权利要求

1.一种钛铁矿同时生产低碳纯铁、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)、电池炼铁工序(3)、溶液贫化工序(4)、钛白粉工序(5)和高端海绵钛工序(6);

所述酸解分离工序(1)包括酸解装置(1-1)和钛铁分离装置(1-2);

所述溶解净化工序(2)包括溶解过滤装置(2-1)、二氧化硫换热器(2-2)、高温脱硫装置(2-3)、铁液净化装置(2-4)和太阳能炉(2-5);

所述电池炼铁工序(3)包括电冶金装置(3-1)、阴极液换热装置(3-2)和阳极液换热装置(3-3);

所述溶液贫化工序(4)包括硫酸浓缩装置(4-1)和电贫化装置(4-2);

所述钛白粉工序(5)包括钛液净化装置(5-1)、细粒水解装置(5-2)、细粒流态化煅烧装置(5-3)和表面改性装置(5-4);

所述高端海绵钛工序(6)包括粗粒水解装置(6-1)、粗粒流态化煅烧装置(6-2)、流态化氯化装置(6-3)和镁热还原装置(6-4);

所述酸解装置(1-1)的进料口与钛铁矿通过管道相连接;所述酸解装置(1-1)的进液口与所述硫酸浓缩装置(4-1)出液口和硫酸溶液总管通过管道相连接;所述酸解装置(1-1)内设换热夹套，夹套入口与太阳能炉高温介质通过管道相连接，夹套出口与太阳能炉低温介质通过管道相连接;所述酸解装置(1-1)的出液口与所述钛铁分离装置(1-2)的进液口通过管道相连接;所述钛铁分离装置(1-2)的出液口与所述钛液净化装置(5-1)的进液口通过管道相连接;所述钛铁分离装置(1-2)的出料口与所述溶解过滤装置(2-1)的进料口通过管道相连接;

所述溶解过滤装置(2-1)的进液口与所述硫酸浓缩装置(4-1)的再生水出口通过管道相连接;所述溶解过滤装置(2-1)的进气口与所述二氧化硫换热器(2-2)的二氧化硫出气口通过管道相连接;所述溶解过滤装置(2-1)的出渣口与所述高温脱硫装置(2-3)的进料口通过管道相连接;所述溶解过滤装置(2-1)的出液口与所述铁液净化装置(2-4)的进液口通过管道相连接;所述二氧化硫换热器(2-2)的高温进气口与所述高温脱硫装置(2-3)的出气口通过管道相连接;所述二氧化硫换热器(2-2)空气入口与空气总管相连接;所述二氧化硫换热器(2-2)高温空气出口与所述阴极液换热(3-2)气体入口、阳极液换热(3-3)气体入口通过管道相连接;所述高温脱硫装置(2-3)的气体入口与所述电冶金装置(3-1)的氢气出口、所述电贫化装置(4-2)的氢气出口通过管道相连;所述高温脱硫装置(2-3)净化渣入口与所述铁液净化装置(2-4)的渣出口通过管道相连接;所述高温脱硫装置(2-3)固体料出口与水泥熟料产品通过管道相连接;所述高温脱硫装置(2-3)内置换热夹套，换热夹套高温介质入口与所述太阳能炉(2-5)高温介质出口通过管道相连接;换热夹套低温介质出口与所述太阳能炉(2-5)低温介质入口通过管道相连接;所述太阳能炉(2-5)设置有接收太阳能辐射的窗口;所述铁液净化装置(2-4)的出液口与所述阴极液换热装置(3-2)的进液口通过管道相连接;

所述电冶金装置(3-1)的阳极进液口与所述阳极液换热装置(3-3)出液口通过管道相连接;所述电冶金装置(3-1)的阴极进液口与所述阴极液换热装置(3-2)的出液口通过管道相连接;所述电冶金装置(3-1)的阳极出液口与所述电贫化装置(4-2)的阳极进液口通过管道相连接;所述电冶金装置(3-1)的阳极出气口与氧气产品管道相连接;所述电冶金装置(3-1)的阴极出液口与所述电贫化装置(4-2)的阴极进液口通过管道相连接;所述电冶金装置(3-1)的阴极出气口与氢气产品管道相连接;所述电冶金装置(3-1)的阴极敞口设计，纯铁为最终产品;所述电冶金装置(3-1)的阳极与绿电的正极通过导电铜梁相连接;所述电冶金装置(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)出气口与低温空气排空口通过管道相连接;所述阳极液换热装置(3-3)的出气口与低温空气排空口通过管道相连接;所述阳极液换热装置(3-3)的进液口与所述电贫化装置(4-2)阴极出液口通过管道相连接;

所述硫酸浓缩装置(4-1)的进液口与所述电贫化装置(4-2)阳极出液口通过管道相连接;所述硫酸浓缩装置(4-1)内置换热夹套，换热夹套高温介质入口与所述太阳能炉(2-5)高温介质出口通过管道相连接;换热夹套低温介质出口与所述太阳能炉(2-5)低温介质入口通过管道相连接;所述电贫化装置(4-2)的阳极与绿电的正极通过导电铜梁相连接;所述电贫化装置(4-2)的阴极与绿电的负极通过导电铜梁相连接;所述电贫化装置(4-2)的阳极出气口与氧气产品管道相连接;所述电贫化装置(4-2)的阴极出气口与氢气产品管道相连接;所述电贫化装置(4-2)的阴极敞口设计，纯铁为最终产品;

所述钛液净化装置(5-1)的出液口与所述细粒水解装置(5-2)、所述粗粒水解装置(6-1)的进液口通过管道相连接;所述细粒水解装置(5-2)的出料口与所述细粒流态化煅烧装置(5-3)的进料口通过管道相连接;所述细粒流态化煅烧装置(5-3)的出料口与所述表面改性装置(5-4)的进料口通过管道相连接;所述表面改性处理装置(5-4)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(6-1)的出料口与所述粗粒流态化煅烧装置(6-2)的进料口通过管道相连接;所述粗粒流态化煅烧装置(6-2)的出料口与所述流态化氯化装置(6-3)的进料口通过管道相连接;所述流态化氯化装置(6-3)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(6-3)的出料口与所述镁热还原装置(6-4)的进料口通过管道相连接;所述镁热还原装置(6-4)的进料口与镁锭通过管道相连接;所述镁热还原装置(6-4)的出料口与高端海绵钛产品通过管道相连接。

2.一种基于权利要求1所述系统的钛铁矿同时生产低碳纯铁、钛白粉和高端海绵钛的方法，包括以下步骤：

钛铁矿与来自于所述硫酸浓缩装置(4-1)、硫酸溶液总管的浓硫酸在酸解装置(1-1)中发生酸解反应，得到黑钛液;酸解装置(1-1)的热量由太阳能炉高温介质循环提供;黑钛液经过钛铁分离装置(1-2)得到铁盐晶体和硫酸氧钛溶液;硫酸氧钛送入钛液净化装置(5-1);铁盐晶体进入溶解过滤装置(2-1);

