CN111363914A - 一种多段外热回转炉酸化焙烧稀土精矿的系统及方法 - Google Patents

一种多段外热回转炉酸化焙烧稀土精矿的系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多段外热回转炉酸化焙烧稀土精矿的方法及系统，将稀土精矿通过计量进入外热式回转干燥炉，控制物料加热温度和炉内停留时间，尾气排放，粉尘与硫酸送至回转酸化炉中，控制物料温度和炉内停留时间；尾气进入酸化尾气回收装置中达标排放；酸化物料进入回转焙烧炉焙烧，控制物料温度和在炉内停留时间，焙烧尾气进入焙烧尾气回收装置达标排放；高温焙烧物料进入回转冷却炉冷却，并送至水浸工序，得到焙料浸出率在93～98％的酸化焙烧稀土精矿。本发明大大降低了尾气的处理量和运行成本，干燥稀土精矿的流动性好，降低了设备和管道腐蚀率，减少了设备管道堵塞。

Description

一种多段外热回转炉酸化焙烧稀土精矿的系统及方法
技术领域
本发明属于湿法冶金技术领域，涉及一种多段外热回转炉酸化焙烧稀土精矿的系统及方法。
背景技术
稀土矿是我国重要的矿物资源，其中包头白云鄂博矿区稀土储量占全国总储量的80％以上。包头稀土矿主要是氟碳铈矿和独居石的混合矿。我国从20世纪70年代采用浓硫酸法焙烧冶炼混合型稀土精矿，为我国稀土矿产业的发展作出了重要贡献，在此期间进行了两次优化改良，即第一代硫酸法、第二代硫酸法。现在普遍采用的是第三代硫酸法即高温强化焙烧法。
浓硫酸高温强化焙烧法的主要工艺是在稀土精矿中加入1.3～1.5倍的浓硫酸(92％以上)，经搅拌混合后进入回转窑酸化焙烧1.5～3小时，物料在回转窑内逐步被加热到800℃，经反应产生尾气排出去尾气吸收系统，焙烧料排出后水浸、中和、分离、转型得到碳酸稀土。
目前浓硫酸高温强化焙烧法存在以下缺点：(1)稀土精矿在一台回转窑中完成干燥、低温酸化、高温焙烧，产生的尾气处理比较困难。(2)采用内热式回转窑，处理气量大，废气温度高，降温和处理尾气需较多能耗。(3)产生的废气及硫酸蒸汽易泄露造成现场环境恶劣，污染严重。赵治华等在专利CN
1847418A中公开了“分步法硫酸稀土焙烧分解包头稀土精矿”的发明专利。该工艺提出了低温焙烧与高温焙烧的联合工艺，将尾气成分分步吸收成为氟硅混酸与硫酸，该工艺通过前端优化降低了后端的处理难度。该专利虽然采用了分步处理稀土精矿的方法，但是稀土精矿中的自由水没有提前干燥而是直接进行酸化反应，降低了硫酸的浓度，易腐蚀设备和管道。赵迎朝等在专利CN
102912117A中公开了“一种硫酸稀土精矿回转窑焙烧装置的二次焙烧工艺”的发明专利，该专利是将焙烧炉燃烧系统的高温燃烧废气排放进入低温焙烧炉中，将废气的余热再利用，在低温焙烧炉换热后，从低温焙烧炉排出进入打散干燥机中，焙烧炉系统的硫酸稀土精矿焙烧料在低温焙烧炉焙烧完成后进入高温焙烧炉，在完成高温焙烧后通过冷却机一侧的排料管进入溶解池。该专利虽然分步焙烧分解稀土精矿，但采用内热式回转窑酸化焙烧工艺，通过废气携带的余热再利用，废气量大且使得废气在后续处理增加了困难。
以上方法虽然运用分步焙烧进行稀土精矿的冶炼，但是因为采用内热式回转窑酸化焙烧工艺，处理气量和粉尘量大，极易堵塞管道，导致运行费用高，维修频繁。同时由于加热烟气中水分含量高，在酸化焙烧时腐蚀设备，所以劳动强度较大，现场工作环境差，生产效率低下。鉴于上述的诸多原因，需要改进稀土精矿酸化焙烧的工艺，降低稀土精矿酸化焙烧生产工艺的尾气量，提高稀土精矿的浸出率。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种多段外热回转炉酸化焙烧稀土精矿的系统及方法，该系统大大降低了尾气处理量，干燥稀土精矿的流动性好，不易堵塞管道，成本低；防止因加热烟气中水分在酸化焙烧时腐蚀设备，和硫酸蒸汽对设备管道的腐蚀。
