CN104120208B

CN104120208B - 一种含钒磷铁专用风熔炉和以风能熔化原料提钒的方法

Info

Publication number: CN104120208B
Application number: CN201410392161.XA
Authority: CN
Inventors: 阳云徕; 胡玉贵
Original assignee: Hunan Chuan Great Fan Tungsten Co Ltd
Current assignee: Hunan Jiujiu high purity material Co.,Ltd.
Priority date: 2014-08-11
Filing date: 2014-08-11
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2034-08-11
Also published as: CN104120208A

Abstract

本发明公开了一种含钒磷铁专用风熔炉和以风能熔化原料提钒的方法。所述风熔炉包括炉体和弧形炉顶；所述炉体上设有2～6个吹风口；所述弧形炉顶或炉体上设有进料孔；所述炉体上、吹风口以下的位置设有放渣口；所述炉体上、放渣口与炉衬底部之间的位置设有放铁水口。本发明方法省去了常规方法中制粒（球）湿球磨离子交换三道工艺；全部省去熔化过程电能燃料消耗；原料中的磷、钒、铁、镍元素全部得到有效利用；有经济、节能、减排多种效应。

Description

一种含钒磷铁专用风熔炉和以风能熔化原料提钒的方法

技术领域

本发明涉及一种含钒磷铁专用风熔炉和以风能熔化原料提钒的方法。

背景技术

含钒磷铁是一种重要的提钒原料，它是从磷酸盐矿中提取磷化物时产生的一种辅产品。它的主要成分是铁、磷、钒，其他小量的元素硅、铬、镍、钛。其中铁50～65％，磷18～28％，钒5～15％，它的钒含量相当于钒钛磁铁矿和石煤矿10倍。由于铁磷钒为共同体混在一起，对提钒过程带来了一定难度，前段不少的单位和人士进行过大量的研究，较为先进的归类有3种。1、如CN100449010C专利加碱(碳酸钠)电炉熔化，铁水包吹富氧空气，分离出钒渣和铁，磷大部分被氧化进入钒渣中，钒渣提钒后所得磷渣制成磷肥。该工艺原料中的钒、磷、铁元素虽然得到利用，但原料由电弧炉用电加热熔化，转入铁水包吹富氧空气，人工撇出钒渣，耗电费时。2、如CN101550492B和CN101684525B专利以含钒磷铁原料加石灰直接进入磨粉，混入碳酸钠造粒投入旋转窑焙烧，熟料经水浸出钒溶液提取钒元素。由于原料中含磷、铁成分高，虽然加了石灰作固磷惰性剂，小量试验有一定的转化率，但在进入工业化焙烧时，磷、铁产生氧化热自燃升温度至1000℃以上，超过钒适宜转化(850℃)可溶温度，并在窑炉内成团结块，只有10～20％的可溶钒转化率，再者磷、铁元素没有得到充分有效利用，渣量大污染环境。3、用含钒磷铁原料直接磨粉，加入原料重比150～200％的碳酸钠造球焙烧，用水浸出钒溶液，将钒溶液一次蒸发浓缩，析出磷酸三钠，过滤液再深度除杂后提钒。此方法磷虽然得到利用，但用过量的碳酸钠转换为磷酸钠，生产成本高，大部分的铁成分没有得到利用。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，发挥含钒磷铁提钒特有优势，提供一种含钒磷铁专用风熔炉和以风能熔化原料提钒的方法。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明基于以风能熔化含钒原料提取分离钒、磷、铁元素的思路来构建风熔炉。所述风熔炉包括炉体和弧形炉顶；所述炉体上设有2～6个吹风口；所述弧形炉顶或炉体上设有进料孔；所述炉体上吹风口以下的位置设有放渣口；所述炉体上放渣口与炉衬底部之间的位置设有放铁水口；炉体底部设有底孔，作为停炉时放干所有铁水用。

优选地，日处理量为50～100吨的所述风熔炉的炉体直径为5～7m、高度为4～6m；炉衬厚度为300～900mm；吹风口以下400～600毫米的位置设有放渣口；炉体上距离炉衬底部200～400mm的位置设有放铁水口。

