申请/专利权人：中国科学院过程工程研究所

申请日：2022-11-11

公开（公告）日：2024-04-30

公开（公告）号：CN117947465A

主分类号：C25C1/06

分类号：C25C1/06;C01G31/00;C01G23/053;C25B1/02;C25B9/65;C04B7/147;C01G23/08;C22B34/12

优先权：["20221018 CN 2022112743423"]

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.05.17#实质审查的生效;2024.04.30#公开

摘要：本发明属于能源、冶金领域。具体地，本发明公开了一种钒钛铁矿同时生产低碳纯铁、硫酸氧钒、钛白粉和高端海绵钛的系统及方法。通过酸解分离工序对钒钛铁矿进行直接酸解，分离硫酸氧钒、硫酸氧钛及铁盐晶体。硫酸氧钛通过细粒水解生产硫酸法钛白粉。硫酸氧钛通过粗粒水解、流态化煅烧、流态化氯化、镁热还原制备高端海绵钛。铁盐通过溶解净化工序，得到铁盐溶液、溶解渣和净化渣。通过高温脱硫实现溶解渣和净化渣的资源化利用和硫循环。通过价态调整、电池炼铁工序实现纯铁制备，硫酸循环和氢气、氧气的回收利用。通过太阳能炉为高温脱硫和酸解工序供热，实现能源低碳化。本发明适用于大规模、连续化处理钒钛铁矿，具有效率高、能耗低、无污染和经济性好等优点。

