CN103361482A

CN103361482A - 提钒浸出设备和提钒浸出方法

Info

Publication number: CN103361482A
Application number: CN2013103291930A
Authority: CN
Inventors: 杨显兰; 彭毅; 陈凤联; 谢虎
Original assignee: Pangang Group Engineering Technology Co Ltd
Current assignee: Design & Research Inst Co., Ltd., Panzhihua Steel & Iron Group
Priority date: 2013-07-31
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2033-07-31
Also published as: CN103361482B

Abstract

本发明提供一种提钒浸出设备，所述提钒浸出设备包括：罐体、设在罐体顶部的盖板、设在盖板上方的驱动电机、设在盖板下方的搅拌器、设在盖板上或罐体侧壁上部的多个进料口接管、设在罐体侧壁的不同位置处的取样口接管和pH值探头、沿圆周方向间隔设置在罐体内侧壁上的多个挡板以及设在罐体底部的出料口接管。其中，在盖板下方还设置有搅拌轴，搅拌轴的上端与驱动电机的驱动轴连接，搅拌轴的下端通过支承件固定连接到罐体的底壁上，搅拌器安装在所述搅拌轴上，所述搅拌器在竖直方向上设置为至少两层，并且相邻的两层搅拌器的搅拌方向不同。通过设在所述提钒浸出设备上的pH值探头和取样口接管可以对反应全过程实现在线监控。

Description

提钒浸出设备和提钒浸出方法

技术领域

本发明涉及湿法冶金技术领域，尤其涉及一种提钒浸出设备以及采用该提钒浸出设备的提钒浸出方法。

背景技术

钒是一种重要的金属元素，用途广泛，约有85%—90%的钒应用于钢铁生产中。钒用于炼钢，能细化晶粒，提高钢的硬度和耐性。钒还用于硫酸工业和石化工业的催化剂中，用于飞机发动机、宇航船舱骨架、舰船的水翼和引进器、蒸汽涡轮机叶片和火箭发动机壳等的钒钛合金中，以及用于锂钒高容量电池中。钒在医药中被用作抗糖尿病及改善心血管功能的药物。甚至在陶瓷工业和太阳能工业，钒也有广泛的用途。

提钒的主要原料之一是钒钛磁铁矿，从钒钛磁铁矿中回收钒，常用的方法是将钒钛磁铁矿在高炉中冶炼出含钒生铁，再通过选择性氧化铁水，使钒氧化后进入炉渣，最后得到含量较高的含钒钢渣作为提钒的原料。

从钒渣中提钒一般都要经过湿法冶金过程，目前有代表性的提钒方法有酸浸碱溶法、钠化焙烧提钒法、钙化焙烧提钒法和溶剂萃取法。其主要的工艺单元有焙烧、浸出、溶液净化和沉钒等。

在提钒浸出工序中，影响浸出效率的因素比较多，主要包括搅拌混匀效果、浸出方式以及对浸出液pH值的控制。现有技术的缺陷在于难以保证混匀效果，无法时实控制浸出液的pH值和反应进程，容易造成提钒浸出收率偏低，并因酸或碱的过量加入而增大污水处理的负担。

发明内容

本发明的目的在于从设备和工艺两个方面提出创新设计，通过多层搅拌和在线监控的方法，从根本上解决因搅拌混合效果不佳、反应过程难以控制而导致的提钒浸出效率偏低的问题。

为了实现上述目的，本发明的一方面提供一种提钒浸出设备，所述提钒浸出设备包括：罐体、设在罐体顶部的盖板、设在盖板上方的驱动电机、设在盖板下方的搅拌器、设在盖板上或罐体侧壁上部的多个进料口接管、设在罐体侧壁的不同位置处的取样口接管和pH值探头、沿圆周方向间隔设置在罐体内侧壁上的多个挡板以及设在罐体底部的出料口接管。

其中，在盖板下方还设置有搅拌轴，搅拌轴的上端与驱动电机的驱动轴连接，搅拌轴的下端通过支承件固定连接到罐体的底壁上，搅拌器安装在所述搅拌轴上，所述搅拌器在竖直方向上设置为至少两层，并且相邻的两层搅拌器的搅拌方向不同。