本发明是通过下述技术方案来实现的。
一种多段外热回转炉酸化焙烧稀土精矿的方法，包括如下步骤：
1)将含水4～30％的稀土精矿进入稀土料仓；
2)稀土精矿通过计量装置称重后进入外热式回转干燥炉，物料温度加热至110～200℃，物料在外热式回转干燥炉内停留0.5～2.5小时，干燥后的尾气排出进入布袋式除尘器除尘后排放，干燥后的粉尘输送至计量装置Ⅱ；干燥后的稀土精矿经计量装置Ⅱ进入混料装置；
3)进入混料装置的稀土精矿按照与硫酸按质量比为1:(1.1～1.7)进入回转酸化炉中，回转酸化炉的物料温度为200～320℃，物料在炉内停留时间为1～5小时；回转酸化炉产生的尾气进入酸化尾气回收装置中达标排放；酸化物料从酸化炉排出；
4)从酸化炉排出的酸化物料进入回转焙烧炉焙烧，物料温度控制在400～600℃，物料在炉内停留时间为1～4小时，焙烧尾气从焙烧炉排出进入焙烧尾气回收装置达标排放；高温焙烧物料进入回转冷却炉；
5)物料在回转冷却炉中从400～600℃冷却至100℃以下，并送至水浸工序，得到焙料浸出率在93～98％的酸化焙烧稀土精矿。
优选的，所述回转干燥炉采用烟气夹套式干燥或蒸汽列管干燥，加热源与物料不接触。
优选的，所述干燥后的尾气从气相出口排出，尾气温度≥120℃。
优选的，所述硫酸浓度为92～100％。
优选的，所述回转酸化炉加热源为烟气夹套换热。
优选的，所述回转焙烧炉采用高温烟气夹套换热。
优选的，所述回转冷却炉采用列管冷却，循环水走管程，循环水与物料间接换热。
本发明上述方法采用的多段外热回转炉酸化焙烧稀土精矿的系统，包括稀土料仓、回转干燥炉、布袋式除尘器、混料装置、硫酸罐、回转酸化炉、酸化尾气回收装置、回转焙烧炉、焙烧尾气回收装置和回转冷却炉；稀土料仓通过计量装置Ⅰ连通回转干燥炉，回转干燥炉分别连通布袋式除尘器和计量装置Ⅱ，计量装置Ⅱ和硫酸罐连通混料装置，混料装置连通回转酸化炉，回转酸化炉分别连通酸化尾气回收装置和回转焙烧炉，回转焙烧炉分别连通焙烧尾气回收装置和回转冷却炉。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
1.充分结合稀土精矿低温酸化和高温焙烧的特点，采用外热式回转炉对稀土精矿进行低温酸化和控制高温焙烧工艺，大大降低了尾气的处理量，尾气量仅为原内热式回转炉的1/10；并且尾气分段处理，大大降低了尾气的处理难度和运行成本，酸化尾气回收的HF和SiF4浓度高，可达20～30％。因为焙烧尾气量小，尾气中的SO2浓度高，易于收集处理。
2.采用回转干燥炉和控制干燥工艺对稀土精矿进行干燥，防止过多水分进入后续工段，降低硫酸浓度，加剧设备和管道腐蚀。干燥稀土精矿的流动性好，能减少在后续流程中架桥和堵塞情况的发生。
3.由于采用分步酸化焙烧的方法，降低了硫酸在回转酸化炉中的挥发，避免原料的浪费并减少硫酸蒸汽的泄露对设备及管道的腐蚀。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1为本发明的工艺流程图。
图中：1.稀土料仓，2.计量装置Ⅰ，3.回转干燥炉，4.布袋式除尘器，5.计量装置Ⅱ，6.硫酸罐，7.混料装置，8.回转酸化炉，9.酸化尾气回收装置，10.回转焙烧炉，11.焙烧尾气回收装置，12.回转冷却炉。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明实施例提供的一种多段外热回转炉酸化焙烧稀土精矿系统，包括稀土料仓1、回转干燥炉3、布袋式除尘器4、混料装置7、硫酸罐6、回转酸化炉8、酸化尾气回收装置9、回转焙烧炉10、焙烧尾气回收装置11和回转冷却炉12；稀土料仓1通过计量装置Ⅰ2连通回转干燥炉3，回转干燥炉3分别连通布袋式除尘器4和计量装置Ⅱ5，计量装置Ⅱ5和硫酸罐6连通混料装置7，混料装置7连通回转酸化炉8，回转酸化炉8分别连通酸化尾气回收装置9和回转焙烧炉10，回转焙烧炉10分别连通焙烧尾气回收装置11和回转冷却炉12。
