CN113088715B - 一种实现钒渣连续浸出系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种实现钒渣连续浸出系统，包括快速反应机构、慢速反应机构及加酸机构，快速反应机构包括立式配酸罐、与立式配酸罐连通的稀硫酸泵、与硫酸泵连接的一级射流器及与一级射流器出口连通的二级射流器，慢速反应机构设有与二级射流器连接的卧式搅拌装置及与卧式搅拌装置的排液端连通的带式抽滤装置，加酸机构包括高位罐，高位罐的进液端与立式配酸罐连接，高位罐的出液端与卧式搅拌装置连通。本发明通过一级射流器和二级射流器避免了立式搅拌罐快速反应段存在搅拌盲区、搅拌强度低的情况，卧式搅拌装置实现连续慢速反应，加酸装置确保流量稳定，提高氧化钒清洁生产工艺中浸出工艺效率和浸出工艺效果。

Description

一种实现钒渣连续浸出系统

技术领域

本发明涉及钒化工技术领域，特别涉及一种实现钒渣连续浸出系统。

背景技术

氧化钒清洁生产工艺中的浸出工艺，是指钒渣焙烧熟料与硫酸在浸出罐内搅拌并反应得到浸出液的过程。浸出过程分为两个反应阶段，快速反应阶段需在1/4时间内均匀加入80％的浓硫酸，并且需要强烈搅拌，慢速反应段需要在3/4的时间内均匀加入20％的稀硫酸，浸出效果取决于稀硫酸渗入钒渣芯部所需时间，与搅拌强度无关。

现有浸出装置为立式搅拌罐，只能逐罐地生产，不能形成连续料流，生产过程不稳定。由于钒渣是硬质颗粒物，对搅拌桨叶片形成强烈冲刷，浸出罐故障较多；尤其是后一步带式过滤工序，一旦断流，则不能形成滤饼，重新恢复过滤功能非常困难，经常中断生产。采用现有浸出装置，在实际浸出工艺中，浸出采用30立方大型立式搅拌器，功率达100多千瓦，能耗非常高，搅拌强度不足，效果不好，无用功较多，搅拌桨中心下方存在搅拌盲区，大量固体钒渣从液体中分离形成堆集，反应不完全，出料口容易被低速钒渣堵塞，浸出率不高，由于罐容大，传质慢，加酸量控制严重滞后，等pH值达到限定值时，加酸量已经超标了，反应过程难于掌控，影响浸出率；加酸装置采用高位罐方式，事先将高位罐装入稀硫酸，由第一级常开阀门控制开口度，以调整流量，第二级电动阀门控制开关时间，以控制加入量，由于罐内液位不停下降，则流量不断变小，造成进酸量不均匀，后期慢速反应段，只需要很少量的酸，以均匀速度加入，但由于只有一条加酸管路，加入流量又小不下来，故影响浸出效果。

虽然慢速反应段可以让搅拌器变频调速慢下来，但搅拌轴下方是搅拌盲区，不可避免地沉积大量钒渣，影响慢速段浸出效果。此外，大功率的变频电机和变频器使得一次性投资额暴增。

因此，如何提高氧化钒清洁生产工艺中浸出工艺效率和浸出工艺效果，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现钒渣连续浸出系统，通过射流器对钒渣进行快速反应，通过滚筒式搅拌装置进行钒渣慢速反应，提高氧化钒清洁生产工艺中浸出工艺效率和浸出工艺效果。

为解决上述技术问题，本发明提供一种实现钒渣连续浸出系统，包括快速反应机构、慢速反应机构及加酸机构，所述快速反应机构包括立式配酸罐、与所述立式配酸罐连通的稀硫酸泵、与所述硫酸泵连接的一级射流器及与所述一级射流器出口连通的二级射流器，所述慢速反应机构设有与所述二级射流器连接的卧式搅拌装置及与所述卧式搅拌装置的排液端连通的带式抽滤装置，所述加酸机构包括高位罐，所述高位罐的进液端与所述立式配酸罐连接，所述高位罐的出液端与所述卧式搅拌装置连通。