根据本发明的一方面，所述相邻的两层搅拌器分别采用径向流搅拌桨和轴向流搅拌桨。

根据本发明的一方面，所述进料口接管包括钒渣进料口接管、稀硫酸进料口接管和水进料口接管。

根据本发明的一方面，所述取样口接管设置在罐体的不同高度处并且沿罐体圆周方向间隔均匀地分布。

根据本发明的一方面，所述pH值探头设置在罐体的不同高度处并且沿罐体圆周方向间隔均匀地分布。

根据本发明的一方面，所述进料口接管、取样口接管和出料口接管上设有手动阀门或自动阀门。

根据本发明的一方面，所述挡板的上端高于液面，挡板的下端低于最底层的搅拌器。

根据本发明的一方面，所述罐体和盖板的内壁设有抗腐蚀砖。

根据本发明的一方面，所述罐体的材质为普通碳钢，所述进料口接管、取样口接管、出料口接管、搅拌轴、搅拌器、支承件以及挡板的材质为不锈钢。

本发明的另一方面提供一种提钒浸出方法，所述提钒浸出方法包括采用所述提钒浸出设备，从进料口接管加入水，然后开启搅拌器，再从进料口接管同时且连续地加入钒渣熟料和稀硫酸，边加入边搅拌，待钒渣熟料和稀硫酸加入完毕后，继续运行搅拌器直至反应结束，停止搅拌器，将反应结束后的物料通过出料口接管排出。

根据本发明的另一方面，通过pH值探头在线测量提钒浸出反应过程的pH值，通过pH的变化调整物料添加量，实时监控反应过程。

根据本发明的另一方面，通过取样口接管在线取样分析提钒浸出反应效果，通过样品的含量变化确定反应结束时间，实时监控反应过程。

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了根据本发明实施例的提钒浸出设备的结构示意图。

图示说明：1、阀门；2、盖板；3、齿轮电机；4、稀硫酸进料口接管；5、阀门；6、阀门；7、水进料口接管；8、1#取样口接管；9、阀门；10、2#取样口接管；11、阀门；12、3#取样口接管；13、阀门；14、径向流搅拌桨；15、搅拌轴；16、支承件；17、阀门；18、出料口接管；19、挡板；20、抗腐蚀砖；21、罐体；22/23/24、pH值探头；25、轴向流搅拌桨；26、钒渣进料口接管。

具体实施方式

下面，结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做进一步描述。

本发明的一方面提供一种提钒浸出设备，所述提钒浸出设备包括罐体21、设在罐体21顶部的盖板2、设在盖板2上方的驱动电机3、设在盖板2下方的搅拌器14和25、设在盖板2上方的进料口接管4、7和26、设在罐体21侧壁的不同位置处的取样口接管8、10、12和pH值探头22、23、24、沿圆周方向间隔设置在罐体21内侧壁上的多个挡板19，以及设在罐体21底部的出料口接管18。其中，在盖板2下方还设置有搅拌轴15，搅拌轴15的上端与驱动电机3的驱动轴连接，搅拌轴15的下端通过支承件16固定连接到罐体21的底壁上，搅拌器14和25安装在搅拌轴15上。

图1示出了根据本发明实施例的提钒浸出设备的结构示意图。如图1所示，所述提钒浸出设备的罐体21优选为圆柱形，盖板2设在罐体21顶部用于覆盖罐体21。驱动电机3可采用齿轮电机，搅拌轴15设置在盖板2下方，其上端穿过盖板2与驱动电机3的驱动轴相连接，搅拌轴15的竖直方向上设置有多个搅拌器，以在驱动电机3的驱动下对罐体21内的物料进行搅拌。

由于本发明实施例的提钒浸出设备为常压设备，罐体21的底部可以设计成椭圆形、蝶形或者锥形，罐体21侧壁的形状也并不受限于本实施例的圆柱形，而可以是其他任何形状。

为了使物料充分快速混合均匀，本发明对搅拌器的结构进行了改进。具体地，根据产能大小将搅拌器设计为至少两层，并且相邻的两层搅拌器的搅拌方向不同。例如，如果为两层搅拌，则最底层采用径向流搅拌桨，第二层采用轴向流搅拌桨。如果为三层搅拌，则最底层采用径向流搅拌桨，第二层采用轴向流搅拌桨，最上面一层（即第三层）采用径向流搅拌桨。这样能始终保证罐体内部的物料流场既存在径向流又存在轴向流，从而使固体和液体充分混合反应。

在图1所示的示例中，搅拌器设计为两层，底层搅拌器14采用径向流搅拌桨，上层搅拌器25采用轴向流搅拌桨。其中，径向流搅拌桨14可设计为涡轮盘式平直桨叶，轴向流搅拌桨25可设计为推进式搅拌桨叶。如此能始终保证罐体21内部的物料流场既存在径向流又存在轴向流，使固体和液体充分混合均匀。然而本发明并不受限于此，所述搅拌器可设计为更多层，可先根据产能及生产节奏确定提钒浸出设备的加料量，以确定提钒浸出设备所需的容积及直径尺寸，再根据物料的粘度等物理参数设计搅拌器，并使相邻的两层搅拌器分别采用径向流搅拌桨和轴向流搅拌桨。

