專利名稱：鐵二氧化鈦礦石和砂的直接處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于采用使用氣體燃燒渦輪的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(combinedcycle power generation)概念直接處理鐵二氧化鈦(ferrotitania)礦石和鐵二氧化鈦砂以制備鐵錠 的方法和設(shè)備。
發(fā)明概述 鐵二氧化鈦砂包括釩化合物，而其它的鐵二氧化鈦礦石可能僅還有痕量的釩 值(vanadium values)或沒有釩值。鐵砂、鐵二氧化鈦礦石、鐵二氧化鈦砂和/或灘砂 (beach sands)被冷壓塊以形成致密的附聚物，所述致密的附聚物含有含碳材料如煤、石油 焦(petcoke)、木炭等，氧化鐵(或者已經(jīng)在礦石中含有的，或者以鐵礦石微粉、軋制鐵鱗、 金屬化鐵微粉等的形式對混合物單獨添加的)，熔劑如石灰、二氧化硅、晶石等，以及粘合 劑。在附聚物中存在過量的碳，其不僅與二氧化鈦或錳化合物反應(yīng)，并且還原氧化鐵、氧化 錳等，使得熔化器氣氛主要是C0，以及一些來自含碳材料例如煤的揮發(fā)的釋放的H2。體系 中的硫與熔劑添加物(Ca0、 Mg0、 CaF2等)自由結(jié)合，從而形成含硫液體爐渣。
發(fā)明目的 本發(fā)明的主要目的是提供一種從鐵二氧化鈦礦石和/或鐵二氧化鈦砂制備鐵錠 的方法。 本發(fā)明的另一個目的是提供一種從鐵_ 二氧化鈦礦石和/或砂回收氧化釩和氧化
鈦的方法。 附圖簡述 通過參考下列詳細(xì)描述和附圖，前述和其它的目的將變得更容易顯而易見，在所 述附圖中

圖1是本方法的示意性流程圖，其中參考標(biāo)記是指如以下所指出的項目。
圖2是處理熱金屬以形成釩和鈦的氧化物的示意性流程圖。
圖3是用于回收釩和鈦的氧化物的爐渣處理的示意圖。 圖4是顯示本發(fā)明方法的備選方案的示意性流程圖，其中將原料在附聚或不附聚
的情況下在加熱器例如旋轉(zhuǎn)窯中預(yù)熱，然后供給到熔化爐。 參考標(biāo)記是指 10-鐵砂，或礦石濃縮物-其100 %通過10目Tyler標(biāo)準(zhǔn)(TylerStandard) (1. 70mm)，優(yōu)選100%通過100目Tyler標(biāo)準(zhǔn)(Tyler Standard) (150微米)
12-金屬鐵微粉，和氧化鐵微粉-100%小于(minus) 25mm 14_制備的還原劑，例如煤、石油焦、木炭等，100%通過25咖，優(yōu)選100%通過100 目Tyler標(biāo)準(zhǔn)(150微米) 16-融合劑(fluxing agents)-〇&0、]\%0、0& 2、510231203-100%小于25mm
18-粘合劑例如纖維素、膨潤土、糖蜜(molasses)、淀粉-是有機(jī)的或無機(jī)的
20-再循環(huán)微粉
22-混合機(jī)
24_壓塊機(jī)(briquetter)/附聚機(jī)(agglomerator)(尺寸8至lOOcc) 26-水添加(優(yōu)選噴射) 28-造粒機(jī)-鼓型或盤型 30-篩網(wǎng)_干式或滾筒式 32-半成品球(greenball)干燥器(干燥粒料至1 %水分以下) 34-附聚物(塊體(briquette))固化/儲料斗 36-重量體系(weight system)中的進(jìn)料損失 37-加壓密封 38-電爐或熔化器> 1500C 40-用于液態(tài)鐵的杓(ladle) A和B 42-用于脫硫的爐渣添加物 44-鐵錠澆鑄器(caster) 45-鐵錠 46-爐渣杓(C) 48-爐渣處置/驟冷儲槽(quench bunker) 50-再循環(huán)爐渣 52-廢氣冷卻洗滌器/袋濾器 54-壓縮機(jī) 56-通過燃燒將C0&H2轉(zhuǎn)化成C02&H20的組套(stack) 58-高壓壓縮機(jī)(100-350psig) 60-任選氣流，硫移除系統(tǒng)，例如Selexol 62-高壓氣體儲蓄槽 64-氣體渦輪(離開氣體溫度600-700C) 66-發(fā)電機(jī) 68-廢熱鍋爐交換器 70-高壓蒸汽渦輪 72-發(fā)電機(jī) 74-鍋爐閉路水管道 76-泵 78-氣體硫移除體系上游的任選冷凝器 80-任選的補(bǔ)充燃料氣添加 84-加熱器，優(yōu)選直接或間接加熱旋轉(zhuǎn)窯類型 詳細(xì)描述 如圖1中所示，將原料引入到混合機(jī)22中，輸入材料由下列組成鐵砂、金屬氧化 物和/或灘砂10，其100%通過10目Tyler標(biāo)準(zhǔn)(TylerStandard) (1. 