海綿鈦冶煉過程中從泥漿回收四氯化鈦的方法研究與應(yīng)用

王 鵑

(金川集團(tuán)股份有限公司鈦廠， 甘肅 金昌 737100)

海綿鈦冶煉過程中從泥漿回收四氯化鈦的方法研究與應(yīng)用

王 鵑

(金川集團(tuán)股份有限公司鈦廠， 甘肅 金昌 737100)

為了高效環(huán)保地實(shí)現(xiàn)泥漿中粗四氯化鈦的回收，某廠通過氯化煙氣管道中安裝多級(jí)噴頭，將霧化泥漿逆向噴淋于煙氣表面，在與煙氣進(jìn)行充分接觸過程中進(jìn)行換熱，同時(shí)通過控制泥漿噴淋速度達(dá)到煙氣的穩(wěn)定降溫除塵，在不干擾氯化工序生產(chǎn)的情況下實(shí)現(xiàn)了泥漿中粗四氯化鈦的回收。

粗四氯化鈦； 逆向噴淋； 降溫除塵； 沉淀泥漿

0 前言

在海綿鈦的冶煉過程中，粗四氯化鈦?zhàn)鳛樽钪匾脑袭a(chǎn)品之一，其生產(chǎn)、提純及回收方法已經(jīng)成為鈦冶煉項(xiàng)目中的研究重點(diǎn)。海綿鈦生產(chǎn)中粗四氯化鈦的質(zhì)量直接關(guān)系到最終產(chǎn)品的品位。由于目前海綿鈦生產(chǎn)技術(shù)的局限性，在粗四氯化鈦的生產(chǎn)過程中，沸騰氯化爐出口煙氣中所含的大量高沸點(diǎn)氯化物和隨氣流夾帶的固體顆粒雜質(zhì)，經(jīng)收塵冷凝，其大部分與四氯化鈦分離，但仍有少部分粉塵雜質(zhì)通過淋洗設(shè)備時(shí)被冷凝四氯化鈦淋洗下來，進(jìn)入液體粗四氯化鈦中。經(jīng)沉降槽進(jìn)行固液分離，懸浮在四氯化鈦中的高沸點(diǎn)氯化物和固體顆粒等雜質(zhì)被逐漸沉積在沉降槽的底部，呈泥漿狀。這部分泥漿必須進(jìn)行處理，回收其中的四氯化鈦，以提高金屬回收率，消除處理泥漿渣時(shí)所產(chǎn)生的環(huán)境污染，從而達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 早期泥漿處理方法

1.1 泥漿蒸發(fā)法

早期的海綿鈦生產(chǎn)企業(yè)主要采用泥漿蒸發(fā)法，該法通過外加熱量對(duì)泥漿加熱，使其中的四氯化鈦蒸發(fā)汽化，再將氣態(tài)四氯化鈦冷凝回收。泥漿蒸發(fā)法有很多不足，表現(xiàn)在設(shè)備加工比較復(fù)雜，工作環(huán)境腐蝕嚴(yán)重，故障較多，開工率比較低。加熱過程中泥漿不能蒸得太干，否則將因燒結(jié)造成蒸發(fā)器殼體或雙螺旋變形，導(dǎo)致傳動(dòng)部分移位破壞，甚至設(shè)備報(bào)廢。因此，該法的粗四氯化鈦回收率較低，并逐漸被泥漿返回利用法所淘汰。

1.2 泥漿返回利用法

另有部分企業(yè)通過將泥漿返入沸騰氯化爐中回收其中的粗四氯化鈦。沉降槽底部的泥漿或精制工序返回的泥漿，經(jīng)渣漿泵輸送至泥漿高位槽，當(dāng)氯化爐爐溫過高時(shí)，間歇加入氯化爐內(nèi)。但這種加入方式會(huì)改變沸騰氯化爐的爐況，在操作過程中不易控制，尤其對(duì)于較大規(guī)模的海綿鈦生產(chǎn)過程控制存在較大難度。

