CN110172595A - 一种钒渣悬浮态氧化焙烧-酸浸提钒的装置及方法 - Google Patents

一种钒渣悬浮态氧化焙烧-酸浸提钒的装置及方法 Download PDF

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Abstract

一种钒渣悬浮态氧化焙烧‑酸浸提钒的装置及方法，装置中料仓、螺旋给料机、一级旋风分离器与悬浮焙烧炉依次连通，悬浮焙烧炉的顶部与二级旋风分离器连通，二级旋风分离器的出料口与搅拌浸出槽相对；悬浮焙烧炉的底部设有燃烧器。方法为：将钒渣粉置于料仓，经螺旋给料机输送到一级旋风分离器；在负压作用下，气固分离的一级固体物料进入悬浮焙烧炉；高温氧化性气体使一级固体物料处于悬浮流动状态，加热发生氧化反应；然后在二级旋风分离器内气固分离后，二级固体物料进入搅拌浸出槽；进行搅拌浸出过滤分离。本发明的装置气固传质传热效率高，有效避免物料的高温粘结；焙烧时间可大幅度缩短，提高设备生产效率并降低能耗。

Description

一种钒渣悬浮态氧化焙烧-酸浸提钒的装置及方法
技术领域
本发明属于矿物加工、冶金技术领域，特别涉及一种钒渣悬浮态氧化焙烧-酸浸提钒的装置及方法。
背景技术
钒渣是对含钒铁水在提钒过程中经氧化吹炼得到的，或含钒铁精矿经湿法提钒所得到的，含氧化钒的渣子，是制备金属钒和钒合金的原料；钒渣中主要的化学成分包括FeO，SiO2，V2O3，TiO2，MnO，CaO，Cr2O3及少量Al2O3；传统工艺提取钒渣中的钒基本以钠化氧化焙烧-水浸提钒工艺为主，以钠盐(如氯化钠、碳酸钠等)为添加剂，在一定温度下(750℃～850℃)将V2O3转化为水溶性的V2O5，对焙烧产物水浸，得到含钒浸取液，再加入铵制得多钒酸铵沉淀；但钠化焙烧能耗高，且会产生有毒有害的HCl、Cl2等有毒有害气体，环境污染严重；同时，回转窑在高温焙烧过程中易结圈、钠离子腐蚀窑衬，降低了钒的转化率和影响生产效率。
为了解决钠化氧化焙烧带来的污染问题，部分科研工作者尝试在回转窑焙烧时不采用钠盐，直接利用空气中的氧气在高温下使V2O3氧化为V2O5，然后酸浸提钒；相比钠盐焙烧，环境污染问题大大减少；但由于回转窑焙烧过程中气固接触不充分，钒的氧化转化效率低；同时，局部高温也容易导致回转窑结圈，影响生产效率；因此，新型钒渣氧化焙烧的技术与装备还有待研发。
发明内容
本发明的目的是提供一种钒渣悬浮态氧化焙烧-酸浸提钒的装置及方法，通过对钒渣进行悬浮态氧化焙烧，将钒渣中的V2O3转化为V2O5，再用硫酸进行浸出，利用流态化状态下气固传热传质效率高的优势，加快反应速度，缩短反应时间，提高生产效率。
本发明的钒渣悬浮态氧化焙烧-酸浸提钒的装置包括料仓、螺旋给料机、一级旋风分离器、悬浮焙烧炉、二级旋风分离器和搅拌浸出槽；料仓出口与螺旋给料机的进口连通，螺旋给料机的出口与一级旋风分离器的进料口连通，一级旋风分离器的出料口与悬浮焙烧炉下部的进料口连通，悬浮焙烧炉的顶部通过上部通道与二级旋风分离器的进料口连通，二级旋风分离器的出料口与搅拌浸出槽相对；其中悬浮焙烧炉的底部设有燃烧器，二级旋风分离器的出气口与一级旋风分离的进料口连通，一级旋风分离器的出气口与除尘设备的进料口连通，除尘设备的出气口与引风机连通。
本发明的钒渣悬浮态氧化焙烧-酸浸提钒的方法是采用上述装置，按以下步骤进行：
(1)将钒渣经破碎和磨细至粒径-0.074mm的部分占总质量≥60％，再筛分出粒径≤0.8mm的部分，作为钒渣粉；
(2)将钒渣粉置于料仓内，经螺旋给料机输送到一级旋风分离器的进料口管道中；在开启引风机的情况下，一级旋风分离器、悬浮焙烧炉和二级旋风分离器内形成负压；
(3)在负压作用下，钒渣粉经进料口管道进入一级旋风分离器内进行气固分离，形成的一级固体物料；一级固体物料进入悬浮焙烧炉底部；
(4)向燃烧器内通入天然气和空气，通过燃烧器燃烧产生高温氧化性气体；高温氧化性气体从悬浮焙烧炉底部进入悬浮焙烧炉，使悬浮焙烧炉内的一级固体物料处于悬浮流动状态，同时加热并发生氧化反应；