所述风熔炉还包括通过吹风管与风熔炉连接的鼓风设备。所述鼓风设备为风压30～60KPa，风量20～70m³/min的鼓风机。

基于上述风熔炉的含钒磷铁提钒方法包括如下步骤：

(1)加热风熔炉，当炉温达到500℃时，向炉内加入燃料和含钒磷铁原料，向炉内依次通入空气和氧气；所述含钒磷铁原料与燃料的重量比为1:1～0.5；

(2)当炉内含钒磷铁原料全部熔化成液态熔体时，停止加入燃料，停止向炉内通入氧气，然后以3～8t/h的速度连续加入含钒磷铁原料，进入连续生产后只通入空气；

(3)当炉内液态熔体接近吹风口时，停止加入含钒磷铁原料，打开放渣口放出炉内上层钒渣，然后关闭放渣口，继续以3～8t/h的速度连续加入含钒磷铁原料；

(4)重复步骤(3)至放渣口有铁水流出时，打开放铁水口放出炉内铁水；

(5)重复步骤(3)至(4)，实现钒渣与镍、磷、铁的分离的连续生产；

(6)将步骤(3)所得钒渣先与石灰混合，再与纯碱混合后送入回转窑氧化焙烧1～2.5h，得焙烧后的熟料；所述石灰占钒渣重量的6～15％，所述纯碱占钒渣和石灰混合物总重量的15～25％；

(7)将熟料置于堆浸场码堆，用生产过程中的废水接入嗜碱性菌种循环喷淋浸出V₂O₅。

优选地，所述步骤(6)是将钒渣、石灰、纯碱混合后以7～16t/h的速度送入回转窑，在70～900℃氧化焙烧1.5～2.5h。

下面结合原理对本发明作进一步说明：

本发明所述风熔炉炉体大小形状根据日处理量而定，以日处理50～100吨为例：炉外体应为5～7米，高度4～6米，炉顶拱弧形，炉衬高含量硅质材料砌筑，厚度300至900毫米。炉体预留2～6个吹风口，从炉顶部或炉体侧边开一个进料孔，要使炉料能够投入到炉膛中央为宜，在距吹风下部400～600毫米的位置开一个放渣口，从炉底衬料上距200～400毫米处预留一个放铁水口。

选用风压30～60KPa，风量20～70m³/min的鼓风设备，用鼓风设备出口同样大的钢管联接至风熔炉附近，再根据风熔炉所开口数引接支管，支管直径40～159毫米。

吹风管在吹风过程中要申入炉内铁水中，按鼓风机出风支管大小配备薄壁钢管，外套耐火材料套筒或包浇裹耐高温涂层。用橡胶软管将吹风管联接到风源支管上，一端插入炉内，外部用小钢绳悬挂于炉外壳上方支点滑轮，以便在吹风过程中灵活移动。

被吹风熔化的原料以含钒磷铁原料单一吹风熔化，也可利用含钒磷的熔化热能，另加1～2倍的含钒钢渣或其他含钒原料共熔不需要外加任何能源燃料。含钒磷铁成分见表1：

表1

项目

V

P

Fe

Ni

SiO₂

TiO₂

S

含量％

5.03

21.77

59.31

1.24

2.83

1.16

0.014

项目

MnO

Cr₂O₃

Na2O

CaO

Cu

As

pb

含量％

1.4

3.74

2.25

0.5

0.42

<0.005

项目

Cd

F

Cl

Zn

MgO

C

K₂O

含量％

<0.005

<0.003

<0.005

0.07

0.5

0.184

0.2

吹风熔化新熔炉建设成后，第一步用谷壳稻草木柴之类废料引火烘干炉体水份，当炉温达到500℃时插入吹风管吹风，用输送工具向炉内入煤炭或焦炭，同时加入含钒磷铁原料(作为燃料的煤炭或焦炭主要是点火用，先多后少)，必要时吹入氧气助熔。在炉内料物全部熔融液态体时，停止加入所有燃料和氧气，只按时速3～8吨连续加入原料。待炉内液态熔体接近吹风口时，停止加料，打开放渣口放出上层钒渣，放完渣后堵好渣口，恢复连续进料；经过几轮放渣后，发现渣口有铁水流出时，要打开低位的放铁水口放出铁水，循环至连续加料生产。从而实现钒渣与镍、磷、铁分离，放渣口放出的富钒物体叫“钒渣”，占总量37～40％；放铁水口放出的富磷铁物体，仍然叫“磷铁”，占总量60～63％；含镍的叫“镍磷铁”攀钢和承德转炉提钒吹出的铁水，因为含磷极小叫“半钢”。

