1.本发明属于固废综合利用领域，涉及一种利用固废热解产物处理钛铁矿矿石的装置。


背景技术：

2.固体废物来源广，种类多，处理起来难度较大，不但污染空气、水源和土壤，而且这些不少固体废物中含有有害成分，其影响环境的途径很多，其生产、运输、储存、处理到处置的各个过程，都可能对环境造成较大的危害。为了控制其对环境的污染，必须对其进行无害化处置，现有技术中，固废热解是一种全新的处理手段，主要是利用高温环境促使固废中的高分子组分热解为低分子量产物，在相应催化剂的存在下还可以实现产氢、生产燃气等多种用途；现有技术中固废热解产生的气态物质一般都是作为燃料气直接燃烧，这样造成这部分物质的利用率较为低下。
3.钛铁矿是铁和钛的氧化物矿物，又称钛磁铁矿，是提炼钛的主要矿石。钛铁矿很重，灰到黑色，具有一点金属光泽。晶体一般为板状，晶体集合在一起为块状或粒状，成分为fetio3，tio2含量52.66％，是提取钛和二氧化钛的主要矿物。如何降低fe在冶炼过程中对于tio2的影响，一直是本领域的难题；同时冶炼过程中需要耗费大量的热能，这部分热能的回收和利用也是本领域一直难以解决的问题之一。
4.结合上述情况，能否将固废热解与钛铁矿矿石的处理结合在一起，成为本领域技术人员可以考虑的全新技术手段。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明提出了一种利用固废热解产物处理钛铁矿矿石的装置，包括矿石预热装置，热解还原装置和多级冷却装置，热解还原装置上外侧设置有加热器，加热器连接有烟气换热器；热解还原装置进料口与铁矿石预热装置出料口连接，热解还原装置出料口与多级冷却装置连接，多级冷却装置中的热空气通过管路送入烟气换热器调温后送入铁矿石预热装置；采用这种结构的装置，可以将废塑料、废焦炭等与预热后的铁矿石一起送入热解还原装置，在该装置中通过提高温度使废塑料、废焦炭等热解产生还原性气体，使该装置完全处于还原气氛围，在高温环境下与钛铁矿石反应生成单质铁，提高fetio3的实际含量，之后通过多级换热将其温度降低到40℃左右，换热产生的高温气体作为铁矿石预热装置的热源使用，实现了能源的综合利用。
6.本发明的具体技术方案是：
7.一种利用固废热解产物处理钛铁矿矿石的装置，包括顺次连接的矿石预热装置，热解还原装置和多级冷却装置；
8.其中所述热解还原装置上外侧设置有加热器，加热器连接有供热装置和烟气换热器；热解还原装置进料口与矿石预热装置出料口连接，热解还原装置出料口与多级冷却装置连接；
9.所述的多级冷却装置包括固体产物一级冷却器和固体产物二级冷却器，其中一级冷却器以环境空气作为换热介质，二级冷却器以冷却水作为换热介质，实现对固体产物的分级冷却，其中一级冷却器换热后的热空气通过管路送入烟气换热器调温后送入矿石预热装置；
10.除此之外，烟气换热器还连接有回热风机，从而可以将换热后的热烟气送入供热装置中，重复利用其中的热量，实现热能的综合回收利用，回热风机与供热装置之间也通过管路连接；
11.采用这种结构的装置，首先利用整个装置中产生的含有大量余热的烟气作为热源进一步加热一级冷却器获得的热空气，对钛铁矿矿石进行预热，这一过程中，混合热气与矿石直接进行接触换热，除了可以将矿石的温度提高外，还可以起到吹扫矿石表面杂质的作用，这一过程一般可以将矿石的温度提高到300℃左右，这样一些对于后续冶炼不利的元素会被去除，挺高矿石的品质，有利于后续的处理；
12.之后可以将废塑料、废焦炭等可产生还原性气体的废料与预热后的钛铁矿石一起送入热解还原装置，该热解还原装置外侧设置有加热器，其连接有供热装置和烟气换热器，通过供热装置提供热烟气作为热源来为热解还原装置供热，供热后的烟气送入烟气换热器，在加热器的作用下，热解还原装置可以提供600℃以上的高温，使废塑料、废焦炭等热解产生还原性气体，这一过程中整个装置内为无氧环境，这样可以促使废塑料、废焦炭热解产生更多的还原性气体，同时确保整个装置的安全，为了达到这一无氧环境，一般控制矿石预热装置和热解还原装置之间采用密封连接的方式，且优选的在矿石预热装置中设置料封或气体替换装置，将矿石预热装置中的含氧气体置换为惰性气体，所采用的方法和装置均为本领域的常规技术，发明人在此不再赘述；在上述温度环境下废塑料、废焦炭热解产生气体主要以氢气、一氧化碳为主，加之焦炭自身含有的碳单质，均为还原性物质，这部分物质使该装置完全处于还原气氛内；
13.之所以控制热解还原装置的温度至600℃以上，除了确保上述废塑料等固废的裂解之外，更重要的是，在600℃左右的温度下fetio