1.3 真空蒸餾法

目前生產(chǎn)中還有一種回收泥漿中粗四氯化鈦的方法，就是將粗四氯化鈦泥漿與熔點(diǎn)低于300 ℃的金屬氯化物熔鹽攪拌混合，加熱使混合物中的四氯化鈦在常壓或減壓的條件下蒸發(fā)；最后將粗四氯化鈦蒸發(fā)后剩余的殘?jiān)?jīng)100～600 ℃真空蒸餾，回收其中的金屬氯化物熔鹽。這種方法的成本較低，回收的金屬氯化物熔鹽可以循環(huán)利用，但是該方法在生產(chǎn)中需要增加真空蒸餾設(shè)備，不適用于大規(guī)模海綿鈦生產(chǎn)。

2 泥漿中粗四氯化鈦回收方法的研究

泥漿中四氯化鈦的回收是海綿鈦生產(chǎn)過程中的研究重點(diǎn)。早期的泥漿回收處理方法基本都存在回收率低的問題，而且在泥漿間歇性返回氯化爐的過程中，會(huì)改變氯化爐的爐況，導(dǎo)致生產(chǎn)波動(dòng)。目前國(guó)內(nèi)海綿鈦生產(chǎn)中對(duì)泥漿的早期處理方法已逐漸被淘汰。新方法不僅要求在泥漿回收工藝中要有高的回收率，并且要通過工藝改進(jìn)大大減少泥漿渣處理過程中對(duì)環(huán)境的污染及對(duì)整個(gè)爐況的影響。因此，某廠針對(duì)早期泥漿處理工藝的局限性，提出了一種新的泥漿回收處理工藝，即通過將泥漿霧化并與煙氣進(jìn)行逆向噴淋實(shí)現(xiàn)煙氣的降溫除塵及泥漿中四氯化鈦的回收。該方法在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施后取得了較好的效果，提高了泥漿中四氯化鈦的回收率，避免了泥漿進(jìn)入爐子對(duì)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的影響，也避免了泥漿因霧化效果不好而導(dǎo)致的部分泥漿以液體形式排出對(duì)環(huán)境的污染。

3 湍沖洗滌法回收泥漿中粗四氯化鈦原理及特點(diǎn)

鑒于海綿鈦生產(chǎn)中早期工藝的局限性，某廠進(jìn)行了工藝改造。為了提高泥漿中粗四氯化鈦的回收率，提出了一種日漸形成趨勢(shì)用于粗四氯化鈦生產(chǎn)的泥漿回收方法及時(shí)同步處理生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的泥漿。該方法主要是通過在氯化爐出口煙道的豎直湍沖管增加多級(jí)噴頭進(jìn)行逆向湍沖噴淋，將泥漿霧化后控制一定的噴射速率，霧化后泥漿與煙氣進(jìn)行逆向充分接觸換熱，控制泥漿噴入量，使氯化爐出口煙氣溫度降至550 ℃左右，煙氣中經(jīng)湍沖洗滌析出的顆粒落入收塵冷凝器內(nèi)，排入到收塵冷凝器下的渣罐中，從系統(tǒng)中除去，實(shí)現(xiàn)粗四氯化鈦的回收。

為強(qiáng)化泥漿霧化效果，采用多級(jí)噴頭進(jìn)行逆向湍沖噴淋，即高速的泥漿液體射向逆向流動(dòng)的煙氣，利用煙氣的動(dòng)量在逆噴管內(nèi)使洗滌液四散飛濺，洗滌液與煙氣達(dá)到動(dòng)平衡處形成穩(wěn)定的強(qiáng)湍流泡沫柱。在此區(qū)域，煙氣與泥漿充分接觸，隨接觸面高速更新，煙氣中的粉塵被湍流的液膜包裹、溶解，進(jìn)入收塵冷凝器，泥漿汽化，實(shí)現(xiàn)煙氣的降溫除塵，從而達(dá)到泥漿中四氯化鈦的回收。

