CN113044849A - 一种用于硼铁矿中多种有价元素提取的系统及方法 - Google Patents

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高珊珊
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Abstract

本发明涉及能源化工领域，一种用于硼铁矿中多种有价元素提取的系统，包括粉碎机、立式焙烧炉、水淋过滤仓、沉淀器、过滤装置和返料装置，本设备可直接把铁矿石加工粉碎，通过焙烧、水淋分离、调节PH值沉铁、沉铝、沉镁、滤液蒸发结晶分离等多个步骤，实现铁矿石直接分离矿物质，可提取硼铁矿中的硅化物、硼、铁、铝和镁，本设备可完成硼铁矿中绝大部分矿物质的分离，同时实现氨气以及硫酸铵的循环利用，污染物排放极小，环保高效。本发明还提出一种用于硼铁矿中多种有价元素提取的方法。

Description

一种用于硼铁矿中多种有价元素提取的系统及方法
技术领域
本发明涉及能源化工领域，特别是一种用于硼铁矿中多种有价元素提取的系统。
背景技术
硼铁矿是我国最重要的硼资源。其全铁含量30％左右，含B2O310％左右，MgO30％左右，SiO220％左右，Al2O35％左右。目前，硼铁矿的处理工艺包括湿法和火法大多都仅限于回收其中的硼和铁，其他有用的物质均称为废渣排放，不仅占用了大量的土地，并且对环境造成了严重的污染。
发明内容
为解决上述问题，一种用于硼铁矿中多种有价元素提取的系统，可提取硼铁矿中的硅化物、硼、铁、铝和镁。本发明还提出一种用于硼铁矿中多种有价元素提取的方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于硼铁矿中多种有价元素提取的系统，包括粉碎机、立式焙烧炉、水淋过滤仓、沉淀器、过滤装置和返料装置，其中，所述粉碎机具有粉碎机入料口和粉碎机出料口，所述粉碎机出料口与立式焙烧炉的侧壁连通，粉碎机出料口与立式焙烧炉的侧壁的连接处具有可控制开闭的炉门；
所述立式焙烧炉还包括烟气管、过滤塔、第一过滤层、回料管、立式焙烧炉出料口和氨气管道，所述立式焙烧炉内的下部具有焙烧位，立式焙烧炉内主体上端与烟气管的第一端对接，烟气管的第二端与过滤塔的侧壁对接，第一过滤层设置在过滤塔内的上部，过滤塔的下端通过回料管与立式焙烧炉的侧壁连通，所述氨气管道的第一端与过滤塔上端连通，立式焙烧炉出料口设置在立式焙烧炉的下端，立式焙烧炉出料口与水淋过滤仓的入口对接；
所述水淋过滤仓的下端具有水淋过滤仓出液管，水淋过滤仓通过水淋过滤仓出液管与沉淀器的侧壁连通，沉淀器包括沉淀器电机、氨气输出管和沉淀器电磁阀，所述氨气输出管为立式结构，氨气输出管竖向插入到沉淀器主体内部，所述沉淀器电机与氨气输出管动力连接并可带动氨气输出管旋转，所述氨气管道的第二端与氨气输出管的上端对接，氨气输出管的下端具有氨气输出孔，所述沉淀器的底部具有出料口，该出料口处设有沉淀器电磁阀；
所述返料装置设置在沉淀器下方，过滤装置设置在沉淀器和返料装置之间，所述返料装置包括接料斗、缓冲箱、回收液管路、蒸发池、切换阀、回液泵和回液管，其中接料斗顶部敞开端与沉淀器的底部的出料口相对，接料斗通过三通管分别与缓冲箱和蒸发池对接，切换阀设置在三通管上，切换阀用于切换接料斗与缓冲箱连通或接料斗蒸发池连通，所述回液泵的进液口设置在缓冲箱底部，回液泵的出液口通过回液管与沉淀器连通。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述过滤塔或回料管上安装有用于加快过滤塔和回料管内粉体返回立式焙烧炉的震动机。
在第一个技术方案中，作为优选的，立式焙烧炉还包括翻板电机和焙烧翻板，其中焙烧翻板横置在立式焙烧炉内的下部，所述翻板电机的动力端穿过立式焙烧炉与焙烧翻板连接，翻板电机为步进式电机，翻板电机可步进式控制焙烧翻板翻转180度。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述氨气输出管下端具有挡板，所述氨气输出管侧壁靠近下端以及挡板上均设有氨气输出孔。
