王 鵑

(金川集團股份有限公司鈦廠， 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用

王 鵑

(金川集團股份有限公司鈦廠， 甘肅 金昌 737100)

為了高效環(huán)保地實現(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噴頭，將霧化泥漿逆向噴淋于煙氣表面，在與煙氣進行充分接觸過程中進行換熱，同時通過控制泥漿噴淋速度達到煙氣的穩(wěn)定降溫除塵，在不干擾氯化工序生產的情況下實現(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，粗四氯化鈦作為最重要的原料產品之一，其生產、提純及回收方法已經成為鈦冶煉項目中的研究重點。海綿鈦生產中粗四氯化鈦的質量直接關系到最終產品的品位。由于目前海綿鈦生產技術的局限性，在粗四氯化鈦的生產過程中，沸騰氯化爐出口煙氣中所含的大量高沸點氯化物和隨氣流夾帶的固體顆粒雜質，經收塵冷凝，其大部分與四氯化鈦分離，但仍有少部分粉塵雜質通過淋洗設備時被冷凝四氯化鈦淋洗下來，進入液體粗四氯化鈦中。經沉降槽進行固液分離，懸浮在四氯化鈦中的高沸點氯化物和固體顆粒等雜質被逐漸沉積在沉降槽的底部，呈泥漿狀。這部分泥漿必須進行處理，回收其中的四氯化鈦，以提高金屬回收率，消除處理泥漿渣時所產生的環(huán)境污染，從而達到較好的經濟效益和社會效益。

1 早期泥漿處理方法

1.1 泥漿蒸發(fā)法

早期的海綿鈦生產企業(yè)主要采用泥漿蒸發(fā)法，該法通過外加熱量對泥漿加熱，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)在設備加工比較復雜，工作環(huán)境腐蝕嚴重，故障較多，開工率比較低。加熱過程中泥漿不能蒸得太干，否則將因燒結造成蒸發(fā)器殼體或雙螺旋變形，導致傳動部分移位破壞，甚至設備報廢。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，經渣漿泵輸送至泥漿高位槽，當氯化爐爐溫過高時，間歇加入氯化爐內。但這種加入方式會改變沸騰氯化爐的爐況，在操作過程中不易控制，尤其對于較大規(guī)模的海綿鈦生產過程控制存在較大難度。

1.3 真空蒸餾法

目前生產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)后剩余的殘渣經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，但是該方法在生產中需要增加真空蒸餾設備，不適用于大規(guī)模海綿鈦生產。

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過程中的研究重點。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，會改變氯化爐的爐況，導致生產波動。目前國內海綿鈦生產中對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大大減少泥漿渣處理過程中對環(huán)境的污染及對整個爐況的影響。因此，某廠針對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行逆向噴淋實現(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)場實施后取得了較好的效果，提高了泥漿中四氯化鈦的回收率，避免了泥漿進入爐子對整個生產系統(tǒng)的影響，也避免了泥漿因霧化效果不好而導致的部分泥漿以液體形式排出對環(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

鑒于海綿鈦生產中早期工藝的局限性，某廠進行了工藝改造。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用于粗四氯化鈦生產的泥漿回收方法及時同步處理生產過程中產生的泥漿。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噴頭進行逆向湍沖噴淋，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，煙氣中經湍沖洗滌析出的顆粒落入收塵冷凝器內，排入到收塵冷凝器下的渣罐中，從系統(tǒng)中除去，實現(xiàn)粗四氯化鈦的回收。

為強化泥漿霧化效果，采用多級噴頭進行逆向湍沖噴淋，即高速的泥漿液體射向逆向流動的煙氣，利用煙氣的動量在逆噴管內使洗滌液四散飛濺，洗滌液與煙氣達到動平衡處形成穩(wěn)定的強湍流泡沫柱。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，進入收塵冷凝器，泥漿汽化，實現(xiàn)煙氣的降溫除塵，從而達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如下：

(1)通過巧妙的工藝設計，避免了原泥漿處理過程中的回收率低及對環(huán)境的污染問題以及對爐溫的影響。采用逆向湍沖洗滌進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，泥漿以液態(tài)形式排出，污染環(huán)境，同時也可以避免爐頂返回泥漿對爐況的影響；泥漿可連續(xù)噴入，實現(xiàn)了生產的連續(xù)化，工藝設備簡單，操作安全。

(2)泥漿管路設置了氮氣反吹管路，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 生產現(xiàn)場改造及效果