湍沖洗滌法回收泥漿中粗四氯化鈦的特點(diǎn)如下：

(1)通過巧妙的工藝設(shè)計(jì)，避免了原泥漿處理過程中的回收率低及對(duì)環(huán)境的污染問題以及對(duì)爐溫的影響。采用逆向湍沖洗滌進(jìn)行降溫除塵的霧化效果好，除塵效率高，四氯化鈦回收率高，避免了霧化效果不好時(shí)，泥漿以液態(tài)形式排出，污染環(huán)境，同時(shí)也可以避免爐頂返回泥漿對(duì)爐況的影響；泥漿可連續(xù)噴入，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的連續(xù)化，工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，操作安全。

(2)泥漿管路設(shè)置了氮?dú)夥创倒苈?，可以防止湍沖管道及噴頭的堵塞，從根本上避免了管道堵塞造成的工藝中斷。

4 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)改造及效果

某廠海綿鈦生產(chǎn)過程中泥漿的回收處理在改造之前主要應(yīng)用泥漿的返回利用法，氯化工序及精制系統(tǒng)產(chǎn)生的泥漿儲(chǔ)存于泥漿高位槽，在氯化爐爐溫較高時(shí)間歇加入泥漿。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，在生產(chǎn)過程中加入泥漿會(huì)導(dǎo)致氯化爐爐溫降低，雖然在爐溫較高時(shí)加入，但是這種加入方式在現(xiàn)場(chǎng)很難控制溫度的變化，從而導(dǎo)致生產(chǎn)反應(yīng)的不充分，生產(chǎn)效率低下。

在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行湍沖洗滌工藝改造后，泥漿從泥漿高位槽通過打入煙氣管道的湍沖洗滌管，通過控制泥漿噴射速率實(shí)現(xiàn)了泥漿與煙氣的逆向噴淋，煙氣中經(jīng)湍沖洗滌析出的顆粒落入收塵冷凝器內(nèi)，排入到收塵冷凝器下的渣罐中從系統(tǒng)中除去，帶著四氯化鈦氣體的煙氣繼續(xù)進(jìn)入循環(huán)淋洗實(shí)現(xiàn)四氯化鈦的回收，其工藝流程見圖1。

該泥漿的回收處理方法實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的連續(xù)化，對(duì)生產(chǎn)過程爐況沒有影響，四氯化鈦的回收率較高，充分的泥漿霧化效果避免了液體形式泥漿對(duì)環(huán)境的污染。改造前后工藝指標(biāo)見表1。

表1 改造前后工藝指標(biāo)對(duì)比表

5 泥漿管路氮?dú)夥创档默F(xiàn)場(chǎng)調(diào)試

為避免泥漿管道及噴頭阻塞，管道及噴頭處均設(shè)有氮?dú)夥创倒艿?，氮?dú)夤艿劳ㄟ^閥門控制，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試，設(shè)置氮?dú)夥创悼梢云鸬绞柰ü艿兰皣婎^的作用，下面為現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)試驗(yàn)過程。

在1#收塵冷凝器入口溫度達(dá)到650 ℃以上時(shí)需進(jìn)行返泥漿作業(yè)對(duì)煙氣進(jìn)行降溫，現(xiàn)場(chǎng)人員接到中控返泥漿通知后，到湍沖管前將返泥漿總管閥門開啟。

(1)用氮?dú)膺M(jìn)行反吹，確認(rèn)泥漿噴射管路是否通暢。反吹過程中中控人員注意觀察氯化爐頂壓力，若有變化及時(shí)調(diào)整鈦風(fēng)機(jī)頻率，反吹時(shí)間1 min。

