CN102094116B - 硫酸低温动态焙烧分解稀土矿的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硫酸低温动态焙烧分解稀土矿的装置，该装置包括硫酸低温动态焙烧窑炉和与硫酸低温动态焙烧窑炉相连通且对其输出的烟气进行净化处理的高压电恒流尾气液化处理系统；硫酸低温动态焙烧窑炉包括原料储料箱、硫酸储箱、双螺旋连续混合器、窑体和安装在窑体底部的物料翻动系统、以及设置于窑体外部的燃烧室；高压电恒流尾气液化处理系统包括冷却塔，高压电恒流尾气液化塔，高效旋风分离器和抽风机，以及泡沫吸收塔。本发明还公开了采用该装置进行硫酸低温动态焙烧分解稀土矿的方法。本发明的装置及方法分解矿物适应性广，分解率达到96％以上，采用本发明的装置及方法能够实现物料充分分解，并能实现最终尾气排放达标。
Description
技术领域
本发明属于稀土矿焙烧分解技术领域，具体涉及一种硫酸低温动态焙烧分解稀土矿的装置及方法。
背景技术
中国是稀土资源大国，除南方离子型矿采用湿法浸出外，几乎剩下的几大矿物都可以采用硫酸焙烧法处理，目前国内稀土精矿的分解普遍采用的方法是张国成院士发明的回转窑高温硫酸焙烧法，此法为我国包头稀土精矿的处理立下了汗马功劳。但随着时代和科技的发展，业内普遍认为此法还存在以下的缺点：(1)物料焙烧过程粘窑问题只能靠过量的硫酸或外力清理来解决，硫酸耗量为理论的1.2～1.5倍；(2)为达到分解率，必须采用高温800℃～1000℃，能耗大，一般为每吨精矿耗标煤300～500公斤，有的地方达到600公斤以上；(3)由于硫酸耗量大、温度高，尾气中硫酸烟含量高、温度高，处理困难，目前有的地方虽说达到环保要求，但处理尾气设备投资很高，环境污染问题难以解决。
随着科技的不断发展和人类生活水平的不断提高，人类对环境的要求越来越严格，追求环保、节能走清洁化生产道路是当前企业的首选。采用回转转窑硫酸高温处理法已很难能满足目前节能减排环境污染的现状。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种占地面积少，能够实现物料充分分解且最终尾气排放达标的硫酸低温动态焙烧分解稀土矿的装置。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种硫酸低温动态焙烧分解稀土矿的装置，其特征在于，该装置包括硫酸低温动态焙烧窑炉和与硫酸低温动态焙烧窑炉相连通且对其输出的烟气进行净化处理的高压电恒流尾气液化处理系统；所述硫酸低温动态焙烧窑炉包括底部安装有连续定量给料器的原料储料箱和底部安装有硫酸流量计的硫酸储箱，连续定量给料器和硫酸流量计均与双螺旋连续混合器相连通，双螺旋连续混合器的出料口与窑体上方中部的进料口之间安装有下料管，窑体底部安装有物料翻动系统，窑体外部设置有上方开有烟气出口的燃烧室，窑体上方开有与燃烧室相通的废气孔，窑体下部设置有用于排放物料的出料管；所述物料翻动系统由穿过燃烧室和窑体底部的搅拌轴、安装于搅拌轴上的搅拌臂和间隔安装于搅拌臂上的多个耙齿、以及与搅拌轴相配合的传动器组成，传动器传动并通过搅拌轴带动搅拌臂转动，从而通过安装在搅拌臂上的耙齿实现物料由里向外翻动；
所述高压电恒流尾气液化处理系统包括与燃烧室的烟气出口相连通的冷却塔，冷却塔与高压电恒流尾气液化塔左侧下方的进气口相连通，高压电恒流尾气液化塔通过其上方中部的排气口与高效旋风分离器相连通，高效旋风分离器的出气口与泡沫吸收塔的进气口之间安装有抽风机；所述高压电恒流尾气液化塔包括底部开有排液口的塔体、安装于塔体内且位于进气口上方用于均匀分散气体的筛板分布器、多排间隔分布于塔体内的阳极管和阴极丝、以及左右对称设置于塔体上方的高压包，所述阳极管和阴极丝均通过耐腐蚀导线与高压包连接。
