CN103993161B - 一种含钒物料的两段式钙化焙烧的方法 - Google Patents

一种含钒物料的两段式钙化焙烧的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含钒物料的两段式钙化焙烧的方法，其中，该方法包括：将生料先进行第一段焙烧，然后再进行第二段焙烧，所述第一段焙烧的温度小于所述第二段焙烧的温度；所述第一段焙烧的温度为750‑850℃；所述第二段焙烧的温度为840‑900℃；所述生料为含有含钒物料和含钙物料的混合物。通过采用本发明的方法，可以在不添加提钒尾料的前提下，控制焙烧过程的反应平稳地进行，并达到物料不易烧结、设备不易粘结的效果，从而可以加大设备中的物料的填充率，增大处理量，提高了生产效率，降低了成本，还能够有效地提高钒转化率。

Description

一种含钒物料的两段式钙化焙烧的方法
技术领域
本发明涉及一种含钒物料的两段式钙化焙烧的方法。
背景技术
通过钙化焙烧来提钒通常是先将含钒物料与石灰石、石灰等含钙物质磨细并混合均匀，在高温下进行氧化焙烧，使钒转化为五价，并与钙结合生成钒酸钙等，然后用硫酸或碳酸盐进行浸取，使得钒从原料中溶出进入溶液，再进一步将钒从溶液中形成沉淀析出，再加工成各种钒产品。
在上述焙烧过程中，物料很容易烧结，往往在回转窑、多膛炉或者其他焙烧设备中发生粘窑结圈、粘结耙齿等现象，使焙烧设备运行不到1个月就出现较为严重的粘结问题，而被迫停炉清理。这种粘结问题，不仅在设备方面和生产运行方面，造成生产效率大幅度降低，随之导致成本上升，还常常在设备中出现直径达1米以上的烧结球，在窑内长时间滚动，难以排出，并且该烧结球对设备中的耐火材料有碾压作用，容易造成对耐火材料的破坏。同时，在停炉清理时人工敲打粘结的物料次数频繁，也对耐火材料造成明显的损伤，这些都可能缩短耐火材料的使用寿命，因频繁更换耐火材料增加了成本。另外，更严重的是，往往由于设备粘结导致焙烧温度失控，使得物料过早烧结成球，影响了含钒物料氧化反应的继续进行，导致钒的平均转化率仅为78-81％。
通常认为，造成上述物料烧结和设备粘结的原因是在焙烧过程中生成了低熔点物质，该低熔点物质在焙烧温度下变成液体状，并以其为中心以滚雪球的方式逐渐地粘结成球。因此传统解决方法是添加惰性的提钒尾渣，以期通过降低入炉料中的钒的总量来稀释低熔点物质的比例，减少和控制粘结，通常通过添加提钒尾料以将控制炉料中钒的含量为5重量％左右。
但是经过钙化焙烧-硫酸浸出后的尾渣中含有因浸出过程生成的CaSO4，若直接将尾渣返回配料会造成诸多不利影响。例如，将经钙化焙烧后得到的熟料经过磨细-浸出得到所述尾渣，其颗粒粒度明显减小，将该尾渣返回加到将要进行钙化焙烧的物料中进行配料，然后再进行钙化焙烧-硫酸浸出的步骤，并如此多次循环使用，这样极细的固体颗粒比例会显著增加；并且，CaSO4随着不断的浸出-焙烧循环会逐渐富集。上述两个因素都会造成硫酸浸取时固液分离越来越困难，直至影响浸出过程的正常进行。另外，部分CaSO4在焙烧时分解放出SO3，污染环境。同时，大量物料通过输送设备、浸出设备和过滤设备后再输送到焙烧炉，过程能耗明显增加。通常会在将尾料返回进行配料前先将尾渣中的CaSO4分离出去，但分离有一定难度，而且环节多、增加设备投资、成本高，不是经济合理的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的钙化焙烧工艺中存在的温度难以控制导致的物料容易烧结、设备容易粘结且因需要进行提钒尾料处理造成的成本较高的缺陷，提供一种温度易控、物料不易烧结、设备不易粘结且不用加入提钒尾料的含钒物料的两段式钙化焙烧的方法。
本发明的发明人经过深入研究发现，虽然在焙烧过程中会生成一定量的低熔点物质，但在钙化焙烧工艺要求的温度范围内并不会大量熔融而造成明显的粘结，而造成粘结的更重要原因是：由于含钒物料钙化焙烧的过程是氧化反应过程，含钒物料中的低价物质在氧化过程中要释放出相当大的反应热，其中，由于用于焙烧的燃料燃烧产生的热量以及由物料氧化而释放的反应热的叠加，使得在氧化反应较集中的物料区域的热量积聚，该区域的温度明显升高，远远超过了工艺要求的温度范围，导致该物料区域中低熔点物质发生熔化，随着物料的运动粘结成球或结块。而后又因氧化反应的结束，其温度降低到低熔点物质的熔点以下后凝固，部分物料在设备上凝固粘结，形成结圈或炉瘤。