(2)管路暢通后，現(xiàn)場(chǎng)人員關(guān)閉閥門，中控室調(diào)節(jié)爐頂壓力為500 Pa左右。

(3)開啟泥漿高位槽單螺桿泵，向湍沖管內(nèi)返入泥漿。

(4)如未噴入，則對(duì)管路再進(jìn)行反吹，吹通后再進(jìn)行返泥漿。

(5)待泥漿噴射穩(wěn)定時(shí)，中控人員將氯化爐頂壓力調(diào)節(jié)至500～1 000 Pa。

(6)噴射泥漿過程中，中控人員時(shí)刻觀察氯化爐頂壓力和1#收塵冷凝器進(jìn)出口溫度。

氮?dú)夥创颠^程為間歇過程，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中操作人員可以通過湍沖管內(nèi)泥漿的噴射速率及噴射的密度進(jìn)行判斷，如果低于正常值，則判斷管路或噴頭堵塞，啟動(dòng)氮?dú)夥创底鳂I(yè)。

圖1 工藝流程圖

6 工藝設(shè)計(jì)創(chuàng)新

(1)該工藝改造是在氯化爐出口煙道的豎直湍沖管內(nèi)設(shè)置三級(jí)噴頭，每個(gè)噴頭流量控制在4 m3/h。流量的控制能有效的掌握泥漿的霧化程度，準(zhǔn)確的判斷泥漿與煙氣的接觸程度并可隨時(shí)對(duì)其調(diào)整。

(2)生產(chǎn)過程中的泥漿沉積在泥漿高位槽中，利用渣漿泵將泥漿輸送至氯化爐出口煙道豎直湍沖管的三級(jí)噴頭內(nèi)，通過多級(jí)噴頭進(jìn)行逆向湍沖噴淋，多級(jí)噴淋能更大程度增加湍沖程度，提高回收效率。

(3)為避免泥漿管道及噴頭阻塞，管道及噴頭處均設(shè)有氮?dú)夥创倒艿?，氮?dú)夤艿劳ㄟ^閥門控制。

(4) 通過煙氣與泥漿的充分接觸，經(jīng)噴頭霧化后的泥漿與氯化爐出口煙道煙氣進(jìn)行換熱，控制泥漿的噴入量，使氯化爐出口煙氣溫度下降至550 ℃左右，實(shí)現(xiàn)煙氣的降溫除塵，從而達(dá)到泥漿中粗四氯化鈦的回收。

7 泥漿中回收粗四氯化鈦的方法對(duì)比

由表2可以看出，某廠提出的湍沖洗滌法的各類指標(biāo)已優(yōu)于其他泥漿回收方法。首先早期的泥漿回收方法運(yùn)行成本較高，設(shè)備也比較復(fù)雜，而且在運(yùn)行過程中設(shè)備及系統(tǒng)的故障率較高，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)將產(chǎn)生影響，間歇性的處理方法不僅增加了成本的投入，還將增加現(xiàn)場(chǎng)員工的操作難度及勞動(dòng)強(qiáng)度；泥漿返回利用方法在原理上比較合理，但是在海綿鈦生產(chǎn)中氯化爐升溫連續(xù)運(yùn)行期間，若間歇加入泥漿，將對(duì)爐況造成較大影響，影響生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定；真空蒸餾法較先進(jìn)，但對(duì)于較大規(guī)模的海綿鈦生產(chǎn)有局限性。

表2 泥漿中粗四氯化鈦回收方法對(duì)比表

湍沖洗滌法克服了之前幾種方法的缺陷，在連續(xù)運(yùn)行的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)爐子生產(chǎn)過程中爐況的保護(hù)，該方法也避免了液體泥漿對(duì)環(huán)境的影響，工藝簡(jiǎn)單，改造成本及運(yùn)行成本都很低，實(shí)現(xiàn)了泥漿中粗四氯化鈦的高效環(huán)?；厥眨瑸槟壳昂＞d鈦生產(chǎn)中泥漿處理提出了新的優(yōu)化方式。