铁盐晶体、再生水和二氧化硫通入溶解过滤装置(2-1)，得到酸解溶液和溶解渣;酸解溶液经过铁液净化装置(2-4)，得到铁盐溶液和净化渣;铁盐溶液经过阴极液换热装置(3-2)送入电冶金装置(3-1)阴极室;溶解渣、净化渣和氢气通入高温脱硫装置(2-3)，得到高温二氧化硫和水泥熟料;水泥熟料排出送处理;氢气来源于所述电冶金(3-1)和电贫化(4-2)的阴极反应副产;太阳能炉(2-5)将太阳能转化为热能，通过高温介质循环为高温脱硫(2-3)工序提供热量;高温二氧化硫与空气经过二氧化硫换热器(2-2)换热，得到低温二氧化硫和高温空气;高温空气分别通入所述阴极液换热器(3-2)、阳极液换热器(3-3)中，为阴极液和阳极液加热;

铁盐溶液在所述电冶金装置(3-1)阴极室发生电还原反应，得到纯铁、低浓度铁盐溶液、副产氢气，纯铁为最终产品，低浓度铁盐溶液送所述电贫化装置(4-2)的阴极室，部分氢气送高温脱硫工序，剩余部分收集为氢气产品;来自于所述电贫化装置(4-2)阴极室的稀硫酸溶液，经过阳极液换热装置(3-3)预热后，通入所述电冶金装置(3-1)阳极室，发生电氧化反应，产生硫酸和氧气，硫酸溶液送所述电贫化装置(4-2)中，氧气收集为产品;所述电冶金装置(3-1)中阳极与直流电源的正极通过导电铜梁相连接;所述电冶金装置(3-1)中阴极与直流电源的负极通过导电铜梁相连接;

稀硫酸亚铁溶液在电贫化装置(4-2)阴极室发生电还原反应，得到稀硫酸溶液、纯铁产品、并副产氢气，部分氢气送高温脱硫工序，剩余部分收集为氢气产品;在电贫化装置(4-2)阳极室，发生电氧化反应，产生硫酸和氧气产品，硫酸溶液送入硫酸浓缩装置(4-1)中，得到再生水和浓硫酸;太阳能炉高温介质循环为硫酸浓缩装置(4-1)提供热量;

硫酸氧钛经过钛液净化装置(5-1)，得到净化后硫酸氧钛溶液;部分净化后硫酸氧钛溶液送入细粒水解装置(5-2)，得到细粒偏钛酸;细粒偏钛酸送入细粒流态化煅烧装置(5-3)，得到煅烧后产物;煅烧后产物送入表面改性装置(5-4)，得到硫酸法钛白粉产品;

部分净化后硫酸氧钛溶液送入粗粒水解装置(6-1)，得到粗粒偏钛酸;粗粒偏钛酸送入粗粒流态化煅烧装置(6-2)，得到粗粒二氧化钛;粗粒二氧化钛与氯气、碳粉送入流态化氯化装置(6-3)，得到四氯化钛;四氯化钛与镁锭送入镁热还原装置(6-4)，得到高端海绵钛产品。

3.根据权利要求2所述的钛铁矿同时生产低碳纯铁、钛白粉和高端海绵钛的方法，其特征在于，铁盐溶解过滤装置(2-1)中，通过二氧化硫还原三价铁离子，用于价态控制和促进溶解。

4.根据权利要求2所述的钛铁矿同时生产低碳纯铁、钛白粉和高端海绵钛的方法，其特征在于，电冶金采用电能还原铁，无二氧化碳排放;

采用电贫化的方法降低铁离子浓度，实现水循环。

5.根据权利要求2所述的钛铁矿同时生产低碳纯铁、钛白粉和高端海绵钛的方法，其特征在于，铁白粉工序采用细粒流态化煅烧，煅烧温度300-800℃，停留时间5-30min。

6.根据权利要求2所述的钛铁矿同时生产低碳纯铁、钛白粉和高端海绵钛的方法，其特征在于，高端海绵钛工序采用粗粒结晶水解，获得纯度高的粗粒偏钛酸，粒径大于100微米，纯度大于95%，高端海绵钛纯度大于99%。

7.根据权利要求2所述的钛铁矿同时生产低碳纯铁、钛白粉和高端海绵钛的方法，其特征在于，酸解装置、硫酸浓缩装置、高温脱硫装置的热量由太阳能炉循环介质提供。

8.根据权利要求2所述的钛铁矿同时生产低碳纯铁、钛白粉和高端海绵钛的方法，其特征在于，所述电冶金(3-1)装置中，隔膜材质为离子膜或多孔膜，其中多孔膜的渗流率为1%-40%，电流密度为100A/m2-2000A/m2，阳极为铅合金或钛基钌铱钽涂层电极，阴极为铁、铜、钛或不锈钢材质，反应温度为60℃-100℃，电流效率95%以上，阴极铁纯度99%以上，每吨铁的直流电耗低于3500kWh。

9.根据权利要求2所述的钛铁矿同时生产低碳纯铁、钛白粉和高端海绵钛的方法，其特征在于，所述高温脱硫装置(2-3)中，采用流化床或回转窑反应器，反应温度1000℃-1500℃，脱硫率99%以上。

10.根据权利要求2所述的钛铁矿同时生产低碳纯铁、钛白粉和高端海绵钛的方法，其特征在于，所述电贫化装置(4-2)中，隔膜材质为离子膜或多孔膜，其中多孔膜的渗流率为1%-40%，电流密度为50A/m2-1000A/m2，阳极为铅合金或钛基钌铱钽涂层电极，阴极为铁或钛材质，温度为20℃-100℃。

说明书

技术领域

[0001]本发明属于能源、冶金领域，特别涉及一种钛铁矿同时生产低碳纯铁、钛白粉和高端海绵钛的系统及方法。

背景技术

[0002]2021年我国粗钢产量约10亿吨，排放CO2约18亿吨，约占我国总排放的16%。我国钢铁行业主要以高炉-转炉等长流程方式为主(占比高达90%)，其中高炉炼铁是排放CO2的主要工段，约占整个流程的70%。高炉炼铁以焦炭为还原剂，脱除铁矿石中的氧，得到铁水，排放大量的CO2。在“碳达峰”、“碳中和”的背景下，钢铁工业亟需开发变革性的低碳炼铁技术。

[0003]目前开发的超低碳炼铁技术，主要是取代焦炭的技术路线。包括氢还原替代碳还原和电还原替代碳还原。

[0004]“氢还原”路线，即电解水制氢-氢气还原铁。专利CN112159880B公开了一种氢气炼铁的方法及装置，含铁矿石原料在氢气或富氢气体气氛下，采用微波照射实现含铁矿石的富氢或纯氢冶炼，可得到直接还原铁。解决了现有氢气炼铁中使用富氢气体还原铁氧化物依然造成大量二氧化碳排放的问题。专利申请CN102586527A公开了一种氢碳熔融还原炼铁新工艺，整个工艺所需要的热量由氧煤燃烧及还原性气体的二次燃烧来提供，该工艺与现有工艺相比CO2排放量减少10%左右。专利申请 CN105886688A公开了一种绿色循环生产系统，在金属冶炼过程中，氢代替碳还原铁矿石成单质铁，过程中不产生CO2，冶炼产生的水蒸气发电，电解水产生的H2循环利用。然而目前的工业化电解水制氢，主要是碱性水溶液体系，能量效率约在60%左右，而且生产氢气的效率较低。氢气还原铁的过程中，由于热力学平衡受限，单次转化率较低，需要多次循环，增加能量消耗。同时氢气还原铁的热效应较差，需要额外补充大量的热能。整体上看，“氢冶金”本质上消耗的是绿色电能，是电冶金。开发一步电化学还原铁，也具有重要意义。