在第一个技术方案中，作为优选的，水淋过滤仓包括展料板、第二过滤层和喷淋设备，所述展料板和第二过滤层隔断的设置在水淋过滤仓内，展料板位于第二过滤层，展料板为倾斜设置的孔板，所述喷淋设备设置在水淋过滤仓的顶部，喷淋设备与市政水管对接。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述过滤装置包括转盘电机、转盘轴和过滤盘，转盘轴直立设置，转盘电机的动力端与转盘轴对接并可带动转盘轴转动，转盘轴的外周设有三个连杆，过滤盘安装在连杆设外侧端，转盘电机带动过滤盘交替的移动到沉淀器和返料装置之间。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述转盘电机为步进电机，转盘电机可步进式控制转盘轴旋转120度。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述连杆和过滤盘可拆卸连接，且连杆和过滤盘快装试连接。
在第二个技术方案中，一种用于硼铁矿中多种有价元素提取的方法，，使用如第一个技术方案中提出的用于硼铁矿中多种有价元素提取的系统，
根据硼铁矿的化学成分、矿相组成和热力学分析，设计硫酸铵焙烧硼铁矿的方法的工艺流程：
将磨细的硼铁矿与硫酸铵混合焙烧，硼铁矿中的铁、铝、镁、硼与硫酸铵反应生成可溶性盐，硅生成不溶于水的二氧化硅；焙烧烟气除尘后降温冷却得到硫酸铵固体，返回混料，循环使用；
过量的氨回收，用于沉铁、沉铝、沉镁；
焙烧熟料加水溶出后，二氧化硅不溶于水，过滤与溶于水的硫酸分离；
滤液采用氨调控pH值分别沉铁、沉铝、沉镁，制备羟基氧化铁、氢氧化铝、氢氧化镁；
滤液蒸发结晶分离得到硼酸铵和硫酸铵，硫酸铵返回混料，循环利用；
含二氧化硅的硅渣碱浸后，过滤洗涤得到二氧化硅产品，硅酸钠滤液经苛化，过滤洗涤得到硅酸钙产品；氢氧化钠滤液蒸发浓缩循环使用。
使用本发明的有益效果是：
本设备可直接把铁矿石加工粉碎，通过焙烧、水淋分离、调节PH值沉铁、沉铝、沉镁、滤液蒸发结晶分离等多个步骤，实现铁矿石直接分离矿物质，可提取硼铁矿中的硅化物、硼、铁、铝和镁。
附图说明
图1为本发明用于硼铁矿中多种有价元素提取的系统的示意图。
图2为本发明用于硼铁矿中多种有价元素提取的系统水淋过滤仓的示意图。
附图标记包括：
10-粉碎机，11-粉碎机入料口，12-粉碎机出料口，20-立式焙烧炉，21-翻板电机，22-焙烧翻板，23-烟气管，24-过滤塔，25-第一过滤层，26-回料管，27-震动机，28-立式焙烧炉出料口，29-氨气管道，30-水淋过滤仓，31-水淋过滤仓入料口，32-展料板，33-第二过滤层，34-喷淋设备，35-市政水管，36-水淋过滤仓出液管，40-沉淀器，41-沉淀器电机，42-氨气输出管，43-沉淀器电磁阀，51-转盘电机，52-转盘轴，53-过滤盘，61-接料斗，62-缓冲箱，63-回收液管路，64-蒸发池，65-切换阀，66-回液泵，67-回液管。
具体实施方式
为使本技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本技术方案进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而不是要限制本技术方案的范围。
实施例1
如图1、图2所示，本实施例提出的一种用于硼铁矿中多种有价元素提取的系统，包括粉碎机10、立式焙烧炉20、水淋过滤仓30、沉淀器40、过滤装置和返料装置，其中，粉碎机10具有粉碎机入料口11和粉碎机出料口12，粉碎机出料口12与立式焙烧炉20的侧壁连通，粉碎机出料口12与立式焙烧炉20的侧壁的连接处具有可控制开闭的炉门；