在图1所示的示例中，搅拌轴15的底部设有支承件16，支承件16的底部固定在罐体21的底壁上。支承件16能减小搅拌过程产生的振动，提高搅拌器的使用寿命，降低反应过程中的噪音。

在图1所示的示例中，进料口接管设置在盖板2上，其中，标号4、7、26分别表示稀硫酸进料口接管，水口接管以及钒渣进料口接管。钒渣进料口接管26的直径可比其他两个进料口接管略大一些，防止投放较大颗粒的钒渣熟料时堵塞进料管路及阀门。然而本发明并不受限于此，所述进料口接管还可以部分或全部地位于罐体21的侧壁上。

提钒浸出过程pH值一般要求控制在8～9，高硅含量的钒渣pH值控制在7～8。为了满足浸出罐对pH值的在线监控从而指导物料配比，在浸出罐罐体侧壁上液面以下的不同位置，设置有多个pH值探头。例如，在罐体21侧壁的不同高度上、中、下三个位置，围绕侧壁圆周间隔120°，安装pH值探头22、23、24。同时，为了随时掌控浸出物料反应状况，在浸出罐罐体液面以下的不同位置，设置有多个取样口接管。例如，在罐体21侧壁的不同高度上、中、下三个位置，围绕侧壁圆周间隔120°，设置取样口接管。在图1所示的示例中，标号8、10、12分别表示1号取样点口接管、2号取样点阶段和3号取样点口接管。

然而本发明的取样口接管和pH值探头的设置并不受限于图1所示的位置和数量，所述取样口接管和pH值探头的数目和位置，可以根据提钒浸出设备尺寸的大小相应地增减，以对罐体内不同部位的物料进行在线pH值监控和在线取样分析。

在图1所示的示例中，进料口接管4、7、26，取样口接管8、10、12以及出料口接管18上均设有阀门。其中，阀门5控制稀硫酸进料口接管4，阀门6控制水进料口接管7，阀门1控制钒渣进料口接管26；阀门9控制取样口接管8，阀门11控制取样口接管10，阀门13控制取样口接管12；阀门17控制出料口接管18，出料口接管18位于罐体21底部。这些阀门可以为手动阀门或自动阀门，在实际生产中，需根据不同的生产规模和使用目的进行不同的配置。例如：小规模生产或实验室用对生产效率要求不高，这些阀门可配置为手动阀门；大规模生产或车间用对生产效率要求高，这些阀门可配置为自动阀门，进一步地，自动阀门可选用带温控的电磁阀或防腐蚀的隔膜阀。如果钒渣熟料是形状规则的粉末状物料，则可以采用风动送料方式提高加料效率。pH值探头配合仪器仪表显示测试的pH值，可以采用简单的罐旁显示检测，也可以采用智能化的远距离网络检测等方式。

在图1所示的示例中，罐体21的内侧壁设有多个挡板19，挡板19的上端高于液面，挡板19的下端低于径向流搅拌桨14。优选地，本实施例的挡板19共计装有4块，沿圆周方向均匀分布在罐体21的内侧壁上，挡板19的宽度为罐体21直径的1/12～1/10，优选地，挡板19的安装高度超过最高液位200mm～400mm，容器直径大时应取较大值。挡板19能够防止搅拌过程中液面产生过大的漩涡，从而吸入空气，降低固液混合的效果。然而，本发明并不受限于此，所述挡板的数目可根据提钒浸出设备的直径尺寸相应地增减，对于大容积的提钒浸出设备，挡板可安装5～6块甚至更多。

在图1所示的示例中，当径向流搅拌桨14、轴向流搅拌桨25以及挡板19的数目和结构参数确定后，就可以计算多层搅拌器所需的功率（注：有专业的机械设计手册可提供计算过程，在此不作赘述），从而针对齿轮电机3进行设备选型。

在图1所示的示例中，考虑到物料具有腐蚀性，罐体21和盖板2的内壁设有抗腐蚀砖。进料口接管4、7和26、取样口接管8、10和12、出料口接管18、搅拌轴15、径向流搅拌桨14、轴向流搅拌桨25、支承件16以及挡板19均采用耐腐蚀材料，例如，采用不锈钢316L或抗腐蚀性能与之相当的材料制造。考虑到节约成本，罐体21采用普通碳钢制造。