[0005]铁矿石在电化学的作用下，可以分解为金属铁，并释放氧气。为了实现这一过程，一般在三个典型的体系内完成，即高温熔盐/熔融氧化铁体系、碱性体系和酸性体系。高温熔盐/熔融氧化铁体系。专利申请CN114232033A公开了一种高温熔盐电还原制备高纯铁的方法，采用CaCl2-Fe2O3-CaO熔盐体系，在一定电流密度以及850℃氩气惰性气氛下，通过熔盐电还原可得到纯度为99.94%高纯铁产品。专利CN101906646B 公开了一种熔盐电解铁矿石制取金属铁的方法，采用Fe2O3-Al2O3-SiO2熔盐体系，在一定电流密度以及电解温度(1580-1620℃)下，通过熔盐电还原得到金属铁。专利 CN109477232B公开了一种熔融氧化物利用电解沉积法还原铁的制备方法，采用 Na2O2-B2O3-Fe2O3熔盐体系，在一定电压(1.5V/2.5V)以及电解温度(1000℃)下，通过熔盐电还原得到纯度为97%的金属铁。目前高温熔盐/熔融氧化铁体系，主要的难题是经济性惰性阳极材料的开发，适合的电解质体系，以及原料的提纯问题等。

[0006]碱性溶液电还原制铁技术路线。Allanore A等人(DOI:10.1149/1.2790285)经过试验证实了在氢氧化钠溶液(质量浓度50%，温度为110℃)中通过电解悬浮氧化铁颗粒的溶液(铁离子浓度2.6×10-3M)生成铁的可能性，但同时也提到在该体系下赤铁矿的溶解度很低导致还原效率极低的问题。专利CN101696510B公开了一种电解脱氧制备高纯铁粉方法与装置，其中涉及到一种从固态氧化铁中获得高纯铁的电化学方法。固态氧化铁是具有单一或混合Fe2O3、Fe3O4、FeO组成的烧结体或矿石，阴阳两极分别位于电解槽两端，电解槽内设有离子导体膜和高温氢氧化物溶液(氢氧化钠或氢氧化钾，温度为700-800℃)，两极间设置一个预设电压驱动氧离子从阴极筐内氧化铁向阳极上扩散，在阴极上可获得高纯铁。但该专利中阳极必须为抗碱性、耐熔蚀性强、导电性好的固态材料，固态氧离子导体膜也需具备抗碱性、耐熔蚀的特点，因此其成本都较高。另外，为防止固态氧化铁中杂质在高温碱性溶液中溶解而对电解质性能产生不利影响，需要对氧化铁进行除杂预处理，而这一流程将导致经济及环境成本的大幅上升。

[0007]酸性溶液电还原制铁技术路线。研究人员针对酸性含铁溶液电还原制铁进行了大量的工作，主要目的是制备高纯度的金属铁和纯铁粉末。而在这一过程中，最常见的电解质溶液是氯化亚铁和硫酸亚铁。酸性FeCl2溶液，专利申请CN107955952A公开了一种利用铁渣生产高纯铁粉的方法，通过浸出(浸出液成分：氢氧化钠15-19份、甲基丙烯磺酸钠5-9份、水260-300份)去除铁渣中的二氧化硅等一些无机成分，提升滤渣中铁粒的含量，加入体积分数15%盐酸6-9份、硫酸镁10-14份、水900-1000 份的电解液进行电解，最后利用质量分数为18-22%的乙二胺四乙酸溶液进行铁粉表面的清洗得到高纯铁粉。该专利浸出和电解过程中消耗大量的氢氧化钠和盐酸，并且因杂质和浓度等因素的影响，这些浸出液和电解液无法循环使用，后续的处理较为困难。专利CN101517129B公开了一种从富铁金属氯化物溶液回收铁金属和氯气的电化学方法，阴极电解液pH为0.9-1.1，电还原温度为80-85℃，阴极电流密度为200- 500A/m2，电流效率为96.4%-97.9%，电还原制备铁的纯度为99.99%。该专利对溶液中的杂质含量及pH的控制有较高的要求，需要将氯化铁溶液调节在相当低的pH值下，以防止在阴极表面pH值升高到大于其余杂质的沉淀pH值，造成共沉淀，然而也不能过低，防止副产物氢气的放出。