立式焙烧炉20还包括烟气管23、过滤塔24、第一过滤层25、回料管26、立式焙烧炉出料口28和氨气管道29，立式焙烧炉20内的下部具有焙烧位，立式焙烧炉20内主体上端与烟气管23的第一端对接，烟气管23的第二端与过滤塔24的侧壁对接，第一过滤层25设置在过滤塔24内的上部，过滤塔24的下端通过回料管26与立式焙烧炉20的侧壁连通，氨气管道29的第一端与过滤塔24上端连通，立式焙烧炉出料口28设置在立式焙烧炉20的下端，立式焙烧炉出料口28与水淋过滤仓30的入口对接；
水淋过滤仓30的下端具有水淋过滤仓出液管36，水淋过滤仓30通过水淋过滤仓出液管36与沉淀器40的侧壁连通，沉淀器40包括沉淀器电机41、氨气输出管42和沉淀器电磁阀43，氨气输出管42为立式结构，氨气输出管42竖向插入到沉淀器40主体内部，沉淀器电机41与氨气输出管42动力连接并可带动氨气输出管42旋转，氨气管道29的第二端与氨气输出管42的上端对接，氨气输出管42的下端具有氨气输出孔，沉淀器40的底部具有出料口，该出料口处设有沉淀器电磁阀43；
返料装置设置在沉淀器40下方，过滤装置设置在沉淀器40和返料装置之间，返料装置包括接料斗61、缓冲箱62、回收液管路63、蒸发池64、切换阀65、回液泵65和回液管67，其中接料斗61顶部敞开端与沉淀器40的底部的出料口相对，接料斗61通过三通管分别与缓冲箱62和蒸发池64对接，切换阀65设置在三通管上，切换阀65用于切换接料斗61与缓冲箱62连通或接料斗61蒸发池64连通，回液泵65的进液口设置在缓冲箱62底部，回液泵65的出液口通过回液管67与沉淀器40连通。
过滤塔24或回料管26上安装有用于加快过滤塔24和回料管26内粉体返回立式焙烧炉20的震动机27。
立式焙烧炉20还包括翻板电机21和焙烧翻板22，其中焙烧翻板22横置在立式焙烧炉20内的下部，翻板电机21的动力端穿过立式焙烧炉20与焙烧翻板22连接，翻板电机21为步进式电机，翻板电机21可步进式控制焙烧翻板22翻转180度。
氨气输出管42下端具有挡板，氨气输出管42侧壁靠近下端以及挡板上均设有氨气输出孔。
水淋过滤仓30包括展料板32、第二过滤层33和喷淋设备34，展料板32和第二过滤层33隔断的设置在水淋过滤仓30内，展料板32位于第二过滤层33，展料板32为倾斜设置的孔板，喷淋设备34设置在水淋过滤仓30的顶部，喷淋设备34与市政水管35对接。
过滤装置包括转盘电机51、转盘轴52和过滤盘53，转盘轴52直立设置，转盘电机51的动力端与转盘轴52对接并可带动转盘轴52转动，转盘轴52的外周设有三个连杆，过滤盘53安装在连杆设外侧端，转盘电机51带动过滤盘53交替的移动到沉淀器40和返料装置之间。
转盘电机51为步进电机，转盘电机51可步进式控制转盘轴52旋转120度。
连杆和过滤盘53可拆卸连接，且连杆和过滤盘53快装试连接。
实施例2
本实施例提出一种用于硼铁矿中多种有价元素提取的方法，使用如实施例1中提出的用于硼铁矿中多种有价元素提取的系统。
根据硼铁矿的化学成分、矿相组成和热力学分析，设计硫酸铵焙烧硼铁矿的方法的工艺流程：
将磨细的硼铁矿与硫酸铵混合焙烧，硼铁矿中的铁、铝、镁、硼与硫酸铵反应生成可溶性盐，硅生成不溶于水的二氧化硅；焙烧烟气除尘后降温冷却得到硫酸铵固体，返回混料，循环使用；
过量的氨回收，用于沉铁、沉铝、沉镁；
焙烧熟料加水溶出后，二氧化硅不溶于水，过滤与溶于水的硫酸分离；
滤液采用氨调控pH值分别沉铁、沉铝、沉镁，制备羟基氧化铁、氢氧化铝、氢氧化镁；
滤液蒸发结晶分离得到硼酸铵和硫酸铵，硫酸铵返回混料，循环利用；
含二氧化硅的硅渣碱浸后，过滤洗涤得到二氧化硅产品，硅酸钠滤液经苛化，过滤洗涤得到硅酸钙产品；氢氧化钠滤液蒸发浓缩循环使用。
实施例3
结合实施例1和实施例2，具体的，本装置的具体使用过程如下：
