CN107628627A - 一种天然锂辉石循环焙烧晶型转换的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种天然锂辉石循环焙烧的晶型转换方法，其是将天然α‑锂辉石破碎成细小颗粒后，依次送入一级旋风预热器、二级旋风预热器中进行干燥预热，然后将干燥预热后的矿粉投入到循环焙烧炉内，通过与循环焙烧炉内的高温气体混合以快速达到晶型转换温度，再经高温旋风分离器分离、分料阀分料后，将未完全晶型转换的矿粉重新送入循环焙烧炉中进行循环焙烧直至完成晶型转换，而将完成晶型转换的矿粉经多级空气冷却，得到β‑锂辉石。本发明方法克服了传统回转窑焙烧晶转工艺与普通流化焙烧存在的缺点，具有能量利用率高、设备简单投资少、废气量少、处理量大，晶转温度控制准确、晶型转换更完全等优点。

Description

一种天然锂辉石循环焙烧晶型转换的方法

技术领域

本发明涉及一种矿石提锂技术领域，更具体为一种天然锂辉石循环焙烧的晶型转换方法。

背景技术

近年来，锂已经广泛应用到高新技术领域，特别是2015年以来国家大力支持新能源产业的发展，锂盐价格得到突飞猛进的增长。动力电池的研发对锂盐的需求出现爆发式的增长，目前国内锂盐产能已经无法满足国内锂盐需求，国内盐湖提锂技术难以有更大的突破，此时锂盐工业面临巨大的挑战，矿石提锂是主流提锂工艺，研究新的锂矿石提锂技术在一定程度上可以解决国内锂盐需求。

工业上主要以锂辉石为原料提取锂盐，但天然锂辉石结构稳定，难以与酸碱反应，一般需要通过晶型转换得到容易发生反应的晶型再通过不同的提锂工艺得到锂盐。在工业生产中普遍采用回转窑焙烧进行晶型转换，而该焙烧工艺呈现出设备占地面积大，温度控制难度大，产能小，能耗高，污染严重、成本高等一系列问题。与普通流化床焙烧工艺相比，循环焙烧炉具有控温更均匀，能量利用率更高，矿粉流化状态更容易控制，不会出现局部超温熔融现象等优势。本发明建立了一种采用循环焙烧炉进行晶型转换的方法，其将矿粉经过干燥预热后进入循环焙烧炉内进行循环焙烧至完成晶型转换，具有能量损失较小、锂辉石转型更完全的优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种天然锂辉石循环焙烧的晶型转换方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种天然锂辉石循环焙烧的晶型转换方法，其包括以下步骤：

1）将含水量不超过20%的天然α-锂辉石破碎成平均直径小于0.2mm的粉末；所用天然α-锂辉石中氧化锂的含量大于0.5%；

2）将所得锂辉石粉经给料机输送到通入有二级旋风预热器尾气的一级旋风预热器中进行流态化干燥预热，使其含水量小于10%，然后将流化干燥预热后的矿粉通入二级旋风预热器中；预热后的尾气通过除尘器进行气固分离，分离得到的矿粉一同引入二级旋风预热器中，剩余的废气除尘达标后经风机排到大气；

3）将步骤2）输送到二级旋风预热器内的矿粉用来自高温旋风分离器的高温尾气进行干燥预热，预热后所得矿粉的温度为600-900℃，含水量小于3%，然后将所得预热矿粉引入循环焙烧炉中；二级旋风预热器中分离的300-500℃的尾气进入步骤2）的一级旋风预热器中用于流态化干燥预热锂辉石粉；