上述的硫酸低温动态焙烧分解稀土矿的装置，所述窑体为立式圆形，窑体内部采用耐高温耐腐蚀材料砌筑而成。
上述的硫酸低温动态焙烧分解稀土矿的装置，所述搅拌轴、搅拌臂和耙齿均由耐高温耐腐蚀材料制成。
上述的硫酸低温动态焙烧分解稀土矿的装置，所述搅拌臂的数量为3～6个。
上述的硫酸低温动态焙烧分解稀土矿的装置，所述阴极丝与阳极管之间的间距为100mm～180mm。
本发明还提供了一种硫酸低温动态焙烧分解稀土矿的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、通过连续定量给料器和硫酸流量计控制稀土矿与硫酸的加入量，将需分解的稀土矿与浓硫酸按1～1.5∶1的质量比加入双螺旋连续混合器中，充分混合形成半干散状物料；
步骤二、将步骤一中所述物料通过下料管加入窑体中，通过燃烧室调节窑体内温度为200℃～600℃，同时通过物料翻动系统的翻动速率调节物料的停留时间，使物料充分分解，分解后的物料通过出料管排入浸料罐中，进行后续加工；
步骤三、焙烧分解稀土矿产生的废气通过废气孔与燃烧室产生的烟气一并由烟气出口排入冷却塔中，使烟气温度降至80℃以下，降温后的烟气通入高压电恒流尾气液化塔中，通过高压恒流电使有害气体变为液体进行回收处理，液化后的残留尾气通过高效旋风分离器进行分离后通入泡沫吸收塔中进行吸收，使最终尾气达到排放标准。
上述步骤一中所述浓硫酸的质量浓度为93％以上。
上述步骤二中所述物料的停留时间为2小时～4小时。
上述步骤二中所述燃烧室采用煤气、天然气、烟煤或无烟煤为燃料。
上述步骤三中所述高压电恒流尾气液化塔的恒流电压为1万伏～10万伏，电流为1安培～500安培。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的窑体采用立式圆形，占地面积少，物料采用低温焙烧(200℃～600℃)，减少了能耗，节约能源，温度控制根据物料的最低分解温度200℃～600℃可以调整，通过物料翻动系统由里到外采用耐腐蚀材料搅拌翻动物料使其充分分解，同时避免了物料粘结窑壁的现象。
2、采用本发明的装置及方法焙烧分解后的物料的浸出时间比高温回转窑分解的物料的浸出时间短1～2小时，节约时间。
3、本发明的装置及方法分解矿物适应性广，可分解包头稀土矿、独居石精矿、冕宁稀土精矿、各类稀土氟化物电解渣和需要硫酸分解的各种原料和废渣，分解率均达到96％以上。
4、本发明的装置可以实现连续定量进料，并且配置了双螺旋连续混合器，稀土矿和硫酸充分混合后以半干散状进入窑炉焙烧，硫酸用量减少，节约了辅料消耗，节省了过量硫酸蒸发所需的能源，同时减少了尾气中硫酸烟和燃料产生烟气的含量。
5、本发明的高压电恒流尾气液化处理系统，设备投资少，该系统利用高压静电吸附原理使尾气中的有害气相物质变为液态进行回收，再通过泡沫吸收塔使最终尾气达到排放标准，有效减少了有害气体的排放。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明硫酸低温动态焙烧窑炉的结构示意图。
图2为本发明高压电恒流尾气液化处理系统的结构示意图。
图3为本发明高压电恒流尾气液化塔的结构示意图。
附图标记说明：
1-原料储料箱； 2-连续定量给料器； 3-双螺旋连续混合器；
4-窑体； 5-燃烧室； 6-硫酸储箱；
7-硫酸流量计； 8-下料管； 9-烟气出口；
10-物料翻动系统； 10-1-搅拌轴； 10-2-搅拌臂；
10-3-耙齿； 10-4-传动器； 11-出料管；