首先通过外热式回转干燥炉将稀土精矿水分干燥至1％以下，干燥的目的一是为了防止多余水分进入回转酸化炉腐蚀设备和管道，二是为了降低后续工段的尾气气量和处理难度。干燥后的稀土精矿和硫酸混合后进入回转酸化炉8，完成酸化反应的酸化料进入回转焙烧炉进行高温焙烧，焙烧的目的是为了将稀土精矿中的钍转化为不溶性渣。酸化尾气和焙烧尾气分别进行处理，酸化尾气主要含有HF和SiF4，可吸收富集作为副产品氟硅混酸；焙烧尾气中的硫酸回收用于投料酸。经过高温焙烧的焙烧料进入回转冷却炉，冷却完成后进入水浸工序。其中回转干燥炉、回转酸化炉、回转焙烧炉、回转冷却炉均为外热式回转炉。
本发明的多段外热式回转炉酸化焙烧稀土精矿的方法如下：
1)将含水4～30％的稀土精矿进入稀土料仓1；
2)稀土精矿通过计量装置Ⅰ2称重后进入回转干燥炉3，回转干燥炉3采用烟气夹套式干燥或蒸汽列管干燥，加热源与物料不接触；物料温度加热至110～200℃，物料在外热式回转干燥炉内停留0.5～2.5小时，干燥后的尾气从气相出口排出，尾气温度≥120℃，防止水蒸气冷凝，尾气排出后进入布袋式除尘器4，经除尘后，尾气达标排放，粉尘收集后输送至计量装置Ⅱ5。干燥后的稀土精矿含水量0.1～1％，从回转干燥炉3固相出口排出后进入计量装置Ⅱ5。
3)从回转干燥炉排出的稀土精矿经计量装置Ⅱ5计量与硫酸罐中的硫酸(浓度92～100％)按质量比为1:(1.1～1.7)，经混料装置7混料后进入回转酸化炉8中，回转酸化炉8加热源为烟气夹套换热，回转酸化炉的物料温度为200～320℃，物料在炉内停留时间为1～5小时。回转酸化炉产生的尾气从气相出口排出进入酸化尾气回收装置9中，回收HF、SiF4和SO2等气体后达标排放。每吨稀土精矿产生酸化尾气350～600m3/h，酸化物料从酸化炉8固相出口排出。
4)从酸化炉8排出的酸化物料进入回转焙烧炉10进行焙烧，回转焙烧炉10采用高温烟气夹套换热。物料温度控制在400～600℃。物料在炉内停留时间为1～4小时，焙烧尾气从焙烧炉10气相出口排出进入焙烧尾气回收装置11回收硫酸酸雾、SO2等后达标排放。每吨稀土精矿产生焙烧尾气350～500m3/h；高温焙烧物料从固相出口排出进入回转冷却炉12。
(5)回转冷却炉采用列管冷却，循环水走管程，循环水与物料间接换热，物料在冷却炉12中从400～600℃冷却至100℃以下，并送至水浸工序。焙料料浸出率在93～98％。
下面通过不同实施例来进一步说明本发明。
实施例1：
将含水5％～8％的稀土精矿输送至稀土料仓1中，经计量装置Ⅰ2计量后进入回转干燥炉3，回转干燥炉3采用烟气夹套式干燥，保持干燥物料温度在110～130℃之间，干燥时间0.5小时，干燥后的尾气从气相出口排出，尾气温度≥120℃，防止水蒸气冷凝，尾气排出后进入布袋式除尘器4，经除尘后，尾气达标排放，粉尘收集后输送至计量装置Ⅱ5。干燥后的稀土精矿含水量0.8％，从回转干燥炉3固相出口排出后进入计量装置Ⅱ5。
干稀土精矿经计量装置Ⅱ5计量与来自硫酸罐6的硫酸100％按1:1.1配比在混料装置7中混合后迅速送入回转酸化炉8中，回转酸化炉8加热源为烟气夹套换热，将酸化料物料温度控制在250℃左右。物料在回转酸化炉8内的停留时间为5小时。回转酸化炉8反应产生的尾气从气相出口排出进入酸化尾气回收装置9中，回收HF、SiF4和SO2等气体后达标排放。每吨稀土精矿产生酸化尾气350m3/h。酸化物料从酸化炉8固相出口排出。
从酸化炉8排出的酸化物料进入回转焙烧炉10进行焙烧，回转焙烧炉10采用高温烟气夹套换热。焙烧物料温度400～450℃，焙烧时间4小时。焙烧尾气从焙烧炉10气相出口排出进入焙烧尾气回收装置11回收硫酸酸雾、SO2等后达标排放。每吨稀土精矿产生焙烧尾气350m3/h。焙烧物料从固相出口排出进入回转冷却炉12。