磷在钢中具有脆性，对大多数钢是有害杂质，但在某些钢中有提高耐磨抗腐蚀作用、改善导热和耐热性能。磷铁用于冶炼特殊机械部件用钢，如轧辊、汽车缸套、发动机滚轴等。超细磷铁粉，可代替超细锌粉作涂料，又是放射性辐射的防护物质。含镍的磷铁可用作冶炼镍渣作燃料，也可以用于冶炼特钢和制造防腐粉末涂层。

钒渣提钒则是将吹风熔化分离出的钒渣按重量比,配入1:0.05～0.15的石灰混合磨粉,再配入15～25％的纯碱,进入回转窑氧化焙烧1～2.5小时,烧出来的熟料不用球磨,送至预先做好防渗透的堆浸场码堆,用生产过程中的废水接入嗜碱性菌种循环喷淋浸出,该项工艺对钒有选择性的浸出,可将有害杂质抑制于渣中,浸出来的钒溶液清沏透明,当溶液中钒达到一定饱和度时,直接送到铵盐沉钒工序，制成高纯五氧化二钒。同时在浸出过程中继续分解未被氧化的钒离子，有效提高钒的回收率效果。省去常规提钒方法中的造球造粒焙烧、湿球磨浸出、离子交换提纯三道工艺。

与现有技术相比，本发明的技术效果为：

本发明利用含钒磷铁原料中的磷、铁有氧化自燃放热特性，建造一个简单的吹风熔化炉，用木柴或碳质燃料引燃炉火，将原料投入炉内，经鼓风设备向炉内料中吹入空气，将炉料熔化成液态体；由于空气中氧的作用，钒与小部分的铁(FeO.V₂O₃)富集成钒渣浮于上层，其中镍、磷、铁沉于下层。在连续生产中定期分层放出钒渣和镍磷铁，冷却成锭，实现钒与磷铁分离；占总量60％以上的镍磷铁作为商品直接出售，以质量小于40％的富钒渣进入下段提钒工序。经过吹风熔化分离出来的钒渣，含磷、铁成分很小，在进入回转窑氧化焙烧中干扰也很小，加碱、加CaO量比直接焙烧要减小20～30％，焙烧总量减小70％以上，一次焙烧转化率达78～92％，焙烧的熟料出窑后不用湿球磨,直送堆浸场喷淋浸出钒溶液,堆浸出来的钒溶液纯度高,直接用于铵盐沉钒,制成高纯五氧化二钒。比常规方法要省去制粒(球)湿球磨离子交换三道工艺；全部省去熔化过程电能燃料消耗；原料中的磷、钒、铁、镍元素全部得到有效利用；有经济、节能、减排多种效应。

附图说明

图1为本发明风熔炉剖立面；

图2为本发明风熔炉剖平面。

图中：1、炉体；2、弧形炉顶；3、吹风口；4、进料孔；5、放渣口；6、放铁水口；7、底孔。

具体实施方式

实施例1

参见图1和2，所述日处理量为50～100吨的风熔炉包括炉体1和弧形炉顶2；所述炉体1上设有3个吹风口3；所述弧形炉顶2上设有进料孔4；炉体1直径为5～7m、高度为4～6m；炉衬厚度为300～900mm；吹风口3以下400～600毫米的位置设有放渣口5；炉体1上距离炉衬底部200～400mm的位置设有放铁水口6；炉体1底部设有底孔7。

另外，所述风熔炉还包括通过吹风管与风熔炉连接的鼓风设备。所述鼓风设备为风压30～60KPa，风量20～70m³/min的罗茨鼓风机。

实施例2

基于实施例1所述风熔炉的含钒磷铁提钒方法，包括如下步骤：

(1)加热风熔炉，当炉温达到500℃时，向炉内加入燃料和含钒磷铁原料，向炉内依次通入空气和氧气；所述含钒磷铁原料与燃料的重量比为1:0.5～1；

(6)将步骤(3)所得钒渣先与石灰混合，然后与纯碱混合后以7～16t/h的速度送入回转窑，在70～900℃氧化焙烧1～2.5h，得焙烧后的熟料；所述石灰占钒渣重量的6～15％，所述纯碱占钒渣和石灰混合物总重量的15～25％；

实施例3

工程实例如下：

用直径400毫米，高800毫米的石墨坩埚，垫入木柴点火后加进焦炭，再分批加入100公斤含钒磷铁原料，先吹氧气后吹空气，原料全部熔化后继续吹空气15分钟，倾出冷却分层，上层钒渣43.5Kg,下层磷镍铁锭68.5Kg,因原料氧化增重共计112Kg。钒渣中含V₂O₅≥12～18％，镍磷铁锭中Fe＝65～74％、P＝18～21％、Ni＝1.7～2.1％。