[0008]酸性FeSO4电解质溶液。专利申请CN113481540A公开了一种制备高纯铁的方法，采用可溶性阳极，电解液主要含FeSO4和少量的稳定剂，所用阴极电流密度为 100-230A/m2，电解液pH为1.00-4.00，电解液温度为20-100℃，电解制备铁的纯度为99.90%～99.99%，沉积厚度为20μm～3cm。该专利采用硫酸体系，可溶性阳极为工业纯铁、低碳钢等，因此电解质溶液纯度较高。而如电解质纯度降低则将导致较多副反应的发生、电流效率降低、杂质的污染等系列问题。专利CN102084034B公开了一种从富铁金属硫酸盐废料(钛铁矿硫酸盐法副产物)中回收金属铁或富铁合金、氧气和硫酸的电化学方法，电解液为富铁金属硫酸盐溶液，电解液pH为1.4-3.5，电解液温度为25-60℃，所用阴极电流密度为300-1000A/m2，电解制备铁的纯度可达99.99%，电流效率为95%-98%。该专利中富铁金属硫酸盐溶液须进行预处理(如 pH调节)再进行电还原，同时该过程产生的酸性不溶性固体也不易处理。另外，E. Mostad等人(DOI:10.1016/j.hydromet.2007.07.014)提到挪威的一家冶炼厂在1947至1957年期间曾以黄铁矿(FeS2)为原料，在中试车间对煅烧、硫酸浸出等流程产生的FeSO4溶液进行电还原半工业试验，最终得到了高纯度的金属铁。该工艺首次以铁矿石(黄铁矿)为原料，电还原生产金属铁，在1955-1957两年期间共生产1.5×105公斤高纯铁，电流效率达到85%，能量消耗为4.25kWh/kg铁。W.D.Badenhorst等人(DOI：10.3390/membranes9110137)发现使用新型BM-5AEM阴离子交换膜可使电解铁的电流效率达到95%，能量消耗为3.53kWh/kg铁，优于现存的Pyror工艺流程，也比商业用AEM膜具有更好的稳定性和更低的能量消耗。同时该研究发现，当溶液中铁浓度低于5g/L时，阴极的副反应会导致工艺效率降低。但是这些文献，主要以硫铁矿或硫酸亚铁为原料，针对更广泛的赤铁矿或磁铁矿探究较少。专利申请 WO2022204379A1和专利WO2022197954A1公开了一种从铁矿石中生产纯铁并去除溶液中杂质的方法，该方法首先在还原剂的存在下，将铁矿石中的一种或多种非磁铁矿氧化铁成分热还原形成磁铁矿，然后使用酸溶解磁铁矿以形成酸性铁盐溶液，未溶解的杂质部分分离处理，随后将该酸性铁盐进行电解得到高纯铁，剩余溶液返回酸解罐中进行循环。但该专利中提到的还原剂主要为氢气，而氢气的来源是通过铁金属与酸发生化学反应产生，该方式需额外添加铁金属增加成本，同时此放热反应易瞬间产生大量氢气和热量，对设备及安全影响较大。另外，该方法通过热还原方式将铁矿石还原成磁铁矿，即通过热还原手段降低铁矿石中部分铁的价态，以便促进矿石的溶解，主要原因在于铁矿石中铁的还原度越高，浸出率越高(DOI:10.3321/j.issn:1005- 3026.2008.12.017)，但专利中未提及如何通过高效的方式实现铁矿石的还原，以及此过程产生的热量未能回收利用。并且，该方法中溶解磁铁矿时所用酸的酸度较高，而电解后循环返回酸解罐中溶液的酸度较低，容易存在酸度不匹配造成难以溶解磁铁矿的问题。专利申请WO2022204387A1、专利WO2022204391A1和专利 WO2022204394A1公开了一种铁矿石溶解、转化及系统运用的方法，该方法将含铁矿石溶解成酸性铁盐溶液后在第一电解池中将Fe3+还原形成Fe2+，随后将形成的Fe2+从第一电解池转移到第二电解池还原成高纯铁，其余溶液返回溶解罐中。该方法中第一和第二电解池分别采用质子交换膜(PEM)和阴离子交换膜(AEM)，两种不同类型的离子膜增加了电解池隔膜的种类，增加了使用成本。并且，专利中提到第二电解池中进入阴极室的溶液体积小于进入阳极室的溶液体积，该方法增加了流程的复杂性，同时将导致铁的利用效率降低。由于专利中还使用了盐酸溶解磁铁矿，氯离子的引入会导致阳极发生竞争反应，增加析出氯气的风险，同时易加剧对离子膜的损耗，增加成本。此外，专利中未提出对析出的氧气进行回收利用。

[0009]钛铁矿是提炼钛的主要矿石，占钛矿资源储量的90%左右，同时也是制备铁产品的主要原料。我国钛资源主要集中于攀枝花-西昌地区，以钛铁矿形式存在。我国的钛铁矿多数都用于硫酸法生产钛白粉原料，只有很少一部分加工成富钛料。而使用硫酸法生产钛白粉，每生产1t钛白将排出8～10t废酸和3～4t硫酸亚铁。而且硫酸法钛白粉工艺难以生产用于沸腾氯化的富态料。

[0010]加上近年来随着我国钢铁工业的飞速发展，铁矿石需求量迅猛增长。而我国优质铁矿资源匮乏、复杂难选铁矿石利用率低以及国内铁矿石生产企业产能不足，致使国内铁矿石市场呈现严重的供不应求状态，我国对进口铁矿石的依赖程度逐年增大，极大程度地威胁了我国钢铁行业的安全与稳定，因此高效开发复杂难选铁矿，缓解我国对进口铁矿的依赖，已成为当务之急。现如今，我国钛铁矿资源综合利用程度仍很低，还普遍存在着资源浪费的现象。因此，针对目前钛铁矿资源现状，开发钛铁矿资源高效综合利用新技术，实现钛、铁资源的深度开发与充分利用具有极其深远的意义。酸性溶液电还原制铁中的含铁电解质一般以二价铁为主，原料主要来源于含二价铁的黄铁矿和钛铁矿。当以重要的钛铁矿为原料时，相关报道较少，面临一系列新的难题：电还原阳极产酸与浸出酸度不匹配，浸出终酸与电还原阴极酸度不匹配，导致硫酸介质难以循环，酸解的强化，隔膜(离子膜)电还原中水的循环，硫酸铁溶液的净化，酸解/净化渣的利用难题等。综上所述，针对目前钛铁矿资源现状，开发钛铁矿资源高效低碳利用新技术，实现资源的深度开发与充分利用具有极其重要的意义。

发明内容

[0011]针对上述问题，本发明提出了一种钛铁矿同时生产低碳纯铁、钛白粉和高端海绵钛的系统和方法，以实现高纯铁、钛白粉和高端海绵钛的制备及副产物资源的循环利用。为了达到这一目的，本发明采用了如下技术方案：

[0012]本发明提出的一种钛铁矿同时生产低碳纯铁、钛白粉和高端海绵钛的系统，所述系统包括酸解分离工序1、溶解净化工序2、电池炼铁工序3、溶液贫化工序4、钛白粉工序5和高端海绵钛工序6;

[0013]所述酸解分离工序1包括酸解装置1-1和钛铁分离装置1-2;

[0014]所述溶解净化工序2包括溶解过滤装置2-1、二氧化硫换热器2-2、高温脱硫装置2-3、铁液净化装置2-4和太阳能炉2-5;

[0015]所述电池炼铁工序3包括电冶金装置3-1、阴极液换热装置3-2和阳极液换热装置3-3;

[0016]所述溶液贫化工序4包括硫酸浓缩装置4-1和电贫化装置4-2;

[0017]所述钛白粉工序5包括钛液净化装置5-1、细粒水解装置5-2、细粒流态化煅烧装置5-3和表面改性装置5-4;

[0018]所述高端海绵钛工序6包括粗粒水解装置6-1、粗粒流态化煅烧装置6-2、流态化氯化装置6-3和镁热还原装置6-4;

[0019]所述酸解装置1-1的进料口与钛铁矿通过管道相连接;所述酸解装置1-1的进液口与所述硫酸浓缩装置4-1出液口和硫酸溶液总管通过管道相连接;所述酸解装置 1-1内设换热夹套，夹套入口与太阳能炉高温介质通过管道相连接，夹套出口与太阳能炉低温介质通过管道相连接;所述酸解装1-1的出液口与所述钛铁分离装置1-2的进液口通过管道相连接;所述钛铁分离装置1-2的出液口与所述钛液净化装置5-1的进液口通过管道相连接;所述钛铁分离装置1-2的出料口与所述溶解过滤装置2-1的进料口通过管道相连接;