因此，为了解决物料烧结和设备粘结的问题，可通过采用控制氧化反应的反应热的手段，以使物料均匀稳定地反应，避免出现温度过高失控的问题。
进而，本发明的发明人经过进一步的深入研究发现，可以采用两段式焙烧的方法来实现对焙烧温度的稳定合理控制，并且能够提高焙烧转化率。推测其原因为：第一段焙烧温度略低，让物料中的大部分低价物质氧化，但由于在控制设备的加热温度较低的情况下物质间的反应并不剧烈，使物料的氧化平稳进行，避免出现温度不受控制的情况；第二段焙烧的温度设置为常规的钙化焙烧所用较高的温度，以保证物料进一步氧化，并促使氧化后的五价钒与含钙物料反应生成钒酸钙等易于酸浸取提钒的盐。由于第一段焙烧平稳地完成了大部分低价物质的氧化，使得在第二段焙烧中不会出现明显的放热反应，从而解决了焙烧过程中实际焙烧温度难以控制的问题。
由此，本发明提供一种含钒物料的两段式钙化焙烧的方法，其中，该方法包括：将生料先进行第一段焙烧，然后再进行第二段焙烧，所述第一段焙烧的温度小于所述第二段焙烧的温度；所述第一段焙烧的温度为750-850℃；所述第二段焙烧的温度为840-900℃；所述生料为含有含钒物料和含钙物料的混合物。
本发明在采用上述含钒物料的两段式钙化焙烧的方法下，可以在不添加提钒尾料的前提下，控制焙烧过程的反应平稳地进行，并达到物料不易烧结、设备不易粘结的效果，从而可以加大设备中的物料的填充率，增大处理量，提高了生产效率，降低了成本。此外，通过本发明的方法，还能够有效地提高钒转化率。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供一种含钒物料的两段式钙化焙烧的方法，其中，该方法包括：将生料先进行第一段焙烧，然后再进行第二段焙烧，所述第一段焙烧的温度小于所述第二段焙烧的温度；所述第一段焙烧的温度为750-850℃；所述第二段焙烧的温度为840-900℃；所述生料为含有含钒物料和含钙物料的混合物。
根据本发明，尽管采用上述的钙化焙烧的方法即可实现焙烧过程的反应平稳地进行，且达到物料不易烧结、设备不易粘结的效果，但是优选情况下，所述第一段焙烧的温度为800-850℃。优选情况下，所述第二段焙烧的温度为860-900℃，更优选为880-900℃。
根据本发明，所述第一段焙烧的阶段中主要氧化大部分的低价钒和其他低价物质，所述第二段焙烧的阶段主要进行钒酸盐的形成同时将钒彻底氧化，因此，本发明中对于第一段焙烧和第二段焙烧的时间并无特别地限制，可以根据所需焙烧的物料进行相应地调整。优选情况下，所述第一段焙烧的时间为90-300min，更优选为100-200min，更进一步优选为120-200min。优选情况下，所述第二段焙烧的时间为60-300min，更优选为150-250min，更进一步优选为200-240min。
在本发明中，所述生料是指未经过钙化焙烧的含有含钒物料和含钙物料的混合物，即将用于所述钙化焙烧的含钒物料和含钙物料和/或其他添加剂的组合的物料，优选为含钒物料和含钙物料的混合物且该混合物未经过钙化焙烧处理。
根据本发明，所述含钒物料和所述含钙物料的配比可以在较宽的范围内变动，优选情况下，所述生料中，所述含钒物料和所述含钙物料的重量比使得所述生料中的钙(以CaO计)与钒(以V2O5计)的重量比为(0.3-1)：1，更优选为(0.5-0.7)：1，更进一步优选为(0.6-0.65)：1。也即，所述生料中的所述含钒物料和所述含钙物料的量可以按照生料中所需的钙与钒的重量比(钙以CaO计，钒以V2O5计)来进行配料(在本发明中，当“以CaO计”或“钙以CaO计”来表示物料中钙的量时，是指该物料中的所有化学形式的钙元素(例如碳酸钙、碳酸氢钙、氧化钙等)都换算为CaO的形式来进行计量，例如“以CaO计，所述含钙物料中钙的含量为1-30重量％”是指该含钙物料中的钙元素换算为CaO的形式表示时具有的CaO的量为1-30重量％，同理用于解释“以V2O5计”和“钒以V2O5计”)。
根据本发明，所述含钒物料可以为本领域常规的用于钙化焙烧后提钒的物料，例如为将含钒铁水进行提钒后得到的钒渣，所述含钒铁水提钒的方法为本领域常规的方法，此处不再赘述。
此外，以V2O5计，所述含钒物料中钒的含量优选为1-30重量％，更优选为5-25重量％，更进一步优选为13-23重量％。所述含钒物料中的钒的含量可以通过本领域常规的测定方法进行测定，在此不再赘述。
