CN106017093A - 用于制备稀土氧化物的焙烧装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冶金化工领域，具体公开一种用于制备稀土氧化物的焙烧装置。该焙烧装置包括：炉体结构；炉体结构内，由底部至顶部依次形成供热区域、调温区域和雾化反应区域；供热区域的截面尺寸大于调温区的截面尺寸；并且供热区域至调温区域截面尺寸渐缩；供热区域设置有燃气入口机构，燃气入口机构用于形成燃气以螺旋状进入供热区域的通道；调温区域设置有空气入口机构和水雾入口机构；雾化反应区域设置有溶液雾化入口机构和晶种颗粒入口机构。采用该装置可以实现反应温度可控，反应物浓度可控，完成多种稀土氧化物的制备，并且产物颗粒大小可控。

Description

用于制备稀土氧化物的焙烧装置

技术领域

本发明涉及冶金化工领域，特别是涉及一种用于制备稀土氧化物的焙烧装置。

背景技术

目前工业主要采用将稀土氯化物溶液进行草酸沉淀或碳酸氢铵沉淀后再焙烧稀土沉淀的方法生产稀土氧化物，而两个过程产生的废水、废气都存在回收成本高、排放又严重环境污染的问题。在当代节能减排的大前提下，寻求一种稀土氧化物高效、经济、环保生产的新工艺已迫在眉睫。

奥地利人Ruthner首先发明了喷雾氧化焙烧方法从盐酸溶解氧化铁后的氯化亚铁溶液中回收HCl，并且取得了成功。而该工艺除可以回收HCl外，其副产品为Fe₂O₃粉。这一反应与稀土氧化物焙烧原料及产品极为相似，结合Ruthner法在钢铁工业中的应用，探索出了一条适合于稀土氧化物生产的高效、经济、环保的新工艺成为可能。然而现有的生产设备并不能满足喷雾热分解制备稀土氧化物的工艺要求。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供一种用于制备稀土氧化物的焙烧装置

本发明提供一种用于制备稀土氧化物的焙烧装置，包括：

炉体结构；

所述炉体结构内，由底部至顶部依次形成供热区域、调温区域和雾化反应区域；所述供热区域的截面尺寸大于所述调温区的截面尺寸；并且所述供热区域至调温区域截面尺寸渐缩；

所述供热区域设置有燃气入口机构，所述燃气入口机构用于形成燃气以螺旋状进入供热区域的通道；

所述调温区域设置有空气入口机构和水雾入口机构；所述空气入口机构用于形成空气以螺旋状进入调温区域的通道；所述水雾入口机构用于形成以螺旋状进入调温区域的通道；

所述雾化反应区域设置有溶液雾化入口机构和晶种颗粒入口机构；所述溶液雾化入口机构用于形成雾化溶液以螺旋状进入雾化反应区域的通道；所述晶种颗粒入口机构用于形成晶种颗粒以螺旋状进入雾化反应区域的通道。

进一步地，所述燃气入口机构包括至少两个燃气喷入口，所述两个燃气喷入口设置于同一水平面内，且两个燃气喷入口共圆外切；

所述空气入口机构包括至少两个空气喷入口，所述两个空气喷入口设置于同一水平面内，且两个空气喷入口共圆外切；

所述水雾入口机构包括至少两个水雾喷入口，所述两个水雾喷入口设置于同一水平面内，且两个水雾喷入口共圆外切；

所述溶液雾化入口机构包括至少两个溶液雾化喷入口，所述两个溶液雾化喷入口设置于同一水平面内，且两个溶液雾化喷入口共圆外切；

所述晶种颗粒入口机构包括至少两个晶种颗粒喷入口，所述两个晶种颗粒喷入口设置于同一水平面内，且两个晶种颗粒喷入口共圆外切。

进一步地，所述共圆外切的圆面积为区域截面面积的分之一至三分之二；所述区域截面面积为与所述圆共面的相应区域的截面面积。

进一步地，所述空气喷入口、水雾喷入口、溶液雾化喷入口和晶种颗粒喷入口中的一个或多个喷入口设置有喷嘴，所述喷嘴与所述喷入口之间的角度可调。

进一步地，所述炉体结构的底部设置有检修口和/或排渣口。

进一步地，所述炉体内还形成有出料区域，所述出料区域位于雾化反应区域上部且与雾化反应区域连通；所述出料区域的截面尺寸小于所述雾化反应区域，并且所述雾化反应区域至出料区域截面尺寸渐缩。