4）在循环焙烧炉中使步骤3）所得预热矿粉与从循环焙烧炉底部燃烧室燃烧获得的1000-1150℃高温气体迅速混合（空床气速为1-4 m/s，矿粉与高温气体的运动方向一致），以使矿粉达到950-1100℃的晶型转换温度，然后将其通过循环焙烧炉上部连接的高温旋风分离器进行气固分离；分离的900-1050℃高温尾气送入步骤3）二级旋风预热器内用于干燥预热矿粉，分离所得矿粉经过分料阀，将其中未完全晶型转换的矿粉重新进入循环焙烧炉中循环焙烧5-60min至晶型转换完全，而将晶转完全的矿粉从分料阀中分离出来后，输送至冷却器中进行多级空气冷却，至其温度小于200℃，即得β-锂辉石；矿粉冷却过程中排出的空气的温度为200-500℃，将其引入到循环焙烧炉底部的燃烧室中作为燃烧空气，与燃料共同燃烧。

本发明的显著优点在于：

（1）本发明提出了一种将锂辉石矿磨细后再进行循环焙烧的晶型转换方法。其中，将锂辉石磨细更有利于传热，并可在循环焙烧过程中进一步强化传热效果，从而可大大缩短晶型转换时间；而采用循环焙烧炉进行焙烧，其循环床内温度分布更均匀，流体流化状态更稳定，使在循环系统中能实现锂辉石的完成晶型转换，避免了局部超温、部分熔融现象的发生，且其设备和能源的利用率更高，大大减少了投资成本。

（2）本发明方法可综合回收利用各工段能量，产生的废气量少，能源消耗低，与回转窑工艺过程相比可节省能源40%以上。

附图说明

图1为本发明循环焙烧的流程示意图，其中，1-一级旋风预热器、2-二级旋风预热器、3-循环焙烧炉、4-高温旋风分离器、5-分料阀、6-冷却器、7-除尘器。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种天然锂辉石循环流化焙烧的晶型转换方法包括以下步骤：

1）将含水量不超过20%的天然α-锂辉石破碎成平均直径小于0.2mm的粉末；所用天然α-锂辉石中氧化锂的含量大于0.5%；

2）将所得锂辉石粉经给料机输送到通入有二级旋风预热器2尾气的一级旋风预热器1中进行流态化干燥预热，使其含水量小于10%，然后将流化干燥预热后的矿粉通入二级旋风预热器2中；预热后的尾气通过除尘器7进行气固分离，分离得到的矿粉一同引入二级旋风预热器2中，剩余的废气除尘达标后经风机排到大气；

3）将步骤2）输送到二级旋风预热器2内的矿粉用来自高温旋风分离器4的高温尾气进行干燥预热，预热后所得矿粉的温度为600-900℃，含水量小于3%，然后将所得预热矿粉从底部引入循环焙烧炉3中；二级旋风预热器2中分离的300-500℃的尾气进入步骤2）的一级旋风预热器1中用于流态化干燥预热锂辉石粉；

4）在循环焙烧炉3中使步骤3）所得预热矿粉与从循环焙烧炉3底部燃烧室燃烧获得的1000-1150℃高温气体迅速混合（空床气速为1-4 m/s，矿粉与高温气体的运动方向一致），以使矿粉达到950-1100℃的晶型转换温度，然后将其通过循环焙烧炉3上部连接的高温旋风分离器4进行气固分离；分离的900-1050℃高温尾气送入步骤3）二级旋风预热器2内用于干燥预热矿粉，分离所得矿粉经过分料阀5，将其中未完全晶型转换的矿粉重新进入循环焙烧炉中循环焙烧5-60min至晶型转换完全，而将晶转完全的矿粉从分料阀5中分离出来后，输送至冷却器6中进行多级空气冷却，至其温度小于200℃，即得β-锂辉石；矿粉冷却过程中排出的空气的温度为200-500℃，将其引入到循环焙烧炉3底部的燃烧室中与燃料共同燃烧。