主权项：1.一种钒钛铁矿同时生产低碳纯铁、硫酸氧钒、钛白粉和高端海绵钛的系统，其特征在于，所述系统包括酸解分离工序1、溶解净化工序2、价态调整工序3、电池炼铁工序4、硫酸氧钒工序5、钛白粉工序6、高端海绵钛工序7；所述酸解分离工序1包括酸解装置1-1、钒钛铁分离装置1-2；所述溶解净化工序2包括溶解换热装置2-1、溶解过滤装置2-2、二氧化硫换热器2-3、高温脱硫装置2-4、铁液净化装置2-5、太阳能炉2-6；所述价态调整工序3包括电还原装置3-1、阴极液换热装置3-2、阳极液换热装置3-3；所述电池炼铁工序4包括电冶金装置4-1、硫酸浓缩装置4-2；所述硫酸氧钒工序5包括钒液净化装置5-1、结晶装置5-2；所述钛白粉工序6包括钛液净化装置6-1、细粒水解装置6-2、细粒流态化煅烧装置6-3、表面改性装置6-4；所述高端海绵钛工序7包括粗粒水解装置7-1、粗粒流态化煅烧装置7-2、流态化氯化装置7-3、镁热还原装置7-4；所述酸解装置1-1的固体进料口与钒钛铁矿的上料管道相连接，所述酸解装置1-1的进液口与所述硫酸浓缩装置4-2出液口、硫酸溶液总管的出液口通过管道相连接；所述酸解装置1-1的出液口与所述钒钛铁分离装置1-2的进液口通过管道相连接；所述钒钛铁分离装置1-2的钒液出液口与所述钒液净化装置5-1的进液口通过管道相连接，所述钒钛铁分离装置1-2的钛液出液口与所述钛液净化装置6-1的进液口通过管道相连接；所述钒钛铁分离装置1-2的铁盐出料口与所述溶解过滤装置2-2的进料口相连接；所述溶解换热装置2-1的进液口与电冶金装置4-1的阴极出液口通过管道相连接，所述溶解换热装置2-1的出液口与溶解过滤装置2-2的液体进料口通过管道相连接，所述溶解换热装置2-1的进气口与二氧化硫换热器2-3的高温空气出气口通过管道相连接；所述溶解换热装置2-1的出气口送低温空气排空；所述溶解过滤装置2-2的进气口与二氧化硫换热器2-3的低温二氧化硫出气口通过管道相连接，所述溶解过滤装置2-2的渣料出口与高温脱硫装置2-4的进料口相连接，所述溶解过滤装置2-2的出液口与铁液净化装置2-5的进液口通过管道相连接；所述二氧化硫换热器2-3的高温进气口与高温脱硫装置2-4的出气口通过管道相连接，所述二氧化硫换热器2-3的低温进气口与空气源相连接；所述二氧化硫换热器2-3的高温空气出口与所述阴极液换热装置3-2、所述阳极液换热装置3-3的进气口通过管道相连接；所述高温脱硫装置2-4的氢气进口与电冶金装置4-1的阴极出气口通过管道相连接，所述高温脱硫装置2-4的固体出料口与水泥熟料管道相连接；所述铁液净化装置2-5的出液口与阴极液换热装置3-2的进液口通过管道相连接，所述铁液净化装置2-5的渣出料口与高温脱硫装置2-4的进料口相连接；所述太阳能炉2-6的高温介质出口与高温脱硫装置2-4的高温介质进口相连接，所述太阳能炉2-6的低温介质进口与高温脱硫装置2-4的低温介质出口相连接；所述太阳能炉2-6的高温介质出口与酸解装置1-1的高温介质进口相连接，所述太阳能炉2-6的低温介质进口与酸解装置1-1的低温介质出口相连接；所述太阳能炉2-6的光照入口接收太阳能辐射；所述电还原装置3-1的阳极进液口与阳极液换热装置3-3的出液口通过管道相连接，所述阳极液换热装置3-3的进液口与硫酸浓缩装置4-2的稀硫酸出液口通过管道相连接；所述电还原装置3-1的阳极出液口与所述电冶金装置4-1的阳极进液口通过管道相连接；所述电还原装置3-1的阳极出气口与氧气产品管道相连接；所述电还原装置3-1的阴极出液口与所述电冶金装置4-1的阴极进液口通过管道相连接；所述电还原装置3-1的阳极与绿电的正极通过导电铜梁相连接；所述电还原装置3-1的阴极与绿电的负极通过导电铜梁相连接；所述阴极液换热装置3-2的出液口与电还原装置3-1的阴极进液口通过管道相连接；所述阴极液换热装置3-2的出气口送低温空气排空；所述阳极液换热装置3-3的出气口送低温空气排空；所述电冶金装置4-1的阳极出液口与所述硫酸浓缩装置4-2的进液口通过管道相连接；所述电冶金装置4-1的阳极出气口与氧气产品管道相连接；所述电冶金装置4-1的阴极出气口与氢气产品管道相连接；所述电冶金装置4-1的阴极敞口设计，得到纯铁产品；所述电冶金装置4-1的阳极与绿电的正极通过导电铜梁相连接；所述电冶金装置4-1的阴极与绿电的负极通过导电铜梁相连接；所述钒液净化装置5-1的出液口与所述结晶装置5-2的进液口通过管道相连接；所述结晶装置5-2的出料口与硫酸氧钒产品管道相连接；所述钛液净化装置6-1的出液口与所述细粒水解装置6-2、所述粗粒水解装置7-1的进液口分别通过管道相连接；所述细粒水解装置6-2的出料口与所述细粒流态化煅烧装置6-3的进料口通过管道相连接；所述细粒流态化煅烧装置6-3的出料口与所述表面改性装置6-4的进料口通过管道相连接；所述表面改性装置6-4的出料口与硫酸法钛白粉产品管道相连接；所述粗粒水解装置7-1的出料口与所述粗粒流态化煅烧装置7-2的进料口通过管道相连接；所述粗粒流态化煅烧装置7-2的出料口与所述流态化氯化装置7-3的进料口通过管道相连接；所述流态化氯化装置7-3的进料口与氯气、碳粉的管口通过管道相连接；所述流态化氯化装置7-3的出料口与所述镁热还原装置7-4的进料口通过管道相连接；所述镁热还原装置7-4的进料口与镁锭的管口通过管道相连接；所述镁热还原装置7-4的出料口与高端海绵钛产品管道相连接。

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