[0020]所述溶解过滤装置2-1的进液口与所述硫酸浓缩装置4-1的再生水出口通过管道相连接;所述溶解过滤装置2-1的进气口与所述二氧化硫换热器2-2的二氧化硫出气口通过管道相连接;所述溶解过滤装置2-1的出渣口与所述高温脱硫装置2-3的进料口通过管道相连接;所述溶解过滤装置2-1的出液口与所述铁液净化装置2-4的进液口通过管道相连接;所述二氧化硫换热器2-2的高温进气口与所述高温脱硫装置 2-3的出气口通过管道相连接;所述二氧化硫换热器2-2空气入口与空气总管相连接;所述二氧化硫换热器2-2高温空气出口与所述阴极液换热3-2气体入口、阳极液换热 3-3气体入口通过管道相连接;所述高温脱硫装置2-3的气体入口与所述电冶金装置 3-1的氢气出口、所述电贫化装置4-2的氢气出口通过管道相连;所述高温脱硫装置 2-3净化渣入口与所述铁液净化装置2-4的渣出口通过管道相连接;所述高温脱硫装置2-3固体料出口与水泥熟料产品通过管道相连接;所述高温脱硫装置2-3内置换热夹套，换热夹套高温介质入口与所述太阳能炉2-5高温介质出口通过管道相连接;换热夹套低温介质出口与所述太阳能炉2-5低温介质入口通过管道相连接;所述太阳能炉2-5设置有接收太阳能辐射的窗口;所述铁液净化装置2-4的出液口与所述阴极液换热装置3-2的进液口通过管道相连接;

[0021]所述电冶金装置3-1的阳极进液口与所述阳极液换热装置3-3出液口通过管道相连接;所述电冶金装置3-1的阴极进液口与所述阴极液换热装置3-2的出液口通过管道相连接;所述电冶金装置3-1的阳极出液口与所述电贫化装置4-2的阳极进液口通过管道相连接;所述电冶金装置3-1的阳极出气口与氧气产品管道相连接;所述电冶金装置3-1的阴极出液口与所述电贫化装置4-2的阴极进液口通过管道相连接;所述电冶金装置3-1的阴极出气口与氢气产品管道相连接;所述电冶金装置3-1的阴极敞口设计，纯铁为最终产品;所述电冶金装置3-1的阳极与绿电的正极通过导电铜梁相连接;所述电冶金装置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出气口与低温空气排空口通过管道相连接;所述阳极液换热装置3-3的出气口与低温空气排空口通过管道相连接;所述阳极液换热装置3-3的进液口与所述电贫化装置4-2阴极出液口通过管道相连接;

[0022]所述硫酸浓缩装置4-1的进液口与所述电贫化装置4-2阳极出液口通过管道相连接;所述硫酸浓缩装置4-1内置换热夹套，换热夹套高温介质入口与所述太阳能炉 2-5高温介质出口通过管道相连接;换热夹套低温介质出口与所述太阳能炉2-5低温介质入口通过管道相连接;所述电贫化装置4-2的阳极与绿电的正极通过导电铜梁相连接;所述电贫化装置4-2的阴极与绿电的负极通过导电铜梁相连接;所述电贫化装置4-2的阳极出气口与氧气产品管道相连接;所述电贫化装置4-2的阴极出气口与氢气产品管道相连接;所述电贫化装置4-2的阴极敞口设计，纯铁为最终产品;

[0023]所述钛液净化装置5-1的出液口与所述细粒水解装置5-2、所述粗粒水解装置6- 1的进液口通过管道相连接;所述细粒水解装置5-2的出料口与所述细粒流态化煅烧装置5-3的进料口通过管道相连接;所述细粒流态化煅烧装置5-3的出料口与所述表面改性装置5-4的进料口通过管道相连接;所述表面改性处理装置5-4的出料口与硫酸法钛白粉产品管道相连接;

[0024]所述粗粒水解装置6-1的出料口与所述粗粒流态化煅烧装置6-2的进料口通过管道相连接;所述粗粒流态化煅烧装置6-2的出料口与所述流态化氯化装置6-3的进料口通过管道相连接;所述流态化氯化装置6-3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6-3的出料口与所述镁热还原装置6-4的进料口通过管道相连接;所述镁热还原装置6-4的进料口与镁锭通过管道相连接;所述镁热还原装置6-4的出料口与高端海绵钛产品通过管道相连接。

[0025]本发明提供一种所述系统的钛铁矿同时生产低碳纯铁、钛白粉和高端海绵钛的方法，包括以下步骤：

[0026]钛铁矿与来自于所述硫酸浓缩装置4-1、硫酸溶液总管的浓硫酸在酸解装置1-1中发生酸解反应，得到黑钛液;酸解装置1-1的热量由太阳能炉高温介质循环提供;黑钛液经过钛铁分离装置1-2得到铁盐晶体和硫酸氧钛溶液;硫酸氧钛送入钛液净化装置5-1;铁盐晶体进入溶解过滤装置2-1;

[0027]铁盐晶体、再生水和二氧化硫通入溶解过滤装置2-1，得到溶解液和溶解渣;溶解液经过铁液净化装置2-4，得到铁盐溶液和净化渣;铁盐溶液经过阴极液换热装置 3-2送入电冶金装置3-1阴极室;溶解渣、净化渣和氢气通入高温脱硫装置2-3，得到高温二氧化硫和水泥熟料;水泥熟料排出送处理;氢气来源于所述电冶金3-1和电贫化4-2的阴极反应副产;太阳能炉2-5将太阳能转化为热能，通过高温介质循环为高温脱硫2-3工序提供热量;高温二氧化硫与空气经过二氧化硫换热器2-2换热，得到低温二氧化硫和高温空气;高温空气分别通入所述阴极液换热器3-2、阳极液换热器3-3中，为阴极液和阳极液加热;

[0028]铁盐溶液在所述电冶金装置3-1阴极室发生电还原反应，得到纯铁、低浓度铁盐溶液、副产氢气，纯铁为最终产品，低浓度铁盐溶液送所述电贫化装置4-2的阴极室，部分氢气送高温脱硫工序，剩余部分收集为氢气产品;来自于所述电贫化装置4-2阴极室的稀硫酸溶液，经过阳极液换热装置3-3预热后，通入所述电冶金装置3-1阳极室，发生电氧化反应，产生硫酸和氧气，硫酸溶液送所述电贫化装置4-2中，氧气收集为产品;所述电冶金装置3-1中阳极与直流电源的正极通过导电铜梁相连接;所述电冶金装置3-1中阴极与直流电源的负极通过导电铜梁相连接;

[0029]稀硫酸亚铁溶液在电贫化装置4-2阴极室发生电还原反应，得到稀硫酸溶液、纯铁产品、并副产氢气，部分氢气送高温脱硫工序，剩余部分收集为氢气产品;在电贫化装置4-2阳极室，发生电氧化反应，产生硫酸和氧气产品，硫酸溶液送入硫酸浓缩装置4-1中，得到再生水和浓硫酸;太阳能炉高温介质循环为硫酸浓缩装置4-1提供热量;

[0030]硫酸氧钛经过钛液净化装置5-1，得到净化后硫酸氧钛溶液;部分净化后硫酸氧钛溶液送入细粒水解装置5-2，得到细粒偏钛酸;细粒偏钛酸送入细粒流态化煅烧装置5-3，得到煅烧后产物;煅烧后产物送入表面改性装置5-4，得到硫酸法钛白粉产品;

[0031]部分净化后硫酸氧钛溶液送入粗粒水解装置6-1，得到粗粒偏钛酸;粗粒偏钛酸送入粗粒流态化煅烧装置6-2，得到粗粒二氧化钛;粗粒二氧化钛与氯气、碳粉送入流态化氯化装置6-3，得到四氯化钛;四氯化钛与镁锭送入镁热还原装置6-4，得到高端海绵钛产品。

