[发明专利]用于由钛铁矿来生产钛渣的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于由钛铁矿来生产钛渣的方法，还涉及相应设备。

背景技术

包含二氧化钛和氧化铁的钛铁矿是用于收回金属钛和钛化合物(例如用于生产颜料的二氧化钛)的一种最重要的起始材料。铁与煤的分离(用于还原钛铁矿)通常通过在冶金炉中对钛铁矿进行电熔化来执行，氧化铁还原成金属铁，该金属铁从包含二氧化钛的渣中沉淀。这种方法的主要缺点是对电能有非常高的要求，该电能为每吨钛渣大约2200kWh，是生产成本的较大部分。

直到现在，钛渣设备只是在具有较低电成本的国家中在经济上可行，优选是在可利用水电的国家中，例如加拿大或挪威，或者在由低成本的煤来发电的国家中，例如南非。增加的电成本和对于电密集工厂的供电限制将导致对矿渣生产商的经济情况的不利影响。当前，世界上的钛渣生产的大约一半使用由煤产生的电，而另一半使用水电。各种设计的炉用于操作，例如矩形或圆形形状、预焙或自焙电极、空心或实心电极、通过空心电极或通过炉顶部来供给材料、AC或DC熔化电力等。根据普通熔化技术，大部分设备通过将冷的新鲜钛铁矿供给熔炉来操作。

已经提出基于预还原的钛铁矿来生产钛渣，其中，将钛铁矿和固体还原剂(例如煤或木炭)引入用作还原反应器的回转窑中。回转窑的热废气被引入后燃烧室内，包含在废气中的一氧化碳和氢气进行燃烧，然后，具有900至1000℃的温度的废气传送给废热锅炉，以便产生蒸汽。由于在后燃烧室中产生的高温，需要注射水，以避免在后燃烧室的壁上形成堆积。设备的成本相当高，且能量效率并不令人满意。

本申请人在文献WO2006/048283中提出了一种用于由钛铁矿来生产钛渣的方法，其中，粒状钛铁矿首先在还原反应器中通过还原剂而部分还原，然后，具有500至900℃的进口温度的热材料传送至电炉中，并在这里在有还原剂的情况下熔化，以便形成液体生铁和钛渣。还原反应器包括循环流化床，矿石在经过多个预热级和碳化反应器之后被引入该循环流化床内。从流化床还原反应器将部分还原的钛铁矿和木炭的混合物在大约1000℃的温度取回，并在它装料至磁分离器之前冷却至大约700℃，在该磁分离器中，富含二氧化钛和金属铁的部分作为磁性产品而与非磁性部分分离。磁性部分装料至电熔化炉中，该熔化炉在大约1700℃操作，并产生钛渣(具有75至90wt％的二氧化钛)和液体生铁(具有超过94wt％的金属铁)。来自电炉的废气包含超过90vol％的一氧化碳，且在除尘后在后燃烧室中燃烧。将热烟气供给气体加热器，用于加热要引入还原反应器的流化气体。尽管在文献WO2006/048283中公开的系统已经大大减少了在钛渣生产中的能量消耗，但是还有进一步改进的可能。

发明内容

因此，本发明的目的是进一步降低在钛渣生产中的能量消耗。另外，CO₂的排放将减少。

根据本发明，提供了一种方法。为了由钛铁矿来生产钛渣，在至少900℃的温度(特别是在1000-1150℃)在还原反应器中通过还原剂来部分还原粒状钛铁矿。部分还原的热钛铁矿再传送给电炉，它在该电炉中在有还原剂的情况下熔化，以便形成液体生铁和钛渣，将钛渣从电炉中取回。在本申请中，术语电炉、电还原炉和熔炉同义地用于介绍相同元件。根据本发明，将还原反应器的废气引入废热锅炉内。优选是，在废热锅炉和还原反应器之间有直接连接。

与现有技术的方法相反，还原反应器的废气并不供给后燃烧室，在后燃烧室中，包含在废气中的一氧化碳和氢气进行燃烧，然后，具有900至1100℃的温度的废气传送给废热锅炉以便产生蒸汽。相反，本发明提出了放弃后燃烧室，并使得废热锅炉与还原反应器连接。因此，设备成本能够大大降低。而且，在后燃烧室中所需的水注射能够省略，因为不需要相应的冷却效果。

在本发明的优选实施例中，还原反应器是回转窑，特别是，煤和/或木炭作为固体还原剂而添加给该回转窑。在可选实施例中，还原反应器可以包括如在WO2006/048283A1中所述的循环流化床，其中，包含碳或氢气的气体用作还原剂。

为了甚至进一步提高方法的能量效率，将电炉的废气也引入废热锅炉中。

优选是，电炉的废气在引入废热锅炉之前进行冷却和/或清洁。