当采用根据本发明实施例的浸出罐进行提钒时，从罐体顶部（或者罐体侧壁液面以上）的多个进料口接管分别加入物料，进料时先加水至工艺要求的量，然后启动齿轮电机带动搅拌器，边搅拌边连续不断地加入钒渣熟料和稀硫酸，待加料完毕后持续搅拌直至物料反应过程结束。停止搅拌，将反应结束后的物料通过浸出罐底部的出料口接管排出。

采用本发明的浸出罐的优点是：进料口接管设置在罐体顶部（或者罐体侧壁液面以上），钒渣粉状物料从液面上部加入，通过搅拌有利于钒渣快速分散并与液体混合。并且由于多层搅拌器引起的径向流与轴向流同时作用，加快了钒渣熟料的快速分散以及与液体的充分混合。由于，钒渣熟料与硫酸同时加入，加料的过程也是物料混合反应的过程，少量而连续的加料方式可增大钒渣熟料与硫酸的接触面积，相比于分批全量加入物料的方式，可以加快反应速度，减少提钒浸出操作时间。

在罐体21侧壁的不同位置设置的pH值探头22、23、24可实时监控罐体21内物料的pH值，从而根据需要调整稀硫酸和钒渣熟料的添加量，使浸出罐内的稀硫酸量与钒渣熟料量始终相匹配，加入的钒渣熟料能快速地被稀硫酸溶解，既能节省稀硫酸用量又能保证充分反应，避免加入过量稀硫酸造成浪费，提高了浸出反应效率。

此外，在反应过程中，可从取样口接管8、10和12分别取样，由于三份样品来自物料内三个不同部位，分析每份样品各组分的含量，可准确得知反应进度，通过样品各组分的含量变化能够及时确定反应结束的时间。一旦浸出罐内发生异常状况也能及时得知，并能根据每批样品数据分析排查异常状况产生的原因。

综上所述，利用本发明提供的提钒浸出设备，不仅能够有效地浸提钒渣熟料中的钒元素，提高浸出效率，降低转浸率，实现反应全过程的在线监控，还能节约稀硫酸用量，降低提钒废水的处理负担。此外，本发明还具有操作简单，可与现有工艺相结合，易于大规模生产等优点。

然而，本发明并不受限于上述实施例，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。

Claims

1.一种提钒浸出设备，所述提钒浸出设备包括：罐体、设在罐体顶部的盖板、设在盖板上方的驱动电机、设在盖板下方的搅拌器、设在盖板上或罐体侧壁上部的多个进料口接管、设在罐体侧壁的不同位置处的取样口接管和pH值探头、沿圆周方向间隔设置在罐体内侧壁上的多个挡板以及设在罐体底部的出料口接管，

2.如权利要求1所述的提钒浸出设备，其中，所述相邻的两层搅拌器分别采用径向流搅拌桨和轴向流搅拌桨。

3.如权利要求1所述的提钒浸出设备，其中，所述进料口接管包括钒渣进料口接管、稀硫酸进料口接管和水进料口接管。

4.如权利要求1所述的提钒浸出设备，其中，所述取样口接管设置在罐体的不同高度处并且沿罐体圆周方向间隔均匀地分布。

5.如权利要求1所述的提钒浸出设备，其中，所述pH值探头设置在罐体的不同高度处并且沿罐体圆周方向间隔均匀地分布。

6.如权利要求1所述的提钒浸出设备，其中，所述进料口接管、取样口接管和出料口接管上设有手动阀门或自动阀门。

7.如权利要求1所述的提钒浸出设备，其中，所述挡板的上端高于液面，挡板的下端低于最底层的搅拌器。

8.如权利要求1所述的提钒浸出设备，其中，所述罐体和盖板的内壁设有抗腐蚀砖。

9.如权利要求1所述的提钒浸出设备，其中，所述罐体的材质为普通碳钢，所述进料口接管、取样口接管、出料口接管、搅拌轴、搅拌器、支承件以及挡板的材质为不锈钢。

10.一种提钒浸出方法，所述提钒浸出方法包括：采用权利要求1-9中任一项所述的提钒浸出设备，从进料口接管加入水，然后开启搅拌器，再从进料口接管同时且连续地加入钒渣熟料和稀硫酸，边加入边搅拌，待钒渣熟料和稀硫酸加入完毕后，继续运行搅拌器直至反应结束，停止搅拌器，将反应结束后的物料通过出料口接管排出。

11.如权利要求10所述的提钒浸出方法，还包括，通过pH值探头在线测量提钒浸出反应过程的pH值，通过pH的变化调整物料添加量，实时监控反应过程。

12.如权利要求10所述的提钒浸出方法，还包括，通过取样口接管在线取样分析提钒浸出反应效果，通过样品的含量变化确定反应结束时间，实时监控反应过程。