CN112494980A - 一种稀土氯化物冷却结晶的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于化学工程领域，具体涉及一种稀土氯化物冷却结晶的方法及其装置。本发明方法利用了液体沸腾温度随压力下降而降低的原理，在真空釜中对稀土氯化物进行冷却结晶，使从前侧工序流入到真空釜的高温料液快速沸腾蒸汽通过喷射式真空泵抽出，使釜内保持恒定负压，连续蒸发冷却，使稀土氯化物浓度达到过饱和，溶解在液体中的盐类即开始结晶，同时释放的结晶潜热，充分利用高温物料的热能和结晶潜热持续为新进入釜内料液蒸发提供热源，达到低温蒸发冷却结晶的目的。本发明的方法设备投资少，无需自然水循环冷却，无热量损失，操作简单，能耗低，可减少设备管道堵塞，实现连续长周期运行。

Description

一种稀土氯化物冷却结晶的方法及其装置

技术领域

本发明属于化学工程领域，具体涉及一种稀土氯化物冷却结晶的方法及其装置。

背景技术

稀土是钇和镧系元素的总称，在工农业生产上已被广泛应用。在已探明的稀土矿中，大都成分复杂、稀土含量少，不利于工业直接应用。目前用于工业生产的混合稀土精矿的品位一般为50％～60％，而原矿的稀土含量则远低于此水准，故需将稀土原矿中的脉石矿物及有害杂质成分有效去除，即经选矿处理获得稀土精矿后，再提取稀土。混合型稀土矿物中含有的稀土磷酸盐矿物(独居石)即使在高温条件下也十分稳定，在常温下更是难以用酸分解，虽然已有的硫酸焙烧和烧碱分解这两种方法技术成熟，并在工业上大量应用，但在环保、节能方面存在弊端。用烧碱分解稀土矿物是一种经典的分解方法，烧碱法分解混合型稀土精矿与独居石相同，也需要用高品位的稀土精矿作原料。由于分解过程中无酸性有害气体产生，故无须庞大复杂的废气处理设备，因此这一工艺已经得到了较快推广。但由于烧碱价格的上涨，且后续工艺需要大量的酸进行溶解，严重的影响了生产厂家的经济效益。

在专利号为ZL201010145840.9的中国专利中公开了″一种混合稀土精矿液碱焙烧分解提取工艺″，其提出了一种新的分解工艺，将稀土精矿与氢氧化钠溶液混合，在回转窑中焙烧分解，分解后的矿物综合提取稀土、氟、磷和钙等资源，工艺过程无废气、废渣。该技术的关键是稀土精矿与氢氧化钠溶液混合后在回转窑中的焙烧分解过程。

稀土碱法处理技术主要包括碱解、酸溶、调氨、结晶等处理步骤。结晶步骤中加热蒸发结晶，温度太低，结晶不完全；温度过高，容易发生水解。

在CN98112044.X的中国专利中公开了一种混合氯化稀土的生产方法，其包括选用原料、焙烧原料、盐酸浸取、酸浸渣碱转、中和除杂、浓缩，所述的浓缩步骤是负压加热滤液浓缩结晶。但没有提及如何进行负压浓缩结晶。

在CN201910400676.2的中国专利中公开一种结晶器，其中结晶器在导流筒内设有负压装置，负压装置使得引流筒内产生负压，从而富集未溶解颗粒，一方面，将料液中的氯化钾小颗粒吸引至循环筒内，进行消晶，使得氯化钾的结晶颗粒大而均匀；另一方面，仍未溶解的杂质颗粒会富集在导流筒与循环筒之间，便于作为渣液排出，减少含渣量，降低后续淡水洗涤量，保证氯化钾收率。

在CN 201911280240.0的中国专利申请中公开利用冷却结晶生产溶解度随温度变化无机盐的装置及方法，具体公开晶核生成器利用抽真空使饱和溶液降温的方法，通过控制温度下降的幅度，从而控制溶液的过饱和度，使成核的数量控制在一定范围内，特别是设计了罐体的自循环管，可以使先期产生的晶核在罐内循环流动悬浮，使罐内的液体过饱和度分布均匀，这样很好的控制了晶核从饱和溶液中析出的数量。避免不可控的爆发成核的产生。

在CN201420725932.8的中国专利申请中公开了一种稀土氯化物蒸发结晶系统，结晶装置包括冷却结晶器和负压发生器，稀土氯化物浓缩液在冷却结晶器中，在负压发生器的负压作用下，得以干燥形成晶体。

传统的氯化物料液冷却结晶均采用″高温蒸发→水冷或冷冻降温方式冷却结晶″工艺，在常压或微负压下使料液温度达到沸点，料液沸腾，溶剂蒸发，一般采用单效或多效高温循环加热方式进行蒸发浓缩，料液达到一定浓度后，过料到有夹套、盘管的冷却釜，采用自然水循环水冷或低温冷冻水相结合等型式进行热交换，使料液冷却结晶。此冷却结晶工艺方法设备庞大复杂，能耗高，效率低同时需大量排放热水，损失能源。目前一般一效蒸发器工作压力在0.2MPa-0.25MPa之间，二效蒸发器工作压力在0.03MPa-0.06MPa之间，蒸汽压力工艺指标太高，需要增大使用蒸汽流量来满足工艺，浪费大量的热能，蒸发效果也未达到预期，同时会缩短设备使用周期。