(5)氧化反应后的物料从上部通道进入二级旋风分离器，在二级旋风分离器内进行二次气固分离后，形成的二级固体物料在重力作用下经管道进入搅拌浸出槽；
(6)搅拌浸出槽内放置有硫酸溶液；二级固体物料进入搅拌浸出槽进行搅拌浸出，生成的浸出物料过滤分离，获得的液相为钒浸出液。
上述方法中，钒渣中按质量百分比含V2O3≥12％。
上述方法中，通入燃烧器的天然气和空气的体积流量比为1:12～1:15，高温氧化性气体中O2的体积百分比≥18％。
上述方法中，悬浮加热炉内高温氧化性气体的体积流量与一级固体物料的质量流量比为4～6m3/kg。
上述方法中，悬浮焙烧炉内的温度为1050～1200℃，一级固体物料在悬浮焙烧炉内的停留时间为30～60s。
上述方法中，一级旋风分离器内进行气固分离后，产生的一级尾气进入除尘设备，经除尘后由引风机排出。
上述方法中，二级旋风分离器内进行二次气固分离后，产生的二级尾气经进料口管道进入一级旋风分离器。
上述方法中，硫酸溶液的初始浓度为100～200g/L，进行搅拌浸出时，硫酸溶液与二级固体物料的液固比为4～6L/kg，搅拌浸出的温度为70～90℃，时间为4～6h。
上述方法中，搅拌浸出时的搅拌速度为400～600r/min。
上述方法中，二级固态物料中V3+被氧化为V5+的氧化率≥90％。
上述方法中，钒浸出液中钒的浸出率≥85％。
上述的钒浸出液经净化除杂后作为制备V2O5的原料。
本发明的基本原理是：钒渣粉料与氧化性高温烟气(O2浓度≥18％，1050～1200℃)在流态化作用下进行加热和氧化反应，使钒渣中的V2O3组元与烟气中的氧气快速反应生成V2O5；利用5价钒的化合物Fe(VO3)2、Fe(VO3)3等组分不溶于水但溶于酸的特点，可通过对氧化焙烧后的钒渣粉用硫酸等进行浸出，从而实现钒的高效提取。
与现有方法相比，本发明的一种钒渣悬浮态氧化焙烧—酸浸提钒的装置及方法的优势在于：工业上，钒渣的氧化焙烧大多以回转窑为主，但回转窑焙烧气固接触不充分，钒的氧化效果不佳；且回转窑运行过程中容易结圈，从而影响生产效率；相比回转窑焙烧，本发明的悬浮焙烧炉主体反应设备为流化床，气固传质传热效率高，炉内温度均匀，颗粒处于良好的悬浮流动状态，可有效避免物料的高温粘结问题；因此，焙烧时间可大幅度缩短，提高设备生产效率并降低能耗。
附图说明
图1为本发明的一种钒渣悬浮态氧化焙烧-酸浸提钒的装置结构示意图；
图中，1、料仓，2、螺旋给料机，3、一级旋风分离器，4、除尘设备，5、引风机，6、燃烧器，7、悬浮焙烧炉，8、上部通道，9、二级旋风分离器，10、搅拌浸出槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明一种钒渣悬浮态氧化焙烧-酸浸提钒的装置及方法作进一步详细说明。
本发明实施例中采用的钒渣的成分按质量百分比含TFe 32～40％，V2O5 12～18％，TiO2 10～13％，SiO2 14～18％，CaO 0.7～1.5％，MgO 2～5％，MnO2 4～10％，Cr2O3 1～5％。
本发明实施例中的一种钒渣悬浮态氧化焙烧-酸浸提钒的装置结构如图1所示，包括料仓1、螺旋给料机2、一级旋风分离器3、悬浮焙烧炉7、二级旋风分离器9和搅拌浸出槽10；料仓1出口与螺旋给料机的2进口连通，螺旋给料机2的出口与一级旋风分离器3的进料口通过进料口管道连通，一级旋风分离器3的出料口与悬浮焙烧炉7下部的进料口连通，悬浮焙烧炉7的顶部通过上部通道8与二级旋风分离器9的进料口连通，二级旋风分离器9的出料口与搅拌浸出槽10相对；其中悬浮焙烧炉7的底部设有燃烧器6，二级旋风分离器9的出气口与一级旋风分离3的进料口连通，一级旋风分离器3的出气口与除尘设备4的进料口连通，除尘设备4的出气口与引风机5连通。
本发明实施例中，一级旋风分离器内进行气固分离后，产生的一级尾气进入除尘设备，经除尘后由引风机排出。