[0032]本发明的特征之一在于：钛铁矿同时生产低碳纯铁、钛白粉和高端海绵钛。

[0033]本发明的特征之二在于：钛铁矿同时实现钛和铁的高效利用。

[0034]本发明的特征之三在于：铁盐溶解过滤装置2-1，通过二氧化硫还原二价铁离子实现价态控制和促进溶解的目的。

[0035]本发明的特征之四在于：电冶金是电还原铁，采用电能还原铁，无二氧化碳排放。

[0036]本发明的特征之五在于：电贫化是贫化溶液，采用电贫化的方法降低铁离子浓度，实现水循环。所述电贫化装置4-2中，隔膜材质为离子膜或多孔膜，其中多孔膜的渗流率为1%-40%，电流密度为50A/m2-1000A/m2，阳极为铅合金或钛基钌铱钽涂层电极，阴极为铁或钛材质，温度为20℃-100℃。

[0037]本发明的特征之六在于：获得氧气副产。

[0038]本发明的特征之七在于：氢气回收利用。

[0039]本发明的特征之八在于：尾渣完全回收利用。

[0040]本发明的特征之九在于：铁白粉工序采用细粒流态化煅烧，煅烧温度300-800℃停留时间5-30min，具有节省能源，提高效率的目的。

[0041]本发明的特征之十在于：高端海绵钛工序采用粗粒结晶水解，获得纯度高的粗粒偏钛酸，粒径大于100微米，纯度大于95%，高端海绵钛纯度大于99%。

[0042]本发明的特征之十一在于：高纯度的粗粒偏钛酸采用流态化煅烧获得砂状二氧化钛，具有节省能源，提高效率的目的。

[0043]本发明的特征之十二在于：所述粗粒水解工序结合粗粒流态化煅烧工序可以得到粗粒二氧化钛，纯度在95%以上，粒径大于100微米;粗粒二氧化钛，具有适合于流态化氯化的粒径范围，便于流态化氯化操作。

[0044]本发明的特征之十三在于：高品位的二氧化钛，在流态化氯化过程中，几乎没有氯化渣，有利于系统连续操作。

[0045]本发明的特征之十四在于：高品位的二氧化钛可以获得高纯的四氯化钛，通过镁热还原，得到高端海绵钛，用于国防、军工、航空领域。

[0046]本发明的特征之十五在于：采用阴极液和阳极液交叉循环的方式，具有生产连续高效的特点。

[0047]本发明的特征之十六在于：酸解装置、硫酸浓缩装置、高温脱硫装置的能量可由太阳能炉循环利用。

[0048]本发明的特征之十七在于：溶解过滤装置的热量可由二氧化硫换热器提供使用。

[0049]本发明的特征之十八在于：电冶金阴极液和阳极液的热量可由阴极液换热器和阳极液换热器提供使用。

[0050]本发明的特征之十九在于：所述电冶金装置3-1中，隔膜材质为离子膜或多孔膜，其中多孔膜的渗流率为1%-40%，电流密度为100A/m2-2000A/m2，阳极为铅合金或钛基钌铱钽涂层电极，阴极为铁、铜、钛或不锈钢材质，反应温度为60℃- 100℃，电流效率95%以上，阴极铁纯度99%以上，每吨铁的直流电耗低于3500 kWh。

[0051]本发明的特征之二十在于：所述高温脱硫装置2-3中，采用流化床或回转窑反应器，反应温度1000℃-1500℃，脱硫率99%以上。

[0052]本发明属于能源、冶金领域。具体地，本发明公开了一种钛铁矿同时生产低碳纯铁、钛白粉和高端海绵钛的系统及方法。通过酸解分离工序对钛铁矿进行直接酸解，分离得到硫酸氧钛溶液及铁盐晶体。通过溶解净化工序，获得净化铁盐溶液，同时实现溶解渣/净化渣的资源化利用和硫的循环利用。通过电池炼铁工序和溶液贫化工序，实现纯铁的制备，进而实现系统硫酸循环和氢气产品、氧气产品的回收利用。通过钛白粉工序，采用细粒流态化煅烧技术，实现硫酸法钛白粉的制备。通过高端海绵钛工序，采用粗粒流态化煅烧，得到高端海绵钛。本发明适用于钛铁矿同时生产低碳纯铁、钛白粉和高端海绵钛的大规模连续生产，具有效率高、能耗低、无污染和经济性好等优点

[0053]相对于现有技术，本发明具有如下突出的优点：

[0054](1)电冶金和电贫化能量来源绿色电能，产生的氢气、氧气可循环和回收利用;

[0055](2)电冶金的阴极液和阳极液热量来源于阴极液换热器和阳极液换热器;

[0056](3)该流程热量可循环利用，使流程热量损失降到最低，能耗降低;

[0057](4)硫酸溶液和二氧化硫气体在该系统内可供循环使用无需排放，安全且环保;

[0058](5)该流程可同时实现钛和铁的高效利用。

[0059](6)全流程无碳排放;

[0060](7)该系统阳极溶液和阴极溶液采用交叉循环的方式;

[0061](8)产生的尾渣可完全资源化利用做成水泥熟料;

[0062](9)流程简单，生产成本低且产品纯度高;

[0063]采用本发明进行的钛铁矿同时生产低碳纯铁、钛白粉和高端海绵钛的技术，不仅能得到高纯度铁、钛白粉和高端海绵钛，而且可实现全流程无碳排放、热量循环利用、尾渣的完全资源化利用、硫酸和二氧化硫等副产物的循环使用、以及氢气和氧气的回收再利用。本发明适用于钛铁矿同时生产低碳纯铁、钛白粉和高端海绵钛的大规模、连续化处理，具有效率高、能耗低、无污染和经济性好等优点。

附图说明

[0064]图1为本发明提出的钛铁矿同时生产低碳纯铁、钛白粉和高端海绵钛系统的配置示意图。

[0065]附图标记

[0066]1酸解分离工序

[0067]1-1酸解装置1-2钛铁分离

[0068]2溶解净化工序

[0069]2-1溶解过滤装置2-2二氧化硫换热器

[0070]2-3高温脱硫装置2-4铁液净化装置

[0071]2-5太阳能炉

[0072]3电池炼铁工序

[0073]3-1电冶金装置3-2阴极液换热装置

[0074]3-3阳极液换热装置

[0075]4溶液贫化工序

[0076]4-1硫酸浓缩装置4-2电贫化装置

[0077]5钛白粉工序

[0078]5-1钛液净化装置5-2细粒水解装置

[0079]5-3细粒流态化煅烧装置5-4表面改性处理装置

[0080]6高端海绵钛工序

[0081]6-1粗粒水解装置6-2粗粒流态化煅烧装置

[0082]6-3流态化氯化装置6-4镁热还原装置

具体实施方式

[0083]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。值得说明的是，实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。图1为本发明的一种钛铁矿同时生产低碳纯铁、钛白粉和高端海绵钛的系统和方法示意图。