12-冷却塔； 13-进气口； 14-排气口；
15-高压电恒流尾气液化塔； 15-1-塔体； 15-2-筛板分布器；
15-3-阳极管； 15-4-阴极丝； 15-5-高压包；
16-高效旋风分离器； 17-抽风机； 18-泡沫吸收塔；
19-排液口。
具体实施方式
如图1，图2和图3所示的一种硫酸低温动态焙烧分解稀土矿的装置，该装置包括硫酸低温动态焙烧窑炉和与硫酸低温动态焙烧窑炉相连通且对其输出的烟气进行净化处理的高压电恒流尾气液化处理系统；所述硫酸低温动态焙烧窑炉包括底部安装有连续定量给料器2的原料储料箱1和底部安装有硫酸流量计7的硫酸储箱6，连续定量给料器2和硫酸流量计7均与双螺旋连续混合器3相连通，双螺旋连续混合器3的出料口与窑体4上方中部的进料口之间安装有下料管8，窑体4底部安装有物料翻动系统10，窑体4外部设置有上方开有烟气出口9的燃烧室5，窑体4上方开有与燃烧室5相通的废气孔，窑体4下部设置有用于排放物料的出料管11；所述物料翻动系统10由穿过燃烧室5和窑体4底部的搅拌轴10-1、安装于搅拌轴10-1上的搅拌臂10-2和间隔安装于搅拌臂10-2上的多个耙齿10-3、以及与搅拌轴10-1相配合的传动器10-4组成，传动器10-4传动并通过搅拌轴10-1带动搅拌臂10-2转动，从而通过安装在搅拌臂10-2上的耙齿10-3实现物料由里向外翻动。
所述高压电恒流尾气液化处理系统包括与燃烧室5的烟气出口9相连通的冷却塔12，冷却塔12与高压电恒流尾气液化塔15左侧下方的进气口13相连通，高压电恒流尾气液化塔15通过其上方中部的排气口14与高效旋风分离器16相连通，高效旋风分离器16的出气口与泡沫吸收塔18的进气口之间安装有抽风机17；所述高压电恒流尾气液化塔15包括底部开有排液口19的塔体15-1、安装于塔体15-1内且位于进气口13上方用于均匀分散气体的筛板分布器15-2、多排间隔分布于塔体15-1内的阳极管15-3和阴极丝15-4、以及左右对称设置于塔体15-1上方的高压包15-5，所述阳极管15-3和阴极丝15-4均通过耐腐蚀导线与高压包15-5连接。
本实施例中所述窑体4为立式圆形，窑体4内部采用耐高温耐腐蚀材料砌筑而成，所述搅拌轴10-1、搅拌臂10-2和耙齿10-3均由耐高温耐腐蚀材料制成，所述搅拌臂10-2的数量为3～6个，所述阴极丝15-4与阳极管15-3之间的间距为100mm～180mm。
本发明硫酸低温动态焙烧分解稀土矿的方法通过以下实施例进行详细描述：
实施例1
步骤一、通过连续定量给料器2和硫酸流量计7控制稀土矿与硫酸的加入量，将需分解的稀土矿与质量浓度为93％以上的浓硫酸按1∶1的质量比加入双螺旋连续混合器3中，充分混合形成半干散状物料；
步骤二、将步骤一中所述物料通过下料管8加入窑体4中，通过燃烧室5调节窑体内温度为200℃，同时通过物料翻动系统10的翻动速率调节物料的停留时间为4小时，使物料充分分解，分解后的物料通过出料管11排入浸料罐中进行后续加工；燃烧室5采用煤气为燃料；
步骤三、焙烧分解稀土矿产生的废气通过废气孔与燃烧室5产生的烟气一并由烟气出口9排入冷却塔12中，使烟气温度降至80℃以下，降温后的烟气通入高压电恒流尾气液化塔15中，通过高压恒流电使有害气体变为液体进行回收处理，恒流电压为1万伏，电流为1安培；液化后的残留尾气通过高效旋风分离器16进行分离后通入泡沫吸收塔18中进行吸收，使最终尾气达到排放标准。
本实施例的稀土矿分解率达到96％以上，最终尾气达到排放标准。
实施例2
步骤一、通过连续定量给料器2和硫酸流量计7控制稀土矿与硫酸的加入量，将需分解的稀土矿与质量浓度为93％以上的浓硫酸按1.5∶1的质量比加入双螺旋连续混合器3中，充分混合形成半干散状物料；