本发明实施例中，二级旋风分离器内进行二次气固分离后，产生的二级尾气经进料口管道进入一级旋风分离器。
以下为本发明优选实施例。
实施例1
采用的钒渣按按质量百分比含TFe 36.10％，V2O5 12.64％，TiO2 12.05％，SiO215.75％，CaO 1.15％，MgO 3.55％，MnO2 4.8％，Cr2O3 1.8％；
(1)将钒渣经破碎和磨细至粒径-0.074mm的部分占总质量80％，再筛分出粒径≤0.8mm的部分，作为钒渣粉；
(2)将钒渣粉置于料仓内，经螺旋给料机输送到一级旋风分离器的进料口管道中；在开启引风机的情况下，一级旋风分离器、悬浮焙烧炉和二级旋风分离器内形成负压；
(3)在负压作用下，钒渣粉经进料口管道进入一级旋风分离器内进行气固分离，形成的一级固体物料；一级固体物料进入悬浮焙烧炉底部；
(4)向燃烧器内通入天然气和空气，通过燃烧器燃烧产生高温氧化性气体；高温氧化性气体从悬浮焙烧炉底部进入悬浮焙烧炉，使悬浮焙烧炉内的一级固体物料处于悬浮流动状态，同时加热并发生氧化反应；通入燃烧器的天然气和空气的体积流量比为1:12，高温氧化性气体中O2的体积百分比＝18％，悬浮加热炉内高温氧化性气体的体积流量与一级固体物料的质量流量比为5.5m3/kg，悬浮焙烧炉内的温度为1050℃，一级固体物料在悬浮焙烧炉内的停留时间为60s；二级固态物料中V3+被氧化为V5+的氧化率为91％；
(5)氧化反应后的物料从上部通道进入二级旋风分离器，在二级旋风分离器内进行二次气固分离后，形成的二级固体物料在重力作用下经管道进入搅拌浸出槽；
(6)搅拌浸出槽内放置有硫酸溶液；二级固体物料进入搅拌浸出槽进行搅拌浸出，生成的浸出物料过滤分离，获得的液相为钒浸出液；硫酸溶液的初始浓度为125g/L，进行搅拌浸出时，硫酸溶液与二级固体物料的液固比为4.5L/kg，搅拌浸出的温度为85℃，时间为5h；搅拌浸出时的搅拌速度为550r/min；钒浸出液中钒的浸出率86％；钒浸出液经净化除杂后作为制备V2O5的原料。
实施例2
采用的钒渣按按质量百分比含TFe 32.63％，V2O5 17.11％，TiO2 10.83％，SiO214.89％，CaO 1.12％，MgO 2.1％，MnO2 5.0％，Cr2O3 2.6％。
方法同实施例1，不同点在于：
(1)将钒渣经破碎和磨细至粒径-0.074mm的部分占总质量60％；
(2)通入燃烧器的天然气和空气的体积流量比为1:15，高温氧化性气体中O2的体积百分比＝20％，悬浮加热炉内高温氧化性气体的体积流量与一级固体物料的质量流量比为4.5m3/kg，悬浮焙烧炉内的温度为1150℃，一级固体物料在悬浮焙烧炉内的停留时间为40s；二级固态物料中V3+被氧化为V5+的氧化率为93％；
(3)硫酸溶液的初始浓度为180g/L，进行搅拌浸出时，硫酸溶液与二级固体物料的液固比为5.5L/kg，搅拌浸出的温度为90℃，时间为4.2h；搅拌浸出时的搅拌速度为500r/min；钒浸出液中钒的浸出率89％。
实施例3
采用的钒渣按按质量百分比含TFe 34.60％，V2O5 15.71％，TiO2 11.42％，SiO215.77％，CaO 0.99％，MgO 1.9％，MnO2 6.3％，Cr2O3 3.3％。
方法同实施例1，不同点在于：
(1)将钒渣经破碎和磨细至粒径-0.074mm的部分占总质量65％；
(2)通入燃烧器的天然气和空气的体积流量比为1:13，高温氧化性气体中O2的体积百分比＝19％，悬浮加热炉内高温氧化性气体的体积流量与一级固体物料的质量流量比为5.3m3/kg，悬浮焙烧炉内的温度为1200℃，一级固体物料在悬浮焙烧炉内的停留时间为30s；二级固态物料中V3+被氧化为V5+的氧化率为90％；
(3)硫酸溶液的初始浓度为150g/L，进行搅拌浸出时，硫酸溶液与二级固体物料的液固比为5L/kg，搅拌浸出的温度为85℃，时间为4.8h；搅拌浸出时的搅拌速度为450r/min；钒浸出液中钒的浸出率87％。