回转冷却炉12采用列管冷却，循环水走管程，物料在冷却炉12中冷却至60℃以下。物料冷却后进入水浸工序。焙烧料浸出率为93％。
实施例2：
将含水13～15％的稀土精矿输送至稀土料仓1中，经计量装置Ⅰ2计量后进入回转干燥炉3，回转干燥炉3采用蒸汽列管干燥，保持干燥物料温度在200℃，干燥时间2.5小时，干燥后的尾气从气相出口排出，尾气温度≥120℃，以防止水蒸气冷凝，尾气排出后进入布袋式除尘器4，经除尘后，尾气达标排放，粉尘收集后输送至计量装置Ⅱ5。干燥后的稀土精矿含水量1％，干燥后的稀土精矿从回转干燥炉3排出后进入计量装置Ⅱ5。
干稀土精矿经计量装置Ⅱ5计量后由混料装置7送入回转酸化炉8，硫酸罐6的92％硫酸按1:1.7配比经硫酸管路输送至回转酸化炉8内与干精矿混合，酸化炉加热源为烟气夹套换热，将酸化料温度控制在300～350℃。物料在酸化炉8内的停留时间为2小时。在酸化炉8反应产生的尾气从气相出口排出进入酸化尾气回收装置9中回收HF、SiF4和SO2等气体后达标排放。每吨稀土精矿产生酸化尾气600m3/h。酸化物料从酸化炉8固相出口排出。
从酸化炉8排出的酸化物料进入回转焙烧炉10进行焙烧，焙烧炉10采用高温烟气夹套换热。焙烧物料温度580～600℃，焙烧时间2小时。焙烧尾气从回转焙烧炉10气相出口排出进入焙烧尾气回收装置11回收硫酸酸雾、SO2等后达标排放。每吨稀土精矿产生焙烧尾气500m3/h。焙烧物料从固相出口排出进入回转冷却炉12。
回转冷却炉12采用列管冷却，循环水走管程，物料在冷却炉12中冷却至100℃以下。物料冷却后进入水浸工序。焙烧料浸出率为98％。
实施例3：
将含水5～10％的稀土精矿输送至稀土料仓1中，经计量装置Ⅰ2计量后进入回转干燥炉3，回转干燥炉3采用烟气夹套式干燥，保持干燥物料温度在150～180℃之间，干燥时间1小时，干燥后的尾气从气相出口排出，尾气温度≥120℃，防止水蒸气冷凝，尾气排出后进入布袋式除尘器4，经除尘后，尾气达标排放，粉尘收集后输送至计量装置Ⅱ5。干燥后的稀土精矿含水量0.1％，干燥后的稀土精矿从回转干燥炉3固相出口排出后进入计量装置Ⅱ5。
干稀土精矿经计量装置Ⅱ5计量与来自硫酸罐6的硫酸98％按1:1.3配比在混料装置7中混合后迅速送入回转酸化炉8中，回转酸化炉8加热源为烟气夹套换热，将酸化料物料温度控制在280℃左右。物料在酸化炉8内的停留时间为3小时。酸化炉8反应产生的尾气从气相出口排出进入酸化尾气回收装置9中回收HF、SiF4和SO2等气体后达标排放。每吨稀土精矿产生酸化尾气436m3/h。酸化物料从酸化炉8固相出口排出。
从酸化炉8排出的酸化物料进入回转焙烧炉10进行焙烧，回转焙烧炉10采用高温烟气夹套换热。焙烧物料温度510℃，焙烧时间1小时。焙烧尾气从焙烧炉10气相出口排出进入焙烧尾气回收装置11回收硫酸酸雾、SO2等后达标排放。每吨稀土精矿产生焙烧尾气380m3/h。焙烧物料从固相出口排出进入回转冷却炉12。
回转冷却炉12采用列管冷却，循环水走管程，物料在冷却炉12中冷却至80℃以下。物料冷却后进入水浸工序。焙烧料浸出率为95.5％。
实施例4：
将含水12～30％的稀土精矿输送至稀土料仓1中，经计量装置Ⅰ2计量后进入回转干燥炉3，回转干燥炉3采用烟气夹套式干燥，保持干燥物料温度在140～160℃之间，干燥时间2小时，干燥后的尾气从气相出口排出，尾气温度≥120℃，防止水蒸气冷凝，尾气排出后进入布袋式除尘器4，经除尘后，尾气达标排放，粉尘收集后输送至计量装置Ⅱ5。干燥后的稀土精矿含水量0.3％，干燥后的稀土精矿从回转干燥炉3固相出口排出后进入计量装置Ⅱ5。