[0084]实施例1

[0085]结合图1，本实施例所使用的一种钛铁矿同时生产低碳纯铁、钛白粉和高端海绵钛的系统，所述系统包括酸解分离工序1、溶解净化工序2、电池炼铁工序3、溶液贫化工序4、钛白粉工序5和高端海绵钛工序6;

[0086]所述酸解分离工序1包括酸解装置1-1和钛铁分离装置1-2;

[0087]所述溶解净化工序2包括溶解过滤装置2-1、二氧化硫换热器2-2、高温脱硫装置2-3、铁液净化装置2-4和太阳能炉2-5;

[0088]所述电池炼铁工序3包括电冶金装置3-1、阴极液换热装置3-2和阳极液换热装置3-3;

[0089]所述溶液贫化工序4包括硫酸浓缩装置4-1和电贫化装置4-2;

[0090]所述钛白粉工序5包括钛液净化装置5-1、细粒水解装置5-2、细粒流态化煅烧装置5-3和表面改性装置5-4;

[0091]所述高端海绵钛工序6包括粗粒水解装置6-1、粗粒流态化煅烧装置6-2、流态化氯化装置6-3和镁热还原装置6-4;

[0092]所述酸解装置1-1的进料口与钛铁矿通过管道相连接;所述酸解装置1-1的进液口与所述硫酸浓缩装置4-1出液口和硫酸溶液总管通过管道相连接;所述酸解装置 1-1内设换热夹套，夹套入口与太阳能炉高温介质通过管道相连接，夹套出口与太阳能炉低温介质通过管道相连接;所述酸解装1-1)的出液口分别与所述钛铁分离装置 1-2的进液口通过管道相连接;所述钛铁分离装置1-2的出液口与所述钛液净化装置 5-1的进液口通过管道相连接;所述钛铁分离装置1-2的出料口与所述溶解过滤装置 2-1的进料口通过管道相连接;

[0093]所述溶解过滤装置2-1的进液口与所述硫酸浓缩装置4-1的再生水出口通过管道相连接;所述溶解过滤装置2-1的进气口与所述二氧化硫换热器2-2的二氧化硫出气口通过管道相连接;所述溶解过滤装置2-1的出渣口与所述高温脱硫装置2-3的进料口通过管道相连接;所述溶解过滤装置2-1的出液口与所述铁液净化装置2-4的进液口通过管道相连接;所述二氧化硫换热器2-2的高温进气口与所述高温脱硫装置 2-3的出气口通过管道相连接;所述二氧化硫换热器2-2空气入口与空气总管相连接;所述二氧化硫换热器2-2高温空气出口与所述阴极液换热3-2气体入口、阳极液换热 3-3气体入口通过管道相连接;所述高温脱硫装置2-3的气体入口与所述电冶金装置 3-1的氢气出口、所述电贫化装置4-2的氢气出口通过管道相连;所述高温脱硫装置 2-3净化渣入口与所述铁液净化装置2-4的渣出口通过管道相连接;所述高温脱硫装置2-3固体料出口与水泥熟料产品通过管道相连接;所述高温脱硫装置2-3内置换热夹套，换热夹套高温介质入口与所述太阳能炉2-5高温介质出口通过管道相连接;换热夹套低温介质出口与所述太阳能炉2-5低温介质入口通过管道相连接;所述太阳能炉2-5设置有接收太阳能辐射的窗口;所述铁液净化装置2-4的出液口与所述阴极液换热装置3-2的进液口通过管道相连接;

[0094]所述电冶金装置3-1的阳极进液口与所述阳极液换热装置3-3出液口通过管道相连接;所述电冶金装置3-1的阴极进液口与所述阴极液换热装置3-2的出液口通过管道相连接;所述电冶金装置3-1的阳极出液口与所述电贫化装置4-2的阳极进液口通过管道相连接;所述电冶金装置3-1的阳极出气口与氧气产品管道相连接;所述电冶金装置3-1的阴极出液口与所述电贫化装置4-2的阴极进液口通过管道相连接;所述电冶金装置3-1的阴极出气口与氢气产品管道相连接;所述电冶金装置3-1的阴极敞口设计，纯铁为最终产品;所述电冶金装置3-1的阳极与绿电的正极通过导电铜梁相连接;所述电冶金装置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出气口与低温空气排空口通过管道相连接;所述阳极液换热装置3-3的出气口与低温空气排空口通过管道相连接;所述阳极液换热装置3-3的进液口与所述电贫化装置4-2阴极出液口通过管道相连接;

[0095]所述硫酸浓缩装置4-1的进液口与所述电贫化装置4-2阳极出液口通过管道相连接;所述硫酸浓缩装置4-1内置换热夹套，换热夹套高温介质入口与所述太阳能炉 2-5高温介质出口通过管道相连接;换热夹套低温介质出口与所述太阳能炉2-5低温介质入口通过管道相连接;所述电贫化装置4-2的阳极与绿电的正极通过导电铜梁相连接;所述电贫化装置4-2的阴极与绿电的负极通过导电铜梁相连接;所述电贫化装置4-2的阳极出气口与氧气产品管道相连接;所述电贫化装置4-2的阴极出气口与氢气产品管道相连接;所述电贫化装置4-2的阴极敞口设计，纯铁为最终产品;

[0096]所述钛液净化装置5-1的出液口与所述细粒水解装置5-2、所述粗粒水解装置6- 1的进液口通过管道相连接;所述细粒水解装置5-2的出料口与所述细粒流态化煅烧装置5-3的进料口通过管道相连接;所述细粒流态化煅烧装置5-3的出料口与所述表面改性装置5-4的进料口通过管道相连接;所述表面改性处理装置5-4的出料口与硫酸法钛白粉产品管道相连接;

[0097]所述粗粒水解装置6-1的出料口与所述粗粒流态化煅烧装置6-2的进料口通过管道相连接;所述粗粒流态化煅烧装置6-2的出料口与所述流态化氯化装置6-3的进料口通过管道相连接;所述流态化氯化装置6-3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6-3的出料口与所述镁热还原装置6-4的进料口通过管道相连接;所述镁热还原装置6-4的进料口与镁锭通过管道相连接;所述镁热还原装置6-4的出料口与高端海绵钛产品通过管道相连接。

[0098]实施例2

[0099]本实施例采用实施例1所述一种系统处理钛铁矿同时生产低碳纯铁、钛白粉和高端海绵钛的方法，包括以下步骤：

[0100]钛铁矿与来自于所述硫酸浓缩装置4-1、硫酸溶液总管的浓硫酸在酸解装置1-1中发生酸解反应，得到黑钛液;酸解装置1-1的热量由太阳能炉高温介质循环提供;黑钛液经过钛铁分离装置1-2得到铁盐晶体和硫酸氧钛溶液;硫酸氧钛送入钛液净化装置5-1;铁盐晶体进入溶解过滤装置2-1;