70mm)，優(yōu)選100%通 過IOO目(150微米)；制備的還原劑14，例如煤、石油焦、木炭，或其它的含碳材料，100% 通過25mm，優(yōu)選100 %通過100目Tyler標(biāo)準(zhǔn)(150微米)；造渣劑或融合劑16，例如Mg0、 Ca0、 A1203、 CaF2(螢石)、Si02或它們的組合，其100%小于25mm ;有機(jī)或無機(jī)粘合劑18，例 如纖維素、膨潤土、糖蜜或淀粉；再循環(huán)微粉20，和所需的水26。任選地，可以將100%小于25mm的金屬鐵微粉和/或氧化鐵微粉12加入到原料中。 在混合機(jī)22中將原料混合，然后在壓塊機(jī)/附聚機(jī)24中或造粒機(jī)28例如鼓型或盤型造粒機(jī)中形成為附聚物，所得到的附聚物的形式為具有均勻尺寸的塊體或粒料，在尺寸上優(yōu)選為約8cc至100cc。將附聚物通過可以是干式篩網(wǎng)或滾筒式篩網(wǎng)的分級機(jī)(sizer)30篩分，將篩下的材料返回到附聚機(jī)24或混合機(jī)22。 備選地，為了將混合物預(yù)熱到約500至1200C，將還原劑脫揮(devolatizing)和制備向電爐熔化器38的預(yù)熱進(jìn)料，可以將離開混合器22的材料Dl供給到加熱器84。氧化鐵的預(yù)還原將發(fā)生至在約0至90%范圍內(nèi)的水平。如果需要，也可以將附聚材料D2在將材料通過加壓密封(pressure seal) 37供給到熔化器中之前預(yù)熱。如所示的，加熱器84可以是間接加熱的旋轉(zhuǎn)窯或直接燒制窯，并且廢氣被再循環(huán)。根據(jù)需要，加熱器84可以是有耐火襯里的，或它可以是無襯里的。 將來自造粒機(jī)28的篩分的粒料在半成品球干燥器32中干燥至1%以下的含濕量。將附聚物在儲料斗34中固化和/或儲存，然后通過加壓密封進(jìn)料系統(tǒng)37供給到電熔化爐38中。對熔化器的進(jìn)料是通過加壓密封系統(tǒng)，即如與豎爐一起使用的常規(guī)料腿(feed leg)，或通過鎖緊閥(lock valve)。在冷卻器_洗滌器52中處理、冷卻和洗滌熔化器廢氣。組套56包括將一氧化碳和氫氣轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水蒸汽的燃燒裝置。熔化器38通常在稍微的正壓力下運行。排放(tapping)以間歇基礎(chǔ)進(jìn)行。 任選地，可以將一種或多種另外的原料通過加壓密封直接引入到熔化器38中，這樣的另外的材料選自包括下列材料的組金屬鐵微粉和氧化鐵微粉12，其100%小于25mm ;制備的還原劑14，例如煤、石油焦或其它含碳材料，其100%小于25mm，優(yōu)選其50%通過10目；造渣劑或融合劑16，例如MgO、 CaO、 A1203、 CaF2 (螢石)和Si。2，其100 %小于25mm ;禾口再循環(huán)爐渣50。 如所示的，將液態(tài)鐵從熔化器移出到杓40中，并且可以在錠澆鑄器44澆鑄成鐵錠45。在將熱金屬排放到杓40(A和B)中時，可以將另外的融合劑16加入到熱金屬中。將脫硫爐渣添加物42引入到顯示為B的熱金屬杓中，所述添加物為CaO、MgO、Ca/Mg金屬絲或它們的混合物。 在釩或鈦報道為(r印ort to)熱金屬的情況下，如圖2中所示，通過氧化來處理杓40A中的熱金屬，以制備V205和Ti02。 將來自杓40B的熱金屬在如圖1中所示的錠澆鑄器44中澆鑄成錠料(pigs)45。
如圖3中所示，將抽取到杓C中的來自爐38的爐渣通過淬火和研磨和靜電分離處理，以回收、05和Ti02。如果需要，可以將來自杓46C的爐渣50再循環(huán)到熔化器38。