硼铁矿中，铁含量30％左右，含B2O310％左右，MgO 30％左右，SiO220％左右，Al2O35％左右，将硼铁矿和硫酸铵矿投入到粉碎机入料口11，硼铁矿粉碎到粒径80μm-150μm之间的硼铁矿粉，粉碎后的硼铁矿通过粉碎机出料口12进入到立式焙烧炉20，掉落到焙烧翻板22，在上述过程中硫酸铵和硼铁矿粉充分搅拌混合。立式焙烧炉20对硼铁矿粉和硫酸铵粉末焙烧后产生氨气和硫酸铵粉体，产生的烟气通过烟气管23进入到过滤塔24。烟气中硫酸铵粉体通过第一过滤层25过滤后，经过回料管26回到立式焙烧炉20焙烧翻板22上，返回混料，循环使用。烟气中的氨气回收，用于沉铁、沉铝、沉镁。
在硼铁矿和硫酸铵粉末充分焙烧之后形成焙烧熟料，翻板电机21控制焙烧翻板22翻转180度，硼铁矿中的铁、铝、镁、硼与硫酸铵反应生成可溶性盐，以及硅生成不溶于水的二氧化硅，同时经过水淋过滤仓入料口31落入到水淋过滤仓30。焙烧后的粉末落入到展料板32后充分展开，市政水管35接入水，通过喷淋设备34充分喷淋，铁化合物、铝化合物、镁化合物、硼化合物与硫酸铵为可溶性盐通过第二过滤层33和水淋过滤仓出液管36后进入沉淀器40，不溶于水的二氧化硅通过第二过滤层33过滤出，实现硅的分离，含二氧化硅的硅渣碱浸后，过滤洗涤得到二氧化硅产品，硅酸钠滤液经苛化，过滤洗涤得到硅酸钙产品；氢氧化钠滤液蒸发浓缩循环使用。
沉淀器40中的氨气输出管42通过氨气管道29与过滤塔24顶部对接，过滤塔24回收的氨气直接通入到铁化合物、铝化合物、镁化合物、硼化合物与硫酸铵混合的滤液中，滤液采用氨气调控PH值分别沉铁、沉铝、沉镁，制备羟基氧化铁、氢氧化铝、氢氧化镁。在此过程中，沉淀器电机41带动氨气输出管42转动，通过氨气搅拌滤液，同时氨气输出孔可分散氨气输出的密度，避免滤液内局部PH过高。
首先通入部分氨气调节PH值后沉铁，沉淀器40内设置PH传感器(图中未示出)，PH传感器检测到滤液PH达到预设值后，代表沉铁充分，沉淀器电磁阀43打开，剩余滤液和沉铁通过过滤盘53过滤后，经过接料斗61进入缓冲箱62，完成沉铁工艺。转盘电机51驱动转盘轴52带动过滤盘53转动，更换过滤盘53。沉铁工艺后的液体置于缓冲箱62，又回液泵65驱动通过回液管67返回到沉淀器40。再通入氨气，进一步降低剩余滤液的PH值，分步完成沉铝工艺、沉镁工艺，沉铝工艺、沉镁工艺与沉铁工艺类似，不再赘述。
在滤液完成沉铁工艺、沉铝工艺和沉镁工艺后，三个过滤盘53分别盛放羟基氧化铁、氢氧化铝、氢氧化镁，实现铁、铝和镁的分离。
在完成沉铁工艺、沉铝工艺和沉镁工艺后，切换阀65切换状态，使得接料斗61和蒸发池64连通，液体进入到蒸发池64，滤液蒸发结晶分离得到硼酸铵和硫酸铵，硫酸铵返回混料，循环利用。
本设备的动力学原理在期刊《轻金属》2018年11月发表的“硫酸铵焙烧法从硼铁矿提取镁及动力学的研究”(文章编号：1002-1752(2018)11-0044-06)中公开，该论文的第一作者为本专利的发明人，
本设备可完成硼铁矿中绝大部分矿物质的分离，同时实现氨气以及硫酸铵的循环利用，污染物排放极小，环保高效。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本技术内容的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本专利的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于硼铁矿中多种有价元素提取的系统，其特征在于：包括粉碎机、立式焙烧炉、水淋过滤仓、沉淀器、过滤装置和返料装置，其中，所述粉碎机具有粉碎机入料口和粉碎机出料口，所述粉碎机出料口与立式焙烧炉的侧壁连通，粉碎机出料口与立式焙烧炉的侧壁的连接处具有可控制开闭的炉门；
所述立式焙烧炉还包括烟气管、过滤塔、第一过滤层、回料管、立式焙烧炉出料口和氨气管道，所述立式焙烧炉内的下部具有焙烧位，立式焙烧炉内主体上端与烟气管的第一端对接，烟气管的第二端与过滤塔的侧壁对接，第一过滤层设置在过滤塔内的上部，过滤塔的下端通过回料管与立式焙烧炉的侧壁连通，所述氨气管道的第一端与过滤塔上端连通，立式焙烧炉出料口设置在立式焙烧炉的下端，立式焙烧炉出料口与水淋过滤仓的入口对接；