进一步地，所述炉体结构为复合结构，其由外至内依次包括钢板层、隔热层、第一耐火层、第二耐火层和耐腐蚀层。

进一步地，所述水雾入口机构设置于空气入口机构的上方。

本发明提供的焙烧装置适用于稀土萃取工艺流程中氯化稀土溶液直接焙烧制取稀土氧化物颗粒。该焙烧装置通过设置相应的入口机构，可以使物料旋流喷入，不仅能提高反应物在炉内的停留时间，同时也可以增加反应之间的混合均匀性。设置的调温区域不仅可实现多种稀土氧化物生成的温度要求，同时提前汽化反应水蒸汽、均匀反应物的浓度，实现同一个装置生产不同稀土氧化物的要求；设置溶液雾化喷入雾化反应区域生成晶种颗粒，实现多规格颗粒度生产要求。并且，本发明提供的焙烧装置结构简单，阻力损失小，能量利用效率高，维护容易。

附图说明

图1为本发明实施例提供的用于制备稀土氧化物的焙烧装置的剖面结构示意图；

图2为图1沿B-B面的截面示意图；

图3为图1沿C-C面的截面示意图；

图4为图1沿D-D面的截面示意图；

图5为图1沿E-E面的截面示意图；

图6为多个喷入口为多圆外切设置的布置示意图。

附图标记说明：

1-炉体结构；2-供热区域；3-调温区域；4-雾化反应区域；5-燃气入口机构；51-燃气喷入口；6-空气入口机构；61-空气喷入口；7-水雾入口机构；71-水雾喷入口；8-溶液雾化入口机构；81-溶液雾化喷入口；9-晶种颗粒入口机构；91-晶种颗粒喷入口；10-出料区域。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本申请发明人发现，现有装置难以满足喷雾热分解制备稀土氧化物的工艺要求的主要原因在于：

稀土氯化物除铈氯化物不经氯氧化物可在400℃时直接转化为二氧化铈外其他氯化物在焙烧过程中首先转变成相应的氯氧化物，镨和钕氯氧化物在950℃和1200℃下可部分转变为氧化物，而氯氧化镧在1200℃下仍不能分解为氧化物。但随即对氯化镧溶液进行了简单的喷雾焙烧实验，结果却发现氯化镧液滴迅速接触高温火焰(约1200℃)时也可以部分化为氧化镧的现象，也就是说在保证合适的温度、浓度及液滴粒径等良好的动力学条件能够促进热分解速度和提高氧化物转化率。不同稀土氯化物在喷雾热解转化稀土氧化物过程生成温度范围比较宽、均匀性要求较高，反应物浓度低及雾化颗粒均匀性均对反应有影响。

有鉴于此，本发明实施例提供一种用于制备稀土氧化物的焙烧装置，以稀土萃取工艺流程中氯化稀土溶液直接焙烧制取氧化物颗粒的工艺所需装置。

请参见图1，该图示出了本发明实施例提供的用于制备稀土氧化物的焙烧装置的结构。该焙烧装置包括：

炉体结构1；

炉体结构1内，由底部至顶部依次形成供热区域2、调温区域3和雾化反应区域4；供热区域2的截面尺寸大于调温区域3的截面尺寸；并且供热区域2至调温区域3截面尺寸渐缩；

供热区域2设置有燃气入口机构5，燃气入口机构5用于形成燃气以螺旋状进入供热区域2的通道；

调温区域3设置有空气入口机构6和水雾入口机构7；空气入口机构6用于形成空气以螺旋状进入调温区域3的通道；水雾入口机构7用于形成以螺旋状进入调温区域3的通道；

雾化反应区域4设置有溶液雾化入口机构8和晶种颗粒入口机构9；溶液雾化入口机构8用于形成雾化溶液以螺旋状进入雾化反应区域4的通道；晶种颗粒入口机构9用于形成晶种颗粒以螺旋状进入雾化反应区域4的通道。

本实施例提供的焙烧装置中设置有供热区域2和调温区域3，并且供热区域2的截面尺寸大于调温区域3的截面尺寸，其切面类似于“宝葫芦”形状，这有利于保证燃烧室火口燃烧高温条件，从而提高燃烧的稳定性。