本發(fā)明方法的操作參數(shù)如下
iH常范圍 最大倌1500-1600C 1700-1760C
鐵灘砂鐵-二氧化鈦熔化器溫度熔化器廢氣熔化器廢氣壓力氣體蓄積器廢氣壓力
500-1500C
0-0. 2 〃 H20標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格(gauge)100-350psig
1200-1650C< 15〃 1120標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格
6
氣體渦輪組合產(chǎn)物離開溫度 750-900C < 1000C 離開爐38的廢氣在冷卻器_洗滌器52中清洗，在壓縮機(jī)54中壓縮，并且可以用 作氣體渦輪64中的燃燒燃料。氣體渦輪64驅(qū)動發(fā)電機(jī)66發(fā)電，并且將在離開氣體渦輪的 廢氣中包含的可感知的熱在廢熱回收鍋爐系統(tǒng)68中回收。為了在較低氣體溫度下的較好 范圍處理和熱回收效率，廢熱鍋爐系統(tǒng)蒸汽循環(huán)可以是基于使用70%的氨和30%的水的 "Kalina"循環(huán)。氨/水沸騰在一定溫度范圍內(nèi)而非在特定的溫度和壓力發(fā)生。由廢熱鍋爐 系統(tǒng)68產(chǎn)生的蒸汽然后用于驅(qū)動蒸汽渦輪70和發(fā)電機(jī)72以產(chǎn)生另外的電。本發(fā)明的主 要目的之一是產(chǎn)生所有所需的電以供應(yīng)方法并且在電的方面自給自足地運行設(shè)備。在由熔 化器以廢氣的形式產(chǎn)生不足的燃料的情況下，另外的燃料氣80，例如天然氣，補(bǔ)充對氣體儲 蓄槽62和渦輪64的燃料氣進(jìn)料。 為了在任選的硫移除系統(tǒng)60中移除硫，可以對來自壓縮機(jī)54的氣體進(jìn)行處理，這 可能需要在硫氣體移除系統(tǒng)上游的任選的冷凝器78。 需要時，附聚物固化或儲料斗34可以是預(yù)熱器，例如軸式(shaft)或容器式預(yù)熱 器(vessel preheater)。在作為預(yù)熱器使用時，可以如圖1中所示使用來自電爐或熔化器 38的廢氣。廢氣在冷卻器-洗滌器52處返回到氣體處理系統(tǒng)。
本發(fā)明目的的效果概述 從前述內(nèi)容容易地顯而易見的是，本申請人發(fā)明了一種從鐵二氧化鈦砂制備鐵錠 的改進(jìn)方法，以及一種從鐵_ 二氧化鈦砂回收氧化釩和氧化鈦的方法。 應(yīng)當(dāng)理解，前述描述和具體實施方案僅是對本發(fā)明的最佳模式及其原理的示意性 說明，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員對設(shè)備進(jìn)行各 種更改和添加。
權(quán)利要求
一種用于通過鐵二氧化鈦礦石和砂的直接處理制備鐵錠的方法，所述方法包括下列步驟(a)將下列各項混合i.選自包含含二氧化鈦的鐵砂、金屬氧化物和/或鐵礦石濃縮物的組的材料；ii.含碳還原劑；iii.融合劑；iv.粘合劑，以形成混合物；(b)從所述混合物形成附聚物；(c)將所述附聚物引入到熔化爐中；(d)在1500至1760C的溫度熔化所述附聚物，并且形成在其上具有爐渣的熱含鈦金屬；(e)移出所述爐渣；(f)排放所述熱金屬；和(g)回收鈦值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括通過氧化來處理所述排放的熱金屬以 形成Ti02，并且在存在釩值時，形成V205。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括通過將所述排放的金屬淬火和研磨， 然后通過高強(qiáng)度靜電分離將V205和Ti02分離來回收V205和Ti02。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括通過將所述排放的爐渣淬火和研磨， 然后通過高強(qiáng)度靜電分離將MnO、 Cr205、 V205和Ti02分離來回收MnO、 Cr205、 V205和Ti02，并 且制備可以再循環(huán)到所述熔化爐的濃縮物。