Claims (10)

1.一种钒渣悬浮态氧化焙烧-酸浸提钒的装置，其特征在于包括料仓、螺旋给料机、一级旋风分离器、悬浮焙烧炉、二级旋风分离器和搅拌浸出槽；料仓出口与螺旋给料机的进口连通，螺旋给料机的出口与一级旋风分离器的进料口连通，一级旋风分离器的出料口与悬浮焙烧炉下部的进料口连通，悬浮焙烧炉的顶部通过上部通道与二级旋风分离器的进料口连通，二级旋风分离器的出料口与搅拌浸出槽相对；其中悬浮焙烧炉的底部设有燃烧器，二级旋风分离器的出气口与一级旋风分离的进料口连通，一级旋风分离器的出气口与除尘设备的进料口连通，除尘设备的出气口与引风机连通。
2.一种钒渣悬浮态氧化焙烧-酸浸提钒的方法，其特征在于采用权利要求1所述的装置，按以下步骤进行：
(1)将钒渣经破碎和磨细至粒径-0.074mm的部分占总质量≥60％，再筛分出粒径≤0.8mm的部分，作为钒渣粉；
(2)将钒渣粉置于料仓内，经螺旋给料机输送到一级旋风分离器的进料口管道中；在开启引风机的情况下，一级旋风分离器、悬浮焙烧炉和二级旋风分离器内形成负压；
(3)在负压作用下，钒渣粉在一级旋风分离器内进行气固分离后，形成的一级固体物料；一级固体物料进入悬浮焙烧炉底部；
(4)向燃烧器内通入天然气和空气，通过燃烧器燃烧产生高温氧化性气体；高温氧化性气体从悬浮焙烧炉底部进入悬浮焙烧炉，使悬浮焙烧炉内的一级固体物料处于悬浮流动状态，同时加热并发生氧化反应；
(5)氧化反应后的物料从上部通道进入二级旋风分离器，在二级旋风分离器内进行二次气固分离后，形成的二级固体物料在重力作用下经管道进入搅拌浸出槽；
(6)搅拌浸出槽内放置有硫酸溶液；二级固体物料进入搅拌浸出槽进行搅拌浸出，生成的浸出物料过滤分离，获得的液相为钒浸出液。
3.根据权利要求2所述的一种钒渣悬浮态氧化焙烧-酸浸提钒的方法，其特征在于所述的钒渣中按质量百分比含V2O3≥12％。
4.根据权利要求2所述的一种钒渣悬浮态氧化焙烧-酸浸提钒的方法，其特征在于步骤(4)中，通入燃烧器的天然气和空气的体积流量比为1:12～1:15，高温氧化性气体中O2的体积百分比≥18％。
5.根据权利要求2所述的一种钒渣悬浮态氧化焙烧-酸浸提钒的方法，其特征在于步骤(4)中，悬浮加热炉内高温氧化性气体的体积流量与一级固体物料的质量流量比为4～6m3/kg。
6.根据权利要求2所述的一种钒渣悬浮态氧化焙烧-酸浸提钒的方法，其特征在于步骤(4)中，悬浮焙烧炉内的温度为1050～1200℃，一级固体物料在悬浮焙烧炉内的停留时间为30～60s。
7.根据权利要求2所述的一种钒渣悬浮态氧化焙烧-酸浸提钒的方法，其特征在于步骤(6)中，硫酸溶液的初始浓度为100～200g/L，进行搅拌浸出时，硫酸溶液与二级固体物料的液固比为4～6L/kg，搅拌浸出的温度为70～90℃，时间为4～6h。
8.根据权利要求2所述的一种钒渣悬浮态氧化焙烧-酸浸提钒的方法，其特征在于步骤(6)中，搅拌浸出时的搅拌速度为400～600r/min。
9.根据权利要求2所述的一种钒渣悬浮态氧化焙烧-酸浸提钒的方法，其特征在于所述的二级固态物料中V3+被氧化为V5+的氧化率≥90％。
10.根据权利要求2所述的一种钒渣悬浮态氧化焙烧-酸浸提钒的方法，其特征在于步骤(6)中，钒浸出液中钒的浸出率≥85％。
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