并且，供热区域2设置有燃气入口机构5，通过该燃气入口机构5燃气可以以螺旋状进入到供热区域2内，调温区域3设置有空气入口机构6，通过该入口机构空气可以以螺旋状进到调温区域3内，调温区域3还设置有水雾入口机构7，通过该入口机构水雾可以以螺旋状进入到调温区域3内。同时，供热区域2至调温区域3截面尺寸渐缩，由此从燃气入口机构5进入的高温烟气载体会通过缩口提高旋转速度进入调温区域3，通过空气入口机构6喷入的空气使高温烟气载体内未完全燃烧的产物进一步燃烧完全，同时降低高温烟气载体温度提高反应物载气量；水雾入口机构7喷入的水汽化使载气温度降到工艺反应所需温度，同时提高工艺反应所需水蒸汽的分压，使后续反应更易进行。

通过旋流混合均匀的高温烟气载体及反应物所必须氧气和水蒸气体积分数，使雾化反应区域4温度浓度更加均匀，为雾化反应区域4快速反应和颗粒生成提供必要的反应条件，从而实现不同稀土氧化物生产工艺所需的温度和浓度条件；雾化溶液采用旋流喷入炉内可以增加反应物在炉内停留的时间，同时晶种颗粒的喷入可以提高生成物的结晶析出，提高反应物颗粒的大小和均匀性，并能对生成物颗粒度大小可控生成，实现多规格颗粒度生产要求。由此实现反应温度可控，反应物浓度可控，完成多种稀土氧化物的制备，产物颗粒大小可控。

同时采用旋流喷入方式不仅可以提高反应物在炉内的停留时间，还能根据产物生产工艺要求调节燃烧产物的烟气温度范围以适应不同稀土氧化物生产工艺的温度要求。

作为本实施例的优选方案，水雾入口机构7设置于空气入口机构6的上方。

请参见图2至图5，上述燃气入口机构5优选包括至少两个燃气喷入口51，两个燃气喷入口51设置于同一水平面内，且两个燃气喷入口51共圆外切；即两个燃气喷入口51均为同一个圆的外切线，由此使得喷入的燃气能够呈螺旋状；类似的，

空气入口机构6包括至少两个空气喷入口61，两个空气喷入口61设置于同一水平面内，且两个空气喷入口61共圆外切；

水雾入口机构7包括至少两个水雾喷入口71，两个水雾喷入口71设置于同一水平面内，且两个水雾喷入口71共圆外切；

溶液雾化入口机构8包括至少两个溶液雾化喷入口81，两个溶液雾化喷入口81设置于同一水平面内，且两个溶液雾化喷入口81共圆外切；

晶种颗粒入口机构9包括至少两个晶种颗粒喷入口91，两个晶种颗粒喷入口91设置于同一水平面内，且两个晶种颗粒喷入口91共圆外切。

进一步地，共圆外切的圆面积为区域截面面积的分之一至三分之二；所述区域截面面积为与圆共面的相应区域的截面面积。这样利于燃烧反应物的混合充分和提高反应物在炉内的停留时间，有利于燃烧反应物的完全燃烧，提高燃烧效率，同时也可以提高燃气温度的均匀性。

作为本实施例的优选方案，上述每一入口机构中，喷入口的个数为3个或者3个以上，如图2至图5所示，喷入口的个数为四个，相邻喷入口垂直设置。

当然，当喷入口的个数大于2个时，多个喷入口可以同一圆外切(如图2至图5)，也可以多圆外切，其结构如图6所示，即部分喷入口共第一圆外切，部分喷入口共另一圆外切。

上述空气喷入口61、水雾喷入口71、溶液雾化喷入口81和晶种颗粒喷入口91中的一个或多个喷入口优选设置有喷嘴，喷嘴与喷入口之间的角度可调。上述喷嘴用于连接喷枪，由于喷嘴与喷入口之间的角度可调，由此方便操作人员根据产品品种或产量要求调节喷入角度改变切圆的大小，由此实现物料的分级喷入。分级喷入的空气不仅能使燃烧过来的烟气内不完全燃烧产物进一步完全燃烧，同时可根据产物生产工艺要求提高反应物氧气分压比；分级喷入水雾可以在反应前进行汽化提高反应区反应物水相浓度值，有利于提高后续溶液喷入的浓度值，便于晶粒析出反应提高稀土氧化物颗粒的大小。喷枪在溶液雾化喷入口81具有一定调节角度，可根据产量要求调节喷入角度改变切圆的大小；喷枪在反应晶种颗粒喷入口91具有一定调节角度，可根据晶种颗粒大小调节喷入角度改变切圆的大小。