8 結(jié)論

(1)湍沖洗滌法為回收泥漿中四氯化鈦提供了一種新的方法與思路，解決了之前各類泥漿處理方法的缺陷，應(yīng)用效率高，范圍廣。

(2)湍沖洗滌法運(yùn)用在泥漿回收中避免了泥漿中粗四氯化鈦的浪費(fèi)，較大程度提高了泥漿中的粗四氯化鈦回收率，回收成本低，同時(shí)消除了處理泥漿渣過程中對(duì)環(huán)境的污染，取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

(3)該方法能夠保證整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)穩(wěn)定，對(duì)爐溫不產(chǎn)生任何影響。

(4)該方法適用于各類海綿鈦生產(chǎn)規(guī)模，連續(xù)對(duì)泥漿的處理能夠保證整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

[1] 莫畏，鄧國(guó)珠，羅方承.鈦冶金[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

[2] 李洪桂.稀有金屬冶金學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1995.

轉(zhuǎn)底爐處理銅鎳渣回收鐵鋅成套工藝及裝備產(chǎn)業(yè)化科技成果達(dá)國(guó)際領(lǐng)先水平

2015年8月6日，由中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)主持、再生金屬分會(huì)具體組織的“轉(zhuǎn)底爐處理銅、鎳渣回收鐵、鋅成套工藝及裝備產(chǎn)業(yè)化”科技成果評(píng)價(jià)會(huì)在神霧集團(tuán)節(jié)能與大氣霧霾治理技術(shù)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)報(bào)告廳召開。

經(jīng)質(zhì)詢和討論，評(píng)價(jià)委員會(huì)一致認(rèn)為：該成果技術(shù)創(chuàng)新程度高，解決了銅、鎳渣原料成型難度大、硅酸鐵難以還原、鋅元素難以回收等資源綜合利用難題；該成果在銅、鎳渣資源綜合利用方面技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)；該成果技術(shù)難度和復(fù)雜程度大，解決了火法冶煉鎳、銅渣綜合利用這一世界難題；該項(xiàng)成果先后在神霧直徑10 m的轉(zhuǎn)底爐工業(yè)化試驗(yàn)裝置上對(duì)金川集團(tuán)、銅陵集團(tuán)、云南銅業(yè)集團(tuán)的鎳渣、銅渣等進(jìn)行了驗(yàn)證，采用“轉(zhuǎn)底爐直接還原- 磨礦磁選”流程時(shí)，鐵回收率在85%以上，采用“轉(zhuǎn)底爐直接還原- 燃?xì)馊鄯帧绷鞒虝r(shí)，鐵回收率在93%以上，鋅回收率在95%以上，技術(shù)重現(xiàn)性好；該成果顯著促進(jìn)了國(guó)內(nèi)外有色金屬行業(yè)冶煉渣綜合利用的科技進(jìn)步，具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，市場(chǎng)需求大。評(píng)價(jià)委員會(huì)一致認(rèn)定該項(xiàng)目成套工藝及裝備工業(yè)化試驗(yàn)技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，并建議在國(guó)內(nèi)同類冶煉企業(yè)加快推廣力度。

Research and Application of Recovering Titanium Tetrachloride from the Slurry in Sponge Titanium Smelting

WANG Juan

To achieve the efficient recovering and environment protection, a plant install multi-stage nozzles in chlorination flue pipe, reverse spray atomized slurry on the flue surface, exchange heat by fully contacting the flue, and control the slurry spraying speed to realize flue’s stabilized cool de-dust meanwhile. Crude titanium tetrachloride recovering from the slurry is finally achieved in the case of the chlorination process production not interfered.

crude titanium tetrachloride; reverse spray; cool de-dust; precipitated slurry

2015-05-15

王鵑(1985—)，女，甘肅白銀人，大學(xué)本科，助理工程師，主要從事海綿鈦生產(chǎn)工藝技術(shù)工作。

X756

A

1008-5122(2015)05-0035-04