用碳钢板制成￠6米，高4.5米的炉外壳，根据部位不同内衬硅质耐火材料300～900毫米厚，顶部进料，三个吹风口，半球形拱顶熔炉。用木柴煤炭氧气点燃炉火后，停止使用所有燃料与氧气，只向炉内吹入空气，以每小时3～8吨的流速推进含钒磷铁原料，根据炉况适时放出渣、铁。(放出含钒渣叫作“放渣”，放出镍磷铁叫作“放铁”)第一次连续运行9天，第二连续运行18天，第三次进入长时期开炉工业化生产。

将分离出来的钒渣按重量配入6～15％的石灰混合磨粉-120目，再配入15～25％的纯碱混匀，按7～16吨/h的流量输送到回转窑内，用70～900℃氧化焙烧1.5～2.5小时，旋转出来的熟料每二小时化验一次，可溶钒转化率79～92％。

焙烧出来的熟料，不用湿球磨细粉成浆过滤，直接送到堆浸场，堆垛1～4米厚，长宽根据熟料多少而定，在堆料面层布上喷水嘴，用水泵从循环池抽水实施喷淋，第一次循环喷淋24小时，循环池水中V₂O₅达到80克/升，第二次喷淋48小时溶液中V₂O₅达到70克/升，以后可结合新添的熟料一起喷淋，溶液中V₂O₅达到40克/升以上时，就可以送去沉钒车间铵盐沉钒。实施配合用40～60克/升的钒溶液，装入25KL的反应釜内20m³,按V₂O₅含量1∶1.3～1.8加入氯化铵，搅动30分钟，静置过滤所得偏钒酸铵1.65吨，制成五氧化二钒纯度98.79％。

Claims

1.一种含钒磷铁提钒的专用风熔炉，其特征在于，基于以风能熔化含钒磷铁原料的思路构建风熔炉，所述风熔炉包括炉体（1）和弧形炉顶（2）；所述炉体（1）上设有2～6个吹风口（3）；所述弧形炉顶（2）或炉体（1）上设有进料孔（4）；所述炉体（1）上吹风口（3）以下的位置设有放渣口（5）；所述炉体（1）上放渣口（5）与炉衬底部之间的位置设有放铁水口（6）；炉体（1）底部设有底孔（7）；日处理量为50～100t的所述风熔炉的炉体（1）直径为5～7m、高度为4～6m；炉衬厚度为300～900mm；吹风口（3）以下400～600毫米的位置设有放渣口（5）；炉体（1）上距离炉衬底部200～400mm的位置设有放铁水口（6）。

2.如权利要求1所述的风熔炉，其特征在于，所述风熔炉还包括通过吹风管与风熔炉连接的鼓风设备。

3.如权利要求2所述的风熔炉，其特征在于，所述鼓风设备为风压30～60kPa，风量20～70m³/min的鼓风机。

4.基于权利要求1至3任一项所述风熔炉的含钒磷铁提钒方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

（1）加热风熔炉，当炉温达到500℃时，向炉内加入燃料和含钒磷铁原料，向炉内依次通入空气和氧气；所述含钒磷铁原料与燃料的重量比为1:0.5～1；

（2）当炉内含钒磷铁原料全部熔化成液态熔体时，停止加入燃料，停止向炉内通入氧气，然后以3～8t/h的速度连续加入含钒磷铁原料，进入连续生产后只通入空气；

（3）当炉内液态熔体接近吹风口时，停止加入含钒磷铁原料，打开放渣口放出炉内上层钒渣，然后关闭放渣口，继续以3～8t/h的速度连续加入含钒磷铁原料；

（4）重复步骤（3）至放渣口有铁水流出时，打开放铁水口放出炉内铁水；

（5）重复步骤（3）至（4），实现钒渣与镍、磷、铁的分离的连续生产；

（6）将步骤（3）所得钒渣先与石灰混合，再与纯碱混合后送入回转窑氧化焙烧1～2.5h，得焙烧后的熟料；所述石灰占钒渣重量的6～15%，所述纯碱占钒渣和石灰混合物总重量的15～25%；

（7）将熟料置于堆浸场码堆，用生产过程中的废水接入嗜碱性菌种循环喷淋浸出V₂O₅。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤（6）是将钒渣、石灰、纯碱混合后以7～16t/h的速度送入回转窑，在70～900℃氧化焙烧1.5～2.5h。