步骤二、将步骤一中所述物料通过下料管8加入窑体4中，通过燃烧室5调节窑体内温度为600℃，同时通过物料翻动系统10的翻动速率调节物料的停留时间为2小时，使物料充分分解，分解后的物料通过出料管11排入浸料罐中进行后续加工；燃烧室5采用天然气为燃料；
步骤三、焙烧分解稀土矿产生的废气通过废气孔与燃烧室5产生的烟气一并由烟气出口9排入冷却塔12中，使烟气温度降至80℃以下，降温后的烟气通入高压电恒流尾气液化塔15中，通过高压恒流电使有害气体变为液体进行回收处理，恒流电压为10万伏，电流为500安培；液化后的残留尾气通过高效旋风分离器16进行分离后通入泡沫吸收塔18中进行吸收，使最终尾气达到排放标准。
本实施例的稀土矿分解率达到96％以上，最终尾气达到排放标准。
实施例3
步骤一、通过连续定量给料器2和硫酸流量计7控制稀土矿与硫酸的加入量，将需分解的稀土矿与质量浓度为93％以上的浓硫酸按1.2∶1的质量比加入双螺旋连续混合器3中，充分混合形成半干散状物料；
步骤二、将步骤一中所述物料通过下料管8加入窑体4中，通过燃烧室5调节窑体内温度为400℃，同时通过物料翻动系统10的翻动速率调节物料的停留时间为3小时，使物料充分分解，分解后的物料通过出料管11排入浸料罐中进行后续加工；燃烧室5采用烟煤为燃料；
步骤三、焙烧分解稀土矿产生的废气通过废气孔与燃烧室5产生的烟气一并由烟气出口9排入冷却塔12中，使烟气温度降至80℃以下，降温后的烟气通入高压电恒流尾气液化塔15中，通过高压恒流电使有害气体变为液体进行回收处理，恒流电压为5万伏，电流为250安培；液化后的残留尾气通过高效旋风分离器16进行分离后通入泡沫吸收塔18中进行吸收，使最终尾气达到排放标准。
本实施例的稀土矿分解率达到96％以上，最终尾气达到排放标准。
实施例4
步骤一、通过连续定量给料器2和硫酸流量计7控制稀土矿与硫酸的加入量，将需分解的稀土矿与质量浓度为93％以上的浓硫酸按1.4∶1的质量比加入双螺旋连续混合器3中，充分混合形成半干散状物料；
步骤二、将步骤一中所述物料通过下料管8加入窑体4中，通过燃烧室5调节窑体内温度为500℃，同时通过物料翻动系统10的翻动速率调节物料的停留时间为2.5小时，使物料充分分解，分解后的物料通过出料管11排入浸料罐中进行后续加工；燃烧室5采用无烟煤为燃料；
步骤三、焙烧分解稀土矿产生的废气通过废气孔与燃烧室5产生的烟气一并由烟气出口9排入冷却塔12中，使烟气温度降至80℃以下，降温后的烟气通入高压电恒流尾气液化塔15中，通过高压恒流电使有害气体变为液体进行回收处理，恒流电压为6万伏，电流为300安培；液化后的残留尾气通过高效旋风分离器16进行分离后通入泡沫吸收塔18中进行吸收，使最终尾气达到排放标准。
本实施例的稀土矿分解率达到96％以上，最终尾气达到排放标准。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (8)
1.一种硫酸低温动态焙烧分解稀土矿的装置，其特征在于，该装置包括硫酸低温动态焙烧窑炉和与硫酸低温动态焙烧窑炉相连通且对其输出的烟气进行净化处理的高压电恒流尾气液化处理系统；所述硫酸低温动态焙烧窑炉包括底部安装有连续定量给料器(2)的原料储料箱(1)和底部安装有硫酸流量计(7)的硫酸储箱(6)，连续定量给料器(2)和硫酸流量计(7)均与双螺旋连续混合器(3)相连通，双螺旋连续混合器(3)的出料口与窑体(4)上方中部的进料口之间安装有下料管(8)，窑体(4)底部安装有物料翻动系统(10)，窑体(4)外部设置有上方开有烟气出口(9)的燃烧室(5)，窑体(4)上方开有与燃烧室(5)相通的废气孔，窑体(4)下部设置有用于排放物料的出料管(11)；所述物料翻动系统(10)由穿过燃烧室(5)和窑体(4)底部的搅拌轴(10-1)、安装于搅拌轴(10-1)上的搅拌臂(10-2)和间隔安装于搅拌臂(10-2)上的多个耙齿(10-3)、以及与搅拌轴(10-1)相配合的传动器(10-4)组成；