上述炉体的底部优选设置有检修口和/或排渣口。以便于工人检修，或者反应完成后渣体的排出。

作为本实施例的优选方案，上述炉体内还形成有出料区域10，出料区域10位于雾化反应区域4上部且与雾化反应区域4连通；出料区域10的截面尺寸小于雾化反应区域4，并且雾化反应区域4至出料区域10截面尺寸渐缩。由此可以加速气流的流出，方便产物的收集。

为了延长上述炉体的使用寿命，炉体结构1优选采用复合结构，其由外至内依次包括钢板层、隔热层、第一耐火层、第二耐火层和耐腐蚀层。

本发明提供的焙烧装置适用于稀土萃取工艺流程中氯化稀土溶液直接焙烧制取稀土氧化物颗粒。该焙烧装置通过设置相应的入口机构，可以使物料旋流喷入，不仅能提高反应物在炉内的停留时间，同时也可以增加反应之间的混合均匀性。设置的调温区域不仅可实现多种稀土氧化物生成的温度要求，同时提前汽化反应水蒸汽、均匀反应物的浓度，实现同一个装置生产不同稀土氧化物的要求；设置溶液雾化喷入雾化反应区域生成晶种颗粒，实现多规格颗粒度生产要求。并且，本发明提供的焙烧装置结构简单，阻力损失小，能量利用效率高，维护容易。

以上对本发明所提供的用于制备稀土氧化物的焙烧装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于制备稀土氧化物的焙烧装置，其特征在于，包括：

炉体结构；

所述炉体结构内，由底部至顶部依次形成供热区域、调温区域和雾化反应区域；所述供热区域的截面尺寸大于所述调温区的截面尺寸；并且所述供热区域至调温区域截面尺寸渐缩；

所述供热区域设置有燃气入口机构，所述燃气入口机构用于形成燃气以螺旋状进入供热区域的通道；

所述调温区域设置有空气入口机构和水雾入口机构；所述空气入口机构用于形成空气以螺旋状进入调温区域的通道；所述水雾入口机构用于形成以螺旋状进入调温区域的通道；

所述雾化反应区域设置有溶液雾化入口机构和晶种颗粒入口机构；所述溶液雾化入口机构用于形成雾化溶液以螺旋状进入雾化反应区域的通道；所述晶种颗粒入口机构用于形成晶种颗粒以螺旋状进入雾化反应区域的通道。

2.根据权利要求1所述的焙烧装置，其特征在于，所述燃气入口机构包括至少两个燃气喷入口，所述两个燃气喷入口设置于同一水平面内，且两个燃气喷入口共圆外切；

所述空气入口机构包括至少两个空气喷入口，所述两个空气喷入口设置于同一水平面内，且两个空气喷入口共圆外切；

所述水雾入口机构包括至少两个水雾喷入口，所述两个水雾喷入口设置于同一水平面内，且两个水雾喷入口共圆外切；

所述溶液雾化入口机构包括至少两个溶液雾化喷入口，所述两个溶液雾化喷入口设置于同一水平面内，且两个溶液雾化喷入口共圆外切；

所述晶种颗粒入口机构包括至少两个晶种颗粒喷入口，所述两个晶种颗粒喷入口设置于同一水平面内，且两个晶种颗粒喷入口共圆外切。

3.根据权利要求2所述的焙烧装置，其特征在于，所述共圆外切的圆面积为区域截面面积的分之一至三分之二；所述区域截面面积为与所述圆共面的相应区域的截面面积。

4.根据权利要求2所述的焙烧装置，其特征在于，所述空气喷入口、水雾喷入口、溶液雾化喷入口和晶种颗粒喷入口中的一个或多个喷入口设置有喷嘴，所述喷嘴与所述喷入口之间的角度可调。

5.根据权利要求1所述的焙烧装置，其特征在于，所述炉体结构的底部设置有检修口和/或排渣口。

6.根据权利要求1所述的焙烧装置，其特征在于，所述炉体内还形成有出料区域，所述出料区域位于雾化反应区域上部且与雾化反应区域连通；所述出料区域的截面尺寸小于所述雾化反应区域，并且所述雾化反应区域至出料区域截面尺寸渐缩。

7.根据权利要求1所述的焙烧装置，其特征在于，所述炉体结构为复合结构，其由外至内依次包括钢板层、隔热层、第一耐火层、第二耐火层和耐腐蚀层。

8.根据权利要求1所述的焙烧装置，其特征在于，所述水雾入口机构设置于空气入口机构的上方。