发明内容

针对以上问题，本发明方法摒弃传统的″高温蒸发→水冷或冷冻降温方式冷却结晶″工艺，采用一种全新的稀土氯化物负压冷却结晶工艺，解决现有的稀土氯化物冷却结晶工艺方法复杂，设备庞大复杂，能耗高，效率低同时需大量排放热水，损失能源的技术问题。

本发明方法利用了液体沸腾温度随压力下降而降低的原理，在真空釜中对氯化物进行冷却结晶，使从前侧工序流入到真空釜的高温料液快速沸腾蒸汽通过喷射式真空泵抽出，使釜内保持恒定负压，连续蒸发冷却，使氯化物浓度达到过饱和，溶解在液体中的盐类即开始结晶，同时释放的结晶潜热，充分利用高温物料的热能和结晶潜热持续为新进入釜内料液蒸发提供热源，达到低温蒸发冷却结晶的目的，然后将含有结晶颗粒的料浆从真空釜中抽出，泵入养晶结晶釜，使晶粒进一步长大，以便下一工序过滤脱水。

为此，本发明提供一种稀土氯化物冷却结晶方法，包括以下步骤：

步骤1：启动真空喷射泵，抽吸真空釜内的气体，使真空釜内形成负压；

步骤2：控制前段高温蒸发工序参数，使稀土氯化物物料处于近饱和状态；

步骤3：开启料液阀门，开启搅拌，利用真空将待冷却结晶的高温料液吸入真空釜内，进行负压低温冷却结晶，控制进料阀门以维持体系物料平衡；

步骤4：保持真空釜内始终在设定的负压下运行，真空釜内温度则控制在40-60℃；

步骤5：稀土氯化物料液连续进入真空釜，当达到设定的液位时，调整进料阀门使液位保持恒定，通过传感器显示负压釜的重量以确定结晶罐内物料的浓度及重量，根据物料的性质不同，稀土氯化物料液浓度达到设定值时，即开启过料泵向养晶釜泵送料液；稀土氯化物料液在不同温度下的饱和浓度也有不同，需根据不同物料作不同的工艺控制参数；

步骤6：对进入养晶釜的料液在搅拌条件下继续结晶养晶，据物料不同控制搅拌速度在30-75转/分，晶粒达到要求时，即可开启养晶釜底阀门向过滤设备放料。

优选地，步骤1中的负压设定为-0.09MPa至-0.092MPa；

优选地，步骤2中物料的温度在100-115℃。

优选地，步骤2中的物料为经初步处理的稀土氯化物物料。

本发明还提供一种稀土氯化物冷却结晶装置，包括真空喷射泵、真空釜、高温料液进口、养晶釜、过滤装置，所述真空喷射泵通过管道和阀门与真空釜连接，用于抽吸真空釜内的气体，使真空釜内形成负压，所述的真空釜的上端设置有高温料液进口，与前一工序的料液装置相连，用于提供氯化物料液，真空釜的下端通过管道与养晶釜的上端相连，养晶釜下端设置有阀门，便于向过滤装置放料。

优选地，在养晶釜设置有搅拌装置和结晶罐。

优选的，所述装置还包括工控机，用于控制真空喷射泵、高温料液进口、养晶釜，料液连续进入真空釜，当达到设定的液位时，调整进料阀门使液位保持恒定，通过传感器显示负压釜的重量以确定结晶罐内物料的浓度及重量，根据物料的性质不同，料液浓度达到设定值时，即开启过料泵向养晶釜泵送料液；料液在不同温度下的饱和浓度也有不同，需根据不同物料作不同的工艺控制参数。

有益效果：

本发明方法利用了液体沸腾温度随压力下降而降低的原理，在真空釜中对稀土氯化物进行冷却结晶，使从前侧工序流入到真空釜的高温料液快速沸腾蒸汽通过喷射式真空泵抽出，使釜内保持恒定负压，连续蒸发冷却，使稀土氯化物浓度达到过饱和，溶解在液体中的盐类即开始结晶，同时释放的结晶潜热，充分利用高温物料的热能和结晶潜热持续为新进入釜内料液蒸发提供热源，达到低温蒸发冷却结晶的目的。本发明的方法设备投资少，无需自然水循环冷却，无热量损失，操作简单，能耗低，可减少设备管道堵塞，实现连续长周期运行。

附图说明

图1本发明的稀土氯化物冷却结晶装置

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语″上″、″下″、″左″、″右″、″竖直″、″水平″、″内″、″外″等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语″第一″、″第二″、″第三″等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

