟气可以继续利用，由于这部分烟气的温度依然可达到1000-1200℃，具有极高的热量，申请人为了将其更好的利用，优选采用还原反应器耐高温内胆外侧还包裹有带有保温空腔耐高温的外壳体的设计，将这部分余热烟气通入该保温空腔内，形成对还原反应器内胆的二次加热，由于其温度高于内胆内物料的温度，可以起到对内胆更好的保温效果，且当内胆温度降低时可以通过调节余热烟气的流量，使其对内胆持续辐射放热，从而保证内胆的温度，这与在先申请中的直接加热方式不同，可以更好的利用这部分热量，同时由于还原反应器采用的是耐高温内胆，还可以在现有的装置内直接加设耐高温内胆，外侧设置耐高温涂层的方式实现，降低了设备的成本；这也是本技术与在先申请的区别之一，通过添加耐高温内胆的方式可以直接对现有装置进行改进，降低了企业技术更新的成本，可以适应不同品味钛铁矿石对处理温度的要求。

16、如在先申请的技术方案一样，经过上述还原反应器处理后的钛铁矿矿石还含有大量的余热，这部分余热的综合利用是本发明的另一重要目标，具体应用时发明人采用了与在先申请相同的多级冷却装置，其运行原理和控制相同，申请人不再赘述。而同样的，从还原反应器内排出的热烟气温度依然很高，可利用度很高，本技术中通过将其送入回热风机和混风装置的方式，将其调节温度后可用于还原反应器保温空腔温度的调节，还可以用于原材料的预热，经过上述多次利用后的烟气再进入烟气除尘净化系统，处理达标后外排。

17、上述设计可以最大化利用本技术中低氧含量高温烟气中蕴含的热量，较之在先申请中烟气利用率有明显的提升。

18、除此之外，原料预热器连接的烟气除尘净化系统、还原反应器连接的气体净化系统等均采用与在先申请相同的设计，发明人不再赘述。

19、综上所述，采用这种处理工艺，利用可产生还原性气体的废料在高温环境下热解获得还原性气体，还原性气体与钛铁矿石反应生成可磁选分离的单质铁和fe3o4，从而提高fetio3的实际含量，较之现有的钛铁矿矿石处理工艺，大大提高了处理温度，处理效率提升明显，且实现了能源的综合利用。