所述高压电恒流尾气液化处理系统包括与燃烧室(5)的烟气出口(9)相连通的冷却塔(12)，冷却塔(12)与高压电恒流尾气液化塔(15)左侧下方的进气口(13)相连通，高压电恒流尾气液化塔(15)通过其上方中部的排气口(14)与高效旋风分离器(16)相连通，高效旋风分离器(16)的出气口与泡沫吸收塔(18)的进气口之间安装有抽风机(17)；所述高压电恒流尾气液化塔(15)包括底部开有排液口(19)的塔体(15-1)、安装于塔体(15-1)内且位于进气口(13)上方用于均匀分散气体的筛板分布器(15-2)、多排间隔分布于塔体(15-1)内的阳极管(15-3)和阴极丝(15-4)、以及左右对称设置于塔体(15-1)上方的高压包(15-5)，所述阳极管(15-3)和阴极丝(15-4)均通过耐腐蚀导线与高压包(15-5)连接；
所述窑体(4)为立式圆形，窑体(4)内部采用耐高温耐腐蚀材料砌筑而成；
所述搅拌轴(10-1)、搅拌臂(10-2)和耙齿(10-3)均由耐高温耐腐蚀材料制成。
2.根据权利要求1所述的硫酸低温动态焙烧分解稀土矿的装置，其特征在于，所述搅拌臂(10-2)的数量为3～6个。
3.根据权利要求1所述的硫酸低温动态焙烧分解稀土矿的装置，其特征在于，所述阴极丝(15-4)与阳极管(15-3)之间的间距为100mm～180mm。
4.一种利用如权利要求1所述装置进行硫酸低温动态焙烧分解稀土矿的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、通过连续定量给料器(2)和硫酸流量计(7)控制稀土矿与硫酸的加入量，将需分解的稀土矿与浓硫酸按1～1.5∶1的质量比加入双螺旋连续混合器(3)中，充分混合形成半干散状物料；
步骤二、将步骤一中所述物料通过下料管(8)加入窑体(4)中，通过燃烧室(5)调节窑体内温度为200℃～600℃，同时通过物料翻动系统(10)的翻动速率调节物料的停留时间，使物料充分分解，分解后的物料通过出料管(11)排入浸料罐中，进行后续加工；
步骤三、焙烧分解稀土矿产生的废气通过废气孔与燃烧室(5)产生的烟气一并由烟气出口(9)排入冷却塔(12)中，使烟气温度降至80℃以下，降温后的烟气通入高压电恒流尾气液化塔(15)中，通过高压恒流电使有害气体变为液体进行回收处理，液化后的残留尾气通过高效旋风分离器(16)进行分离后通入泡沫吸收塔(18)中进行吸收，使最终尾气达到排放标准。
5.根据权利要求4所述的硫酸低温动态焙烧分解稀土矿的方法，其特征在于，步骤一中所述浓硫酸的质量浓度为93％以上。
6.根据权利要求4所述的硫酸低温动态焙烧分解稀土矿的方法，其特征在于，步骤二中所述物料的停留时间为2小时～4小时。
7.根据权利要求4所述的硫酸低温动态焙烧分解稀土矿的方法，其 特征在于，步骤二中所述燃烧室(5)采用煤气、天然气、烟煤或无烟煤为燃料。
8.根据权利要求4所述的硫酸低温动态焙烧分解稀土矿的方法，其特征在于，步骤三中所述高压电恒流尾气液化塔(15)的恒流电压为1万伏～10万伏，电流为1安培～500安培。
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