为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。

实施例1：

将天然α-锂辉石（氧化锂含量1.5%）球磨破碎成平均直径0.16mm的粉末；然后将所得锂辉石粉经给料机输送到通入有二级旋风预热器300℃尾气的一级旋风预热器中进行流态化干燥预热，使其含水量小于10%；将预热后的尾气通过除尘器进行气固分离，分离得到的矿粉与流化干燥预热后的矿粉一同引入二级旋风预热器中，用来自高温旋风分离器的900℃高温尾气进行干燥预热，预热后所得矿粉的温度为600℃，含水量小于3%，然后将所得预热矿粉从底部引入循环焙烧炉中，与1000℃高温气体迅速混合（空床气速为2 m/s，矿粉与高温气体的运动方向一致），以使矿粉达到1100℃的晶型转换温度，再将其流向高温旋风分离器进行气固分离；分离所得矿粉经过分料阀，将其中未完全晶型转换的矿粉重新进入循环焙烧炉中循环焙烧30min至晶型转换完全，而将晶转完全的矿粉从分料阀中分离出来后，输送至冷却器中进行多级空气冷却，至其温度小于200℃，即得β-锂辉石；矿粉冷却过程中排出的空气的温度为300℃，将其引入到循环焙烧炉底部的燃烧室中与燃料共同燃烧。β-锂辉石的晶型转化率为98%。

实施例2：

将天然α-锂辉石（氧化锂含量2.5%）球磨破碎成平均直径0.10mm的粉末；然后将所得锂辉石粉经给料机输送到通入有二级旋风预热器350℃尾气的一级旋风预热器中进行流态化干燥预热，使其含水量小于10%；将预热后的尾气通过除尘器进行气固分离，分离得到的矿粉与流化干燥预热后的矿粉一同引入二级旋风预热器中，用来自高温旋风分离器的950℃高温尾气进行干燥预热，预热后所得矿粉的温度为700℃，含水量小于3%，然后将所得预热矿粉从底部引入循环焙烧炉中，与1050℃高温气体迅速混合（空床气速为1 m/s，矿粉与高温气体的运动方向一致），以使矿粉达到1000℃的晶型转换温度，再将其流向高温旋风分离器进行气固分离；分离所得矿粉经过分料阀，将其中未完全晶型转换的矿粉重新进入循环焙烧炉中循环焙烧25min至晶型转换完全，而将晶转完全的矿粉从分料阀中分离出来后，输送至冷却器中进行多级空气冷却，至其温度小于200℃，即得β-锂辉石；矿粉冷却过程中排出的空气的温度为250℃，将其引入到循环焙烧炉底部的燃烧室中与燃料共同燃烧。β-锂辉石的晶型转化率为98%。

实施例3：

将天然α-锂辉石（氧化锂含量3.2%）球磨破碎成平均直径0.06mm的粉末；然后将所得锂辉石粉经给料机输送到通入有二级旋风预热器400℃尾气的一级旋风预热器中进行流态化干燥预热，使其含水量小于10%；将预热后的尾气通过除尘器进行气固分离，分离得到的矿粉与流化干燥预热后的矿粉一同引入二级旋风预热器中，用来自高温旋风分离器的1000℃高温尾气进行干燥预热，预热后所得矿粉的温度为600℃，含水量小于3%，然后将所得预热矿粉从底部引入循环焙烧炉中，与1100℃高温气体迅速混合（空床气速为3 m/s，矿粉与高温气体的运动方向一致），以使矿粉达到950℃的晶型转换温度，再将其流向高温旋风分离器进行气固分离；分离所得矿粉经过分料阀，将其中未完全晶型转换的矿粉重新进入循环焙烧炉中循环焙烧60min至晶型转换完全，而将晶转完全的矿粉从分料阀中分离出来后，输送至冷却器中进行多级空气冷却，至其温度小于200℃，即得β-锂辉石；矿粉冷却过程中排出的空气的温度为350℃，将其引入到循环焙烧炉底部的燃烧室中与燃料共同燃烧。β-锂辉石的晶型转化率为99%。