[0101]铁盐晶体、再生水和二氧化硫通入溶解过滤装置2-1，得到溶解液和溶解渣;溶解液经过铁液净化装置2-4，得到铁盐溶液和净化渣;铁盐溶液经过阴极液换热装置 3-2送入电冶金装置3-1阴极室;溶解渣、净化渣和氢气通入高温脱硫装置2-3，得到高温二氧化硫和水泥熟料;水泥熟料排出送处理;氢气来源于所述电冶金3-1和电贫化4-2的阴极反应副产;太阳能炉2-5将太阳能转化为热能，通过高温介质循环为高温脱硫2-3工序提供热量;高温二氧化硫与空气经过二氧化硫换热器2-2换热，得到低温二氧化硫和高温空气;高温空气分别通入所述阴极液换热器3-2、阳极液换热器3-3中，为阴极液和阳极液加热;

[0102]铁盐溶液在所述电冶金装置3-1阴极室发生电还原反应，得到纯铁、低浓度铁盐溶液、副产氢气，纯铁为最终产品，低浓度铁盐溶液送所述电贫化装置4-2的阴极室，部分氢气送高温脱硫工序，剩余部分收集为氢气产品;来自于所述电贫化装置4-2阴极室的稀硫酸溶液，经过阳极液换热装置3-3预热后，通入所述电冶金装置3-1阳极室，发生电氧化反应，产生硫酸和氧气，硫酸溶液送所述电贫化装置4-2中，氧气收集为产品;所述电冶金装置3-1中阳极与直流电源的正极通过导电铜梁相连接;所述电冶金装置3-1中阴极与直流电源的负极通过导电铜梁相连接;

[0103]稀硫酸亚铁溶液在电贫化装置4-2阴极室发生电还原反应，得到稀硫酸溶液、纯铁产品、并副产氢气，部分氢气送高温脱硫工序，剩余部分收集为氢气产品;在电贫化装置4-2阳极室，发生电氧化反应，产生硫酸和氧气产品，硫酸溶液送入硫酸浓缩装置4-1中，得到再生水和浓硫酸;太阳能炉高温介质循环为硫酸浓缩装置4-1提供热量;

[0104]硫酸氧钛经过钛液净化装置5-1，得到净化后硫酸氧钛溶液;部分净化后硫酸氧钛溶液送入细粒水解装置5-2，得到细粒偏钛酸;细粒偏钛酸送入细粒流态化煅烧装置5-3，得到煅烧后产物;煅烧后产物送入表面改性装置5-4，得到硫酸法钛白粉产品;

[0105]部分净化后硫酸氧钛溶液送入粗粒水解装置6-1，得到粗粒偏钛酸;粗粒偏钛酸送入粗粒流态化煅烧装置6-2，得到粗粒二氧化钛;粗粒二氧化钛与氯气、碳粉送入流态化氯化装置6-3，得到四氯化钛;四氯化钛与镁锭送入镁热还原装置6-4，得到高端海绵钛产品。

[0106]实施例3

[0107]本实施例采用实施例1-2的系统及方法，以某企业钛铁矿精粉为处理对象;酸解装置1-1中，采用硫酸酸解，反应温度为100℃，酸解率为99%;酸解过程由太阳能炉2-5高温介质循环提供热量;铁盐溶解过滤装置2-1中，通过二氧化硫还原三价铁离子，用于价态控制和促进溶解;铁白粉工序采用细粒流态化煅烧，煅烧温度300℃，停留时间30min;高端海绵钛工序采用粗粒结晶水解，获得纯度高的粗粒偏钛酸，粒径100微米，纯度95%，高端海绵钛纯度99%;酸解装置、硫酸浓缩装置、高温脱硫装置的热量由太阳能炉循环介质提供;所述电冶金3-1装置中，隔膜材质为离子膜，电流密度为100A/m2，阳极为铅合金或钛基钌铱钽涂层电极，阴极为铁、铜、钛或不锈钢材质，反应温度为60℃，电流效率95%，阴极铁纯度99%，每吨铁的直流电耗3500kWh;所述高温脱硫装置2-3中，采用流化床反应器，反应温度1000℃，脱硫率99%;所述电贫化装置4-2中，隔膜材质为离子膜，电流密度为50A/m2，阳极为铅合金或钛基钌铱钽涂层电极，阴极为铁或钛材质，温度为20℃。

[0108]实施例4

[0109]本实施例采用实施例1-2的系统及方法，以某企业钛铁矿精粉为处理对象;酸解装置1-1中，采用硫酸酸解，反应温度为100℃，酸解率为99%;酸解过程由太阳能炉2-5高温介质循环提供热量;铁盐溶解过滤装置2-1中，通过二氧化硫还原三价铁离子，用于价态控制和促进溶解;铁白粉工序采用细粒流态化煅烧，煅烧温度 800℃，停留时间5min;高端海绵钛工序采用粗粒结晶水解，获得纯度高的粗粒偏钛酸，粒径100微米，纯度95%，高端海绵钛纯度99%;酸解装置、硫酸浓缩装置、高温脱硫装置的热量由太阳能炉循环介质提供;所述电冶金3-1装置中，隔膜材质为多孔膜，渗流率为1%，电流密度为2000A/m2，阳极为铅合金或钛基钌铱钽涂层电极，阴极为铁、铜、钛或不锈钢材质，反应温度为100℃，电流效率96%，阴极铁纯度99.9%，每吨铁的直流电耗3400kWh;所述高温脱硫装置2-3中，采用回转窑反应器，反应温度1500℃，脱硫率99%;所述电贫化装置4-2中，隔膜材质为多孔膜，渗流率为1%，电流密度为1000A/m2，阳极为铅合金或钛基钌铱钽涂层电极，阴极为铁或钛材质，温度为100℃。

[0110]实施例5

[0111]本实施例采用实施例1-2的系统及方法，以某企业钛铁矿精粉为处理对象;酸解装置1-1中，采用硫酸酸解，反应温度为100℃，酸解率为99%;酸解过程由太阳能炉2-5高温介质循环提供热量;铁盐溶解过滤装置2-1中，通过二氧化硫还原三价铁离子，用于价态控制和促进溶解;铁白粉工序采用细粒流态化煅烧，煅烧温度 500℃，停留时间15min;高端海绵钛工序采用粗粒结晶水解，获得纯度高的粗粒偏钛酸，粒径150微米，纯度95%，高端海绵钛纯度99%;酸解装置、硫酸浓缩装置、高温脱硫装置的热量由太阳能炉循环介质提供;所述电冶金3-1装置中，隔膜材质为多孔膜，渗流率为40%，电流密度为500A/m2，阳极为铅合金或钛基钌铱钽涂层电极，阴极为铁、铜、钛或不锈钢材质，反应温度为80℃，电流效率96%，阴极铁纯度99.9%，每吨铁的直流电耗3400kWh;所述高温脱硫装置2-3中，采用回转窑反应器，反应温度1200℃，脱硫率99%;所述电贫化装置4-2中，隔膜材质为多孔膜，渗流率为40%，电流密度为500A/m2，阳极为铅合金或钛基钌铱钽涂层电极，阴极为铁或钛材质，温度为80℃。

[0112]本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

[0113]当然，本发明还可以有多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明的公开做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

说明书附图(1)