3-fe2o3固溶体出溶，在钛铁矿中析出赤铁矿的片晶，并按(0001)定向排列，此时实现了fe2o3的析出，而在600℃以上的温度下，在充满还原性气体的氛围内，fe2o3可以还原为铁单质，这样就将更多的铁单质从钛铁矿中还原分离出来，提高了fetio3的实际含量，便于后续对其进行处理获得金属钛，为了确保这一反应过程的连续性，一般控制单位体积的钛铁矿在热解还原装置内的停留时间为6h以上，而废塑料、废焦炭的投料量均为过量，也就是说这部分原料的用量远超钛铁矿，从而确保有足够的还原性物质产出；
14.经过热解还原装置处理后的钛铁矿矿石还含有大量的余热，这部分余热的综合利用是本发明的另一重要目标，具体应用时发明人设计了多级冷却装置包括固体产物一级冷却器和固体产物二级冷却器，其中一级冷却器以环境空气作为换热介质，二级冷却器以冷却水作为换热介质，之所以这样设计，是为了利用环境空气流量大的特点，利用固体产物一级冷却器将处理后的钛铁矿矿石的余热尽可能的转移到环境空气中，使之成为热空气，这部分热空气若温度直接满足矿石预热装置的温度要求，可以通过管路直接送入矿石预热装置，若温度不足则可进入烟气换热器后，与加热器排出的热烟气进行二次换热，进一步吸收其中的热量获得温度更高的热空气，当热空气的温度达到矿石预热装置的温度要求时，可
以将这部分热空气直接送入矿石预热装置中对钛铁矿进行预热；若换热后温度过高时，可以通过混风装置与环境空气或外排烟气进行混合，降低其温度以达到矿石预热装置的温度要求；同时经过烟气换热器换热后的热烟气可以进入回热风机，通过该风机处理部分作为气源送入供热装置中二次加热作为热解还原装置的热源，剩余部分降温后送入混风装置作为矿石预热装置的热源，特别是在设备初期运行阶段，后续的冷却器还无法产生足够的热空气时，可以利用上述装置将外排热烟气作为矿石预热装置的热源；
15.经过固体产物一级冷却器冷却后，钛铁矿矿石依然含有大量的热能，为了进一步利用，发明人利用固体产物二级冷却器对其进行强制换热，将其温度降至40℃左右，升温后的冷却水可以作为其他工序或环境供热的热源，经过换热降温后继续作为冷却水使用；
16.经过该步处理后的钛铁矿矿石已经降至室温，因此可以通过常规手段将其中的铁单质分离出来，另作他用，而分离获得的钛铁矿矿石则可以利用现有技术提纯其中的钛元素，获得金属钛，这样就避免了铁对于后续提纯的影响。
17.所述矿石预热装置连接有烟气除尘净化系统，这样经过与钛铁矿换热后的热烟气或热空气可以通过该系统处理后，去除其中的固体尘埃，降低其对于环境的污染，并通过排气装置直接外外排；
18.所述热解还原装置连接有气体净化系统，由于废塑料、废焦炭等热解除了产生还原性气体外，还会产生烯烃等气体组分，这些组分可以作为燃料气使用，但是为了降低对于环境的污染还需要对其中的气体组分进行处理，如通过碱洗和酸洗去除其中的有害杂质，获得更为纯净的燃料气，这部分燃料气可以直接送入供热装置作为燃料气燃烧；除此之外，热解还原装置生成的气相产物还可以通过管路循环回到热解还原装置，进行二次的裂解，以求获得更多的气体产物，这部分产物中的还原性气体可以作为上述还原铁单质的还原性物质使用，而其他气体组分则可以继续上述进程，获得更高纯度的燃料气；
19.综上所述，采用这种结构的装置，可以将废塑料、废焦炭等与预热后的铁矿石一起送入热解还原装置，在该装置中通过提高温度使废塑料、废焦炭等热解产生还原性气体，使该装置完全处于还原气氛围，在高温环境下与钛铁矿石反应生成单质铁，提高fetio3的实际含量，之后通过多级换热将其温度降低到40℃左右，换热产生的高温气体作为铁矿石预热装置的热源使用，实现了能源的综合利用。
附图说明
20.图1为本发明所述利用固废热解产物处理钛铁矿矿石的装置的示意图。
具体实施方式
21.以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容做进一步的详细说明，凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围；
22.实施例1
23.如图1所示，一种利用固废热解产物处理钛铁矿矿石的装置，包括顺次连接的矿石预热装置，热解还原装置和多级冷却装置；其中所述热解还原装置上外侧设置有加热器，加热器连接有供热装置和烟气换热器；热解还原装置进料口与矿石预热装置出料口连接，热解还原装置出料口与多级冷却装置连接；
24.所述的多级冷却装置包括固体产物一级冷却器和固体产物二级冷却器，其中一级冷却器以环境空气作为换热介质，二级冷却器以冷却水作为换热介质，实现对固体产物的分级冷却，其中一级冷却器换热后的热空气通过管路送入烟气换热器调温后送入矿石预热装置；