实施例4：

将天然α-锂辉石（氧化锂含量1.5%）球磨破碎成平均直径0.04mm的粉末；然后将所得锂辉石粉经给料机输送到通入有二级旋风预热器500℃尾气的一级旋风预热器中进行流态化干燥预热，使其含水量小于10%；将预热后的尾气通过除尘器进行气固分离，分离得到的矿粉与流化干燥预热后的矿粉一同引入二级旋风预热器中，用来自高温旋风分离器的1050℃高温尾气进行干燥预热，预热后所得矿粉的温度为900℃，含水量小于3%，然后将所得预热矿粉从底部引入循环焙烧炉中，与1150℃高温气体迅速混合（空床气速为4 m/s，矿粉与高温气体的运动方向一致），以使矿粉达到1050℃的晶型转换温度，再将其流向高温旋风分离器进行气固分离；分离所得矿粉经过分料阀，将其中未完全晶型转换的矿粉重新进入循环焙烧炉中循环焙烧5min至晶型转换完全，而将晶转完全的矿粉从分料阀中分离出来后，输送至冷却器中进行多级空气冷却，至其温度小于200℃，即得β-锂辉石；矿粉冷却过程中排出的空气的温度为350℃，将其引入到循环焙烧炉底部的燃烧室中与燃料共同燃烧。β-锂辉石的晶型转化率为99%。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种天然锂辉石循环焙烧的晶型转换方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）将天然α-锂辉石碎成颗粒细小的粉末；

2）将步骤1）所得锂辉石粉输送到一级旋风预热器中进行流态化干燥预热，将流化干燥预热后的矿粉通入二级旋风预热器中；将预热的尾气通过除尘器进行气固分离，分离得到的矿粉也引入到二级旋风预热器中，剩余的废气除尘达标后经风机排到大气；

3）将步骤2）输送到二级旋风预热器内的矿粉进行干燥预热后，引入到循环焙烧炉中；所得尾气返回到一级旋风预热器中；

4）在循环焙烧炉中使步骤3）所得预热矿粉与高温气体迅速混合以达到晶型转换温度，然后将所得高温矿粉和气流经循环焙烧炉上部连接的高温旋风分离器完成气固分离，分离所得矿粉经过分料阀，将其中未完全晶型转换的矿粉重新送入循环焙烧炉中循环焙烧至晶型转换完全，而将晶转完全的矿粉从分料阀中分离出来后输送至冷却器中进行多级空气冷却，即得β-锂辉石；高温旋风分离器中分离的高温尾气返回到二级旋风预热器中。

2.根据权利要求1所述的天然锂辉石循环焙烧的晶型转换方法，其特征在于：步骤1）中所述天然α-锂辉石中氧化锂的含量大于0.5%；其经破碎后所得颗粒的平均直径小于0.2mm。

3.根据权利要求1所述的天然锂辉石循环焙烧的晶型转换方法，其特征在于：步骤2）所述一级旋风预热器采用来源于二级旋风预热器的尾气进行锂辉石粉的流态化干燥预热，其尾气温度为300-500℃。

4.根据权利要求1所述的天然锂辉石循环焙烧的晶型转换方法，其特征在于：步骤2）中经流化干燥预热后所得锂辉石粉的含水量小于10%。

5.根据权利要求1所述的天然锂辉石循环焙烧的晶型转换方法，其特征在于：步骤3）所述二级旋风预热器采用来源于高温旋风分离器的高温尾气进行矿粉的干燥预热，其尾气温度为900-1050℃。

6.根据权利要求1所述的天然锂辉石循环焙烧的晶型转换方法，其特征在于：步骤3）中干燥预热后的矿粉温度为600-900℃，其含水量小于3%。

7. 根据权利要求1所述的天然锂辉石循环焙烧的晶型转换方法，其特征在于：步骤4）中循环焙烧炉内的温度为900-1150℃，空床气速为1-4 m/s；晶型转换的温度为950-1100℃；未完全晶型转换的矿粉循环焙烧的时间为5-60min。

8.根据权利要求1所述的天然锂辉石循环焙烧的晶型转换方法，其特征在于：步骤4）冷却过程中排出的空气温度为250-500℃，将其引入到循环焙烧炉用作燃烧空气。

9.根据权利要求1所述的天然锂辉石循环焙烧的晶型转换方法，其特征在于：步骤4）中经多级空气冷却后获得的矿粉温度小于200℃。