根据本发明，所述含钙物料可以为钙的含量较高的物料，例如石灰石、石灰、方解石和白云石中的一种或多种，本发明优选采用石灰石。所述含钙物料中的钙的含量可以在较宽的范围内变动，以CaO计，所述含钙物料中的钙的含量优选为20-100重量％，更优选为50-56重量％，更进一步优选为52-53重量％。所述含钙物料中的钙的含量可以通过本领域常规的测定方法进行测定，在此不再赘述。
根据本发明，为了能够进一步提高钙化焙烧的效率，并且能够进一步提高后续的酸浸步骤中的酸浸取效率，从而进一步提高提钒效率，优选所述含钒物料和含钙物料是粉状的。本发明对其粒度并没有特别的限定，但是为了使得所述含钒物料和含钙物料能够较为充分地混合，优选情况下，所述含钒物料的80-100重量％的粒度为0.1mm以下，更优选为0.045-0.1mm，更进一步优选为0.045-0.096mm。优选情况下，所述含钙物料的80-100重量％的粒度为0.18mm以下，更优选为0.045-0.18mm，更进一步优选为0.045-0.125mm。
在本发明中，由于采用的两段式焙烧的方法，且其中第一段焙烧的温度较低，第二段焙烧的温度较高，使得含钒物料中的低价钒在第一段焙烧阶段大部分氧化为五价钒，再通过第二段焙烧得到了低熔点但是易于被酸浸取的钒酸盐，如钒酸钙。因此，本发明中的钙化焙烧过程的反应平稳地进行，并达到物料不易烧结、设备不易粘结的效果，从而可以加大设备中的物料的填充率，增大处理量，提高了生产效率，降低了成本。并且，无需将再经过酸浸提钒处理后的尾料加入钙化焙烧的物料中进行接触，省去了现有技术中对尾料中含有较多的硫酸钙的处理，降低含钒物料提钒的成本。同时，也避免了因尾料的加入导致的不利因素。
根据本发明，所述钙化焙烧可以在本领域常用的各种钙化焙烧炉中进行。例如：所述钙化焙烧可以在多膛炉或回转窑中进行。并且，本发明中的钙化焙烧可以在同一个焙烧炉内进行，也可以分别在两个焙烧炉内进行，为了提高生产效率，优选在两个焙烧炉内分别进行第一段焙烧和第二段焙烧。
根据本发明，从进一步提高钙化焙烧的效率的角度出发，所述钙化焙烧优选各自在搅拌条件下进行。可以采用本领域常用的各种方法实现在钙化焙烧过程中，对其中的物料进行搅拌。例如：可以在钙化焙烧炉中安装搅拌耙，从而在钙化焙烧过程中，对其中的物料进行搅拌。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例中：
钒渣为含钒铁水转炉提钒过程中得来的钒渣；
钒的转化率＝(从用于稀硫酸浸取的熟料中浸出的钒元素的量/该部分熟料中的钒元素的总量)×100％。
实施例1
本实施例用于说明本发明的含钒物料钙化焙烧的方法。
将钒渣(以V2O5计，钒的含量为17重量％)磨细，其中粒度为0.096mm以下的部分占95重量％；将石灰石(以CaO计，钙的含量为52重量％)磨细，其中粒度为0.18mm以下的部分占80重量％；按照钒渣与石灰石的重量比为100：20的比例进行混合以作为生料(生料中的钙(以CaO计)与钒(以V2O5计)的重量比为0.61)。
按照40t/h的速度将混合好的炉料加入φ3.6m×90m回转窑中，设置焙烧温度为800℃，设置停留时间为150min，进行第一段焙烧，焙烧后的熟料全部为砂状。
将该熟料加入φ3.6m×90m回转窑中，设置焙烧温度为900℃，设置停留时间为240min，进行第二段焙烧。
连续生产15天，焙烧过程的温度稳定，波动范围在±10℃以内，熟料全部为砂状，回转窑内壁光滑，没有结圈现象。
分析第二段焙烧熟料的钒转化率为90.37-94.51％，平均为91.16％。
实施例2
本实施例用于说明本发明的含钒物料钙化焙烧的方法。
将钒渣(以V2O5计，钒的含量为22.4重量％)磨细，其中粒度为0.096mm以下的部分占90重量％；将石灰石(以CaO计，钙的含量为52重量％)磨细，其中粒度为0.18mm以下的部分占90重量％；按照钒渣与石灰石的重量比为100：27的比例进行混合以作为生料(生料中的钙(以CaO计)与钒(以V2O5计)的重量比0.63)。
按照40t/h的速度将混合好的炉料加入φ3.6m×90m回转窑中，设置焙烧温度为850℃，设置停留时间为200min，进行第一段焙烧，焙烧后的熟料全部为砂状。
将该熟料加入φ3.6m×90m回转窑中，设置焙烧温度为880℃，设置停留时间为240min，进行第二段焙烧。