所述水淋过滤仓的下端具有水淋过滤仓出液管，水淋过滤仓通过水淋过滤仓出液管与沉淀器的侧壁连通，沉淀器包括沉淀器电机、氨气输出管和沉淀器电磁阀，所述氨气输出管为立式结构，氨气输出管竖向插入到沉淀器主体内部，所述沉淀器电机与氨气输出管动力连接并可带动氨气输出管旋转，所述氨气管道的第二端与氨气输出管的上端对接，氨气输出管的下端具有氨气输出孔，所述沉淀器的底部具有出料口，该出料口处设有沉淀器电磁阀；
所述返料装置设置在沉淀器下方，过滤装置设置在沉淀器和返料装置之间，所述返料装置包括接料斗、缓冲箱、回收液管路、蒸发池、切换阀、回液泵和回液管，其中接料斗顶部敞开端与沉淀器的底部的出料口相对，接料斗通过三通管分别与缓冲箱和蒸发池对接，切换阀设置在三通管上，切换阀用于切换接料斗与缓冲箱连通或接料斗蒸发池连通，所述回液泵的进液口设置在缓冲箱底部，回液泵的出液口通过回液管与沉淀器连通。
2.根据权利要求1所述的用于硼铁矿中多种有价元素提取的系统，其特征在于：所述过滤塔或回料管上安装有用于加快过滤塔和回料管内粉体返回立式焙烧炉的震动机。
3.根据权利要求1所述的用于硼铁矿中多种有价元素提取的系统，其特征在于：立式焙烧炉还包括翻板电机和焙烧翻板，其中焙烧翻板横置在立式焙烧炉内的下部，所述翻板电机的动力端穿过立式焙烧炉与焙烧翻板连接，翻板电机为步进式电机，翻板电机可步进式控制焙烧翻板翻转180度。
4.根据权利要求1所述的用于硼铁矿中多种有价元素提取的系统，其特征在于：所述氨气输出管下端具有挡板，所述氨气输出管侧壁靠近下端以及挡板上均设有氨气输出孔。
5.根据权利要求1-4任一项所述的用于硼铁矿中多种有价元素提取的系统，其特征在于：水淋过滤仓包括展料板、第二过滤层和喷淋设备，所述展料板和第二过滤层隔断的设置在水淋过滤仓内，展料板位于第二过滤层，展料板为倾斜设置的孔板，所述喷淋设备设置在水淋过滤仓的顶部，喷淋设备与市政水管对接。
6.根据权利要求1-4任一项所述的用于硼铁矿中多种有价元素提取的系统，其特征在于：所述过滤装置包括转盘电机、转盘轴和过滤盘，转盘轴直立设置，转盘电机的动力端与转盘轴对接并可带动转盘轴转动，转盘轴的外周设有三个连杆，过滤盘安装在连杆设外侧端，转盘电机带动过滤盘交替的移动到沉淀器和返料装置之间。
7.根据权利要求6所述的用于硼铁矿中多种有价元素提取的系统，其特征在于：所述转盘电机为步进电机，转盘电机可步进式控制转盘轴旋转120度。
8.根据权利要求6所述的用于硼铁矿中多种有价元素提取的系统，其特征在于：所述连杆和过滤盘可拆卸连接，且连杆和过滤盘快装试连接。
9.一种用于硼铁矿中多种有价元素提取的方法，，使用如权利要求1所述的用于硼铁矿中多种有价元素提取的系统，其特征在于：
根据硼铁矿的化学成分、矿相组成和热力学分析，设计硫酸铵焙烧硼铁矿的方法的工艺流程：
将磨细的硼铁矿与硫酸铵混合焙烧，硼铁矿中的铁、铝、镁、硼与硫酸铵反应生成可溶性盐，硅生成不溶于水的二氧化硅；焙烧烟气除尘后降温冷却得到硫酸铵固体，返回混料，循环使用；
过量的氨回收，用于沉铁、沉铝、沉镁；
焙烧熟料加水溶出后，二氧化硅不溶于水，过滤与溶于水的硫酸分离；
滤液采用氨调控pH值分别沉铁、沉铝、沉镁，制备羟基氧化铁、氢氧化铝、氢氧化镁；
滤液蒸发结晶分离得到硼酸铵和硫酸铵，硫酸铵返回混料，循环利用；
含二氧化硅的硅渣碱浸后，过滤洗涤得到二氧化硅产品，硅酸钠滤液经苛化，过滤洗涤得到硅酸钙产品；氢氧化钠滤液蒸发浓缩循环使用。
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吕晓姝等: "硫酸铵焙烧法从硼铁矿提取镁及动力学的研究", 《轻金属》 *

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