某廠海綿鈦生產過程中泥漿的回收處理在改造之前主要應用泥漿的返回利用法，氯化工序及精制系統(tǒng)產生的泥漿儲存于泥漿高位槽，在氯化爐爐溫較高時間歇加入泥漿。根據(jù)生產實踐，在生產過程中加入泥漿會導致氯化爐爐溫降低，雖然在爐溫較高時加入，但是這種加入方式在現(xiàn)場很難控制溫度的變化，從而導致生產反應的不充分，生產效率低下。

在現(xiàn)場進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現(xiàn)了泥漿與煙氣的逆向噴淋，煙氣中經湍沖洗滌析出的顆粒落入收塵冷凝器內，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)進入循環(huán)淋洗實現(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現(xiàn)了生產的連續(xù)化，對生產過程爐況沒有影響，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環(huán)境的污染。改造前后工藝指標見表1。

表1 改造前后工藝指標對比表

5 泥漿管路氮氣反吹的現(xiàn)場調試

為避免泥漿管道及噴頭阻塞，管道及噴頭處均設有氮氣反吹管道，氮氣管道通過閥門控制，根據(jù)現(xiàn)場的調試，設置氮氣反吹可以起到疏通管道及噴頭的作用，下面為現(xiàn)場生產試驗過程。

在1#收塵冷凝器入口溫度達到650 ℃以上時需進行返泥漿作業(yè)對煙氣進行降溫，現(xiàn)場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)用氮氣進行反吹，確認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，若有變化及時調整鈦風機頻率，反吹時間1 min。

(2)管路暢通后，現(xiàn)場人員關閉閥門，中控室調節(jié)爐頂壓力為500 Pa左右。

(3)開啟泥漿高位槽單螺桿泵，向湍沖管內返入泥漿。

(4)如未噴入，則對管路再進行反吹，吹通后再進行返泥漿。

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

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

氮氣反吹過程為間歇過程，現(xiàn)場生產中操作人員可以通過湍沖管內泥漿的噴射速率及噴射的密度進行判斷，如果低于正常值，則判斷管路或噴頭堵塞，啟動氮氣反吹作業(yè)。

圖1 工藝流程圖

6 工藝設計創(chuàng)新

(1)該工藝改造是在氯化爐出口煙道的豎直湍沖管內設置三級噴頭，每個噴頭流量控制在4 m3/h。流量的控制能有效的掌握泥漿的霧化程度，準確的判斷泥漿與煙氣的接觸程度并可隨時對其調整。

(2)生產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噴頭內，通過多級噴頭進行逆向湍沖噴淋，多級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，管道及噴頭處均設有氮氣反吹管道，氮氣管道通過閥門控制。

(4) 通過煙氣與泥漿的充分接觸，經噴頭霧化后的泥漿與氯化爐出口煙道煙氣進行換熱，控制泥漿的噴入量，使氯化爐出口煙氣溫度下降至550 ℃左右，實現(xiàn)煙氣的降溫除塵，從而達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比

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

表2 泥漿中粗四氯化鈦回收方法對比表

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

8 結論

(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，應用效率高，范圍廣。

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

(3)該方法能夠保證整個系統(tǒng)的生產穩(wěn)定，對爐溫不產生任何影響。

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

[1] 莫畏，鄧國珠，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[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1995.

轉底爐處理銅鎳渣回收鐵鋅成套工藝及裝備產業(yè)化科技成果達國際領先水平

2015年8月6日，由中國有色金屬工業(yè)協(xié)會主持、再生金屬分會具體組織的“轉底爐處理銅、鎳渣回收鐵、鋅成套工藝及裝備產業(yè)化”科技成果評價會在神霧集團節(jié)能與大氣霧霾治理技術實驗室學術報告廳召開。

經質詢和討論，評價委員會一致認為：該成果技術創(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指標先進；該成果技術難度和復雜程度大，解決了火法冶煉鎳、銅渣綜合利用這一世界難題；該項成果先后在神霧直徑10 m的轉底爐工業(yè)化試驗裝置上對金川集團、銅陵集團、云南銅業(yè)集團的鎳渣、銅渣等進行了驗證，采用“轉底爐直接還原- 磨礦磁選”流程時，鐵回收率在85%以上，采用“轉底爐直接還原- 燃氣熔分”流程時，鐵回收率在93%以上，鋅回收率在95%以上，技術重現(xiàn)性好；該成果顯著促進了國內外有色金屬行業(yè)冶煉渣綜合利用的科技進步，具有競爭優(yōu)勢，市場需求大。評價委員會一致認定該項目成套工藝及裝備工業(yè)化試驗技術達到國際領先水平，并建議在國內同類冶煉企業(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，大學本科，助理工程師，主要從事海綿鈦生產工藝技術工作。

X756

A

1008-5122(2015)05-0035-04