25.除此之外，烟气换热器还连接有回热风机，从而可以将换热后的热烟气送入供热装置中，重复利用其中的热量，实现热能的综合回收利用，回热风机与供热装置之间也通过管路连接；
26.采用这种结构的装置，首先利用整个装置中产生的含有大量余热的烟气作为热源进一步加热一级冷却器获得的热空气，对钛铁矿矿石进行预热，这一过程中，混合热气与矿石直接进行接触换热，除了可以将矿石的温度提高外，还可以起到吹扫矿石表面杂质的作用，这一过程一般可以将矿石的温度提高到300℃左右，这样一些对于后续冶炼不利的元素会被去除，挺高矿石的品质，有利于后续的处理；
27.之后可以将废塑料、废焦炭等可产生还原性气体的废料与预热后的钛铁矿石一起送入热解还原装置，该热解还原装置外侧设置有加热器，其连接有供热装置和烟气换热器，通过供热装置提供热烟气作为热源来为热解还原装置供热，供热后的烟气送入烟气换热器，在加热器的作用下，热解还原装置可以提供600℃以上的高温，使废塑料、废焦炭等热解产生还原性气体，这一过程中整个装置内为无氧环境，可以促使废塑料、废焦炭热解产生更多的还原性气体，同时确保整个装置的安全，为了达到这一无氧环境，一般控制矿石预热装置和热解还原装置之间采用密封连接的方式，且优选的在矿石预热装置中设置料封或气体替换装置，将矿石预热装置中的含氧气体置换为惰性气体，所采用的方法和装置均为本领域的常规技术，发明人在此不再赘述；在上述温度环境下废塑料、废焦炭热解产生气体主要以氢气、一氧化碳为主，加之焦炭自身含有的碳单质，均为还原性物质，这部分物质使该装置完全处于还原气氛围；
28.之所以控制热解还原装置的温度至600℃以上，除了确保上述废塑料等固废的裂解之外，更重要的是，在600℃左右的温度下fetio
3-fe2o3固溶体出溶，在钛铁矿中析出赤铁矿的片晶，并按(0001)定向排列，此时实现了fe2o3的析出，而在600℃以上的温度下，在充满还原性气体的氛围内，fe2o3可以还原为铁单质，这样就将更多的铁单质从钛铁矿中还原分离出来，提高了fetio3的实际含量，便于后续对其进行处理获得金属钛，为了确保这一反应过程的连续性，一般控制单位体积的钛铁矿在热解还原装置内的停留时间为6h以上，而废塑料、废焦炭的投料量均为过量，也就是说这部分原料的用量远超钛铁矿，从而确保有足够的还原性物质产出；
29.经过热解还原装置处理后的钛铁矿矿石还含有大量的余热，这部分余热的综合利用是本发明的另一重要目标，具体应用时发明人设计了多级冷却装置包括固体产物一级冷却器和固体产物二级冷却器，其中一级冷却器以环境空气作为换热介质，二级冷却器以冷却水作为换热介质，之所以这样设计，是为了利用环境空气流量大的特点，利用固体产物一级冷却器将处理后的钛铁矿矿石的余热尽可能的转移到环境空气中，使之成为热空气，这部分热空气若温度直接满足矿石预热装置的温度要求，可以通过管路直接送入矿石预热装置，若温度不足则可进入烟气换热器后，与加热器排出的热烟气进行二次换热，进一步吸收其中的热量获得温度更高的热空气，当热空气的温度达到矿石预热装置的温度要求时，可
以将这部分热空气直接送入矿石预热装置中对钛铁矿进行预热；若换热后温度过高时，可以通过混风装置与环境空气或外排烟气进行混合，降低其温度以达到矿石预热装置的温度要求；同时经过烟气换热器换热后的热烟气可以进入回热风机，通过该风机处理部分作为气源送入供热装置中二次加热作为热解还原装置的热源，剩余部分降温后送入混风装置作为矿石预热装置的热源，特别是在设备初期运行阶段，后续的冷却器还无法产生足够的热空气时，可以利用上述装置将外排热烟气作为矿石预热装置的热源；
30.经过固体产物一级冷却器冷却后，钛铁矿矿石依然含有大量的热能，为了进一步利用，发明人利用固体产物二级冷却器对其进行强制换热，将其温度降至40℃左右，升温后的冷却水可以作为其他工序或环境供热的热源，经过换热降温后继续作为冷却水使用；
31.所述热解还原装置连接有气体净化系统，由于废塑料、废焦炭等热解除了产生还原性气体外，还会产生烯烃等气体组分，这些组分可以作为燃料气使用，但是为了降低对于环境的污染还需要对其中的气体组分进行处理，如通过碱洗和酸洗去除其中的有害杂质，获得更为纯净的燃料气，这部分燃料气可以直接送入供热装置作为燃料气燃烧。
32.实施例2
33.热解还原装置生成的气相产物还可以通过管路循环回到热解还原装置，进而二次的裂解，以求获得更多的气体产物，这部分产物中的还原性气体可以作为上述还原铁单质的还原性物质使用，而其他气体组分则可以继续上述进程，获得更高纯度的燃料气；
34.除此之外，本实施例的其他结构与实施例1完全相同。