干稀土精矿经计量装置Ⅱ5计量与来自硫酸罐6的硫酸95％按1:1.5配比在混料装置7中混合后迅速送入回转酸化炉8中，回转酸化炉8加热源为烟气夹套换热，将酸化料物料温度控制在320℃左右。物料在酸化炉8内的停留时间为1小时。酸化炉8反应产生的尾气从气相出口排出进入酸化尾气回收装置9中回收HF、SiF4和SO2等气体后达标排放。每吨稀土精矿产生酸化尾气515m3/h。酸化物料从酸化炉8固相出口排出。
从酸化炉8排出的酸化物料进入回转焙烧炉10进行焙烧，回转焙烧炉10采用高温烟气夹套换热。焙烧物料温度550℃，焙烧时间3小时。焙烧尾气从焙烧炉10气相出口排出进入焙烧尾气回收装置11回收硫酸酸雾、SO2等后达标排放。每吨稀土精矿产生焙烧尾气466m3/h。焙烧物料从固相出口排出进入回转冷却炉12。
回转冷却炉12采用列管冷却，循环水走管程，物料在冷却炉12中冷却至55℃以下。物料冷却后进入水浸工序。焙烧料浸出率为96％。
通过本发明得到的酸化尾气最大为600m3/h；焙烧尾气最大为500m3/h；
焙烧料浸出率最低为93％，优于现有技术。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种多段外热回转炉酸化焙烧稀土精矿的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将含水4～30％的稀土精矿进入稀土料仓；
2)稀土精矿通过计量装置称重后进入外热式回转干燥炉，物料温度加热至110～200℃，物料在外热式回转干燥炉内停留0.5～2.5小时，干燥后的尾气排出进入布袋式除尘器除尘后排放，干燥后的粉尘输送至计量装置Ⅱ；干燥后的稀土精矿经计量装置Ⅱ进入混料装置；
3)进入混料装置的稀土精矿按照与硫酸按质量比为1:(1.1～1.7)进入回转酸化炉中，回转酸化炉的物料温度为200～320℃，物料在炉内停留时间为1～5小时；回转酸化炉产生的尾气进入酸化尾气回收装置中达标排放；酸化物料从酸化炉排出；
4)从酸化炉排出的酸化物料进入回转焙烧炉焙烧，物料温度控制在400～600℃，物料在炉内停留时间为1～4小时，焙烧尾气从焙烧炉排出进入焙烧尾气回收装置达标排放；高温焙烧物料进入回转冷却炉；
5)物料在回转冷却炉中从400～600℃冷却至100℃以下，并送至水浸工序，得到焙料浸出率在93～98％的酸化焙烧稀土精矿。
2.根据权利要求1所述的一种多段外热回转炉酸化焙烧稀土精矿的方法，其特征在于，所述回转干燥炉采用烟气夹套式干燥或蒸汽列管干燥，加热源与物料不接触。
3.根据权利要求1所述的一种多段外热回转炉酸化焙烧稀土精矿的方法，其特征在于，所述干燥后的尾气从气相出口排出，尾气温度≥120℃。
4.根据权利要求1所述的一种多段外热回转炉酸化焙烧稀土精矿的方法，其特征在于，所述硫酸浓度为92～100％。
5.根据权利要求1所述的一种多段外热回转炉酸化焙烧稀土精矿的方法，其特征在于，所述回转酸化炉加热源为烟气夹套换热。
6.根据权利要求1所述的一种多段外热回转炉酸化焙烧稀土精矿的方法，其特征在于，所述回转焙烧炉采用高温烟气夹套换热。
7.根据权利要求1所述的一种多段外热回转炉酸化焙烧稀土精矿的方法，其特征在于，所述回转冷却炉采用列管冷却，循环水走管程，循环水与物料间接换热。
8.一种权利要求1-7任一项所述方法采用的多段外热回转炉酸化焙烧稀土精矿的系统，其特征在于，包括稀土料仓、回转干燥炉、布袋式除尘器、混料装置、硫酸罐、回转酸化炉、酸化尾气回收装置、回转焙烧炉、焙烧尾气回收装置和回转冷却炉；稀土料仓通过计量装置Ⅰ连通回转干燥炉，回转干燥炉分别连通布袋式除尘器和计量装置Ⅱ，计量装置Ⅱ和硫酸罐连通混料装置，混料装置连通回转酸化炉，回转酸化炉分别连通酸化尾气回收装置和回转焙烧炉，回转焙烧炉分别连通焙烧尾气回收装置和回转冷却炉。
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