根据本发明的氯化镧冷却结晶方法：

步骤1：启动真空喷射泵，抽吸真空釜内的气体，使真空釜内形成-0.09MPa负压；

步骤2：控制前段高温蒸发工序参数，使氯化镧料液浓度达到43％，温度控制在100℃；

步骤3：开启料液阀门，开启搅拌，利用真空将待冷却结晶的高温氯化镧料液吸入真空釜内，进行负压低温冷却结晶，控制进料阀门以维持体系物料平衡；

步骤4：保持真空釜内始终在-0.09MPa的负压下运行，真空釜内温度则控制在40℃；

步骤5：氯化镧液连续进入真空釜，当达到设定的液位时，调整进料阀门使液位保持恒定，通过传感器显示负压釜的重量以确定结晶罐内物料的浓度及重量，当釜内料液不再沸腾时，即开启过料泵向养晶釜泵送料液；

步骤6：对进入养晶釜的料液在搅拌条件下继续结晶养晶，控制搅拌速度在35转/分，晶粒达到要求时，即可开启养晶釜底阀门向过滤设备放料。

实施例2

根据本发明的氯化铈冷却结晶方法：

步骤1：启动真空喷射泵，抽吸真空釜内的气体，使真空釜内形成-0.092MPa负压；

步骤2：控制前段高温蒸发工序参数，使氯化铈料液浓度达到44％，物料温度控制在115℃；

步骤3：开启料液阀门，开启搅拌，利用真空将待冷却结晶的高温氯化铈料液吸入真空釜内，进行负压低温冷却结晶，控制进料阀门以维持体系物料平衡；

步骤4：保持真空釜内始终在设定的负压下运行，真空釜内温度则控制在50℃；

步骤5：氯化铈料液连续进入真空釜，当达到设定的液位时，调整进料阀门使液位保持恒定，通过传感器显示负压釜的重量以确定结晶罐内物料的浓度及重量，当釜内料液不再沸腾时，即开启过料泵向养晶釜泵送料液；

步骤6：对进入养晶釜的料液在搅拌条件下继续结晶养晶，控制搅拌速度在50转/分，晶粒达到要求时，即可开启养晶釜底阀门向过滤设备放料。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种稀土氯化物冷却结晶方法，包括以下步骤：

步骤1：启动真空喷射泵，抽吸真空釜内的气体，使真空釜内形成负压；

步骤2：控制前段高温蒸发工序参数，使稀土氯化物物料处于近饱和状态；

步骤3：开启料液阀门，开启搅拌，利用真空将待冷却结晶的高温稀土氯化物料液吸入真空釜内，进行负压低温冷却结晶，控制进料阀门以维持体系物料平衡；

步骤4：保持真空釜内始终在设定的负压下运行，真空釜内温度则控制在40-60℃；

步骤5：稀土氯化物料液连续进入真空釜，当达到设定的液位时，调整进料阀门使液位保持恒定，通过传感器显示真空釜的重量以确定结晶罐内物料的浓度及重量，根据物料的性质不同，料液浓度达到设定值时，即开启过料泵向养晶釜泵送料液；料液在不同温度下的饱和浓度也有不同，需根据不同物料作不同的工艺控制参数；

步骤6：在搅拌条件下对进入养晶釜的料液继续结晶养晶，根据物料不同控制搅拌速度在30-75转/分，晶粒达到要求时，即可开启养晶釜底阀门向过滤设备放料。

2.如权利要求1所述的稀土氯化物冷却结晶方法，其特征在于：步骤1中的负压设定为-0.09MPa至-0.092MPa。

3.如权利要求1或2所述的稀土氯化物冷却结晶方法，其特征在于：步骤2中物料的温度在100-115℃。

4.如权利要求1-3任一项所述的方法所述的稀土氯化物冷却结晶方法，其特征在于：步骤2中的物料为经初步处理的稀土氯化物物料。

5.一种稀土氯化物冷却结晶装置，包括真空喷射泵、真空釜、高温料液进口、养晶釜、过滤装置，所述真空喷射泵通过管道和阀门与真空釜连接，用于抽吸真空釜内的气体，使真空釜内形成负压，所述的真空釜的上端设置有高温料液进口，与前一工序的料液装置相连，用于提供稀土氯化物料液，真空釜的下端通过设置有过料泵的管道与养晶釜的上端相连，养晶釜下端设置有阀门，便于向过滤装置放料。

6.如权利要求5所述的稀土氯化物冷却结晶装置，其特征在于在养晶釜设置有搅拌装置和结晶罐。

7.如权利要求6所述的稀土氯化物冷却结晶装置，其特征在于所述冷却结晶装置还包括工控机，用于控制真空喷射泵、高温料液进口、养晶釜；当料液连续进入真空釜达到设定的液位时，调整进料阀门使液位保持恒定，通过传感器显示负压釜的重量以确定结晶罐内物料的浓度及重量，根据物料的性质不同，料液浓度达到设定值时，即开启过料泵向养晶釜泵送料液；料液在不同温度下的饱和浓度也有不同，需根据不同物料作不同的工艺控制参数。

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