连续生产15天，焙烧过程的温度稳定，波动范围在±10℃以内，熟料全部为砂状，回转窑内壁光滑，没有结圈现象。
分析第二段焙烧熟料的钒转化率为91.64-95.17％，平均为92.97％。
实施例3
本实施例用于说明本发明的含钒物料钙化焙烧的方法。
将钒渣(以V2O5计，钒的含量为13.3重量％)磨细，其中粒度为0.096mm以下的部分占85重量％；将石灰石(以CaO计，钙的含量为53重量％)磨细，其中粒度为0.125mm以下的部分占95重量％；按照钒渣与石灰石的重量比为100：16的比例进行混合以作为生料(生料中的钙(以CaO计)与钒(以V2O5计)的重量比为0.64)。
按照2.5t/h的速度将混合好的炉料加入φ1.5m×42m回转窑中，设置焙烧温度为830℃，设置停留时间为120min，进行第一段焙烧，焙烧后的熟料全部为砂状。
将该熟料融入φ1.5m×42m回转窑中，设置焙烧温度为880℃，设置停留时间为200min，进行第二段焙烧。
连续生产15天，焙烧过程的温度稳定，波动范围在±10℃以内，熟料全部为砂状，回转窑内壁光滑，没有结圈现象。
分析第二段焙烧熟料的钒转化率为89.92-93.1％，平均为91.33％。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (14)

1.一种含钒物料的两段式钙化焙烧的方法，其特征在于，该方法包括：将生料先进行第一段焙烧，然后再进行第二段焙烧，所述第一段焙烧的温度小于所述第二段焙烧的温度；所述第一段焙烧的温度为800-850℃，所述第一段焙烧的时间为100-300min；所述第二段焙烧的温度为840-900℃，所述第二段焙烧的时间为150-300min；所述生料为含有含钒物料和含钙物料的混合物；其中，所述含钒物料为含钒铁水进行提钒后得到的钒渣。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一段焙烧的时间为100-200min。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一段焙烧的时间为120-200min。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二段焙烧的温度为860-900℃。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其中，所述第二段焙烧的时间为150-250min。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第二段焙烧的时间为200-240min。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，钙以CaO计，钒以V2O5计，所述生料中的钙与钒的重量比为0.3-1：1。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，钙以CaO计，钒以V2O5计，所述生料中的钙与钒的重量比为0.5-0.7：1。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述含钒物料的80-100重量％的粒度为0.1mm以下。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述含钒物料的80-100重量％的粒度为0.045-0.1mm。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述含钙物料为石灰石、石灰、方解石和白云石中的一种或多种。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述含钙物料为石灰石。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述含钙物料的80-100重量％的粒度为0.18mm以下。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述含钙物料的80-100重量％的粒度为0.045-0.18mm。
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