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，所述方法還包括施用選擇性溶劑萃取以幫助分離所述 MnO、 Cr205、 V205和Ti02。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括通過提供加壓密封來充分防止所有對 于所述熔化爐的空氣進(jìn)入。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括在所述熔化爐中形成廢氣，將所述廢 氣清洗和冷卻，和利用所述清洗的廢氣作為燃燒燃料驅(qū)動渦輪和發(fā)電。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，所述方法還包括在所述渦輪中產(chǎn)生廢氣，從所述渦輪 回收所述廢氣，并且將其中含有的可感知的熱以蒸汽的形式在廢熱鍋爐回收系統(tǒng)中回收。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，所述方法還包括利用所述蒸汽驅(qū)動蒸汽渦輪和相關(guān)的 發(fā)電機(jī)以產(chǎn)生另外的電，從而基本上供應(yīng)所述方法的全部的電需求。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中100%的所述含二氧化鈦的鐵砂、金屬氧化物和/或鐵礦石濃縮物通過10目Tyler標(biāo) 準(zhǔn)(1. 70mm);100%的所述金屬鐵微粉和氧化鐵微粉小于25mm ; 100%的所述含碳還原劑小于25mm ;禾口 100%的所述融合劑小于25mm。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述含碳還原劑選自包含煤、焦炭、石油焦和木 炭的組。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述融合劑選自包含Ca0、Mg0、 CaF2、 Si02、 A1203 和它們的混合物的組。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述粘合劑選自包含纖維素、膨潤土、糖蜜、淀粉 或它們的混合物的組。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括維持所述熔化爐內(nèi)的還原氣氛。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將選自包含金屬鐵微粉、氧化鐵微粉、含碳還原 劑、造渣劑、融合劑和再循環(huán)爐渣的組中的至少一種原料直接引入到所述熔化器中。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括在將所述混合物、所述附聚物引入到 所述熔化爐中之前，預(yù)熱所述混合物、所述附聚物或所述兩者。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，所述方法還包括預(yù)熱至500至1200C的溫度。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中在旋轉(zhuǎn)窯中預(yù)熱所述混合物、附聚物或所述兩者。
全文摘要
一種用于通過鐵二氧化鈦砂的直接處理制備鐵錠的方法，所述方法通過下列步驟(a)將含碳還原劑、融合劑和粘合劑與選自鐵砂、金屬氧化物和/或鐵礦石濃縮物的含鈦材料混合，以形成混合物；(b)從所述混合物形成附聚物；(c)將所述附聚物引入到熔化爐中；(d)在1500至1760C的溫度熔化所述附聚物，并且形成在其上具有爐渣的熱金屬；(e)移出所述爐渣；(f)排放所述熱金屬；和(g)回收鈦值和釩值。
文檔編號B23K35/24GK101790434SQ200880101273
公開日2010年7月28日 申請日期2008年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月4日
發(fā)明者格倫·E·霍夫曼 申請人:卡德羅資源公司