优选地，所述立式配酸罐的数量至少为2个，且各所述立式配酸罐上均设有排液电动阀。

优选地，所述一级射流器上安装有螺旋给料机。

优选地，所述二级射流器上设有用于加注浸出剂的浸出剂电动阀。

优选地，所述加酸机构还包括回流罐，所述回流罐的进液口与所述高位罐的溢流口连通，所述回流罐的出液口与所述高位罐的进液端连通。

优选地，所述高位罐的出液端设有至少一条常用支路及与至少一条备用支路，各所述常用支路分别对应与所述卧式搅拌装置的反应段连通，所述备用支路与所述常用支路并联设置。

优选地，所述常用支路和所述备用支路上均设有手动阀门和自动阀门。

优选地，所述慢速反应机构还设有折叠装置，所述折叠装置上安装有至少一个pH探头。

优选地，所述折叠装置包括剪刀式连杆及驱动所述剪刀式连杆伸缩折叠的丝杠总成。

优选地，所述剪刀式连杆上安装有与所述高位罐的出液端连通的加酸管。

本发明所提供的实现钒渣连续浸出系统，包括快速反应机构、慢速反应机构及加酸机构，快速反应机构包括立式配酸罐、与立式配酸罐连通的稀硫酸泵、与硫酸泵连接的一级射流器及与一级射流器出口连通的二级射流器，慢速反应机构设有与二级射流器连接的卧式搅拌装置及与卧式搅拌装置的排液端连通的带式抽滤装置，加酸机构包括高位罐，高位罐的进液端与立式配酸罐连接，高位罐的出液端与卧式搅拌装置连通；向立式配酸罐内放入水至设定量，启动搅拌，同时以恒定速度向立式配酸罐泵入浓硫酸，计量结束后，启动稀硫酸泵，稀硫酸泵向一级射流器输送稀硫酸，在一级射流器喷射稀硫酸内射流，一级射流器内部形成真空，从外界吸入钒渣颗粒，稀硫酸内射流在一级射流器内与钒渣颗粒进行高强度搅拌接触反应，一级射流器作为二级射流器的喷嘴向二级射流器内喷射内射流，同时向二级射流器内部注入浸出剂，浸出剂在二级射流器内部与钒渣颗粒和稀硫酸的混合物进行高强度搅拌接触反应，然后，二级射流器将浸出剂、钒渣颗粒和稀硫酸的混合物输送至卧式搅拌装置，并通过高位罐向卧式搅拌装置注入稀硫酸，卧式搅拌装置对浸出剂、钒渣颗粒和稀硫酸的混合物进行搅拌进行慢速反应，经过一段时间慢速反应，浸出液自流入带式抽滤装置，带式抽滤装置对浸出液进行过滤；通过一级射流器和二级射流器避免了立式搅拌罐快速反应段存在搅拌盲区、搅拌强度低的情况，卧式搅拌装置实现连续慢速反应，避免立式搅拌罐存在搅拌盲区的情况；加酸装置确保流量稳定，总量可控，由此使连续浸出质量稳定可控，提高氧化钒清洁生产工艺中浸出工艺效率和浸出工艺效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图；

图2为图1所示的隔板结构示意图。

其中，图1-图2中：

立式配酸罐—1，排液电动阀—101，稀硫酸泵—2，一级射流器—3，二级射流器—4，卧式搅拌装置—5，带式抽滤装置—6，高位罐—7，常用支路—701，备用支路—702，手动阀门—703，自动阀门—704，螺旋给料机—8，浸出剂电动阀—9，回流罐—10，折叠装置—11，剪刀式连杆—12，加酸管—13，旋转托轮—14，回转筒—15，出液收集罩—16，隔板—17，抄液板—18，pH探头—19，高位罐阀门—20，回流罐阀门—21，回流罐泵—22。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1和图2，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图；图2为图1所示的隔板结构示意图。

在本发明所提供的一种具体实施方式中，主要包括快速反应机构、慢速反应机构及加酸机构，快速反应机构包括立式配酸罐1、与立式配酸罐1连通的稀硫酸泵2、与稀硫酸泵2连接的一级射流器3及与一级射流器3出口连通的二级射流器4，慢速反应机构设有与二级射流器4连接的卧式搅拌装置5及与卧式搅拌装置5的排液端连通的带式抽滤装置6，加酸机构包括高位罐7，高位罐7的进液端与立式配酸罐1连接，高位罐7的出液端与卧式搅拌装置6 连通。

其中，立式配酸罐1用于配置稀硫酸，稀硫酸泵2用于从立式配酸罐1中抽取稀硫酸并向一级射流器3输送稀硫酸，一级射流器3和二级射流器4用于钒渣颗粒的快速反应，一级射流器3用于向其喉管内喷射稀硫酸内射流，稀硫酸内射流与一级射流器3吸入的钒渣颗粒在一级射流器3内进行高强度搅拌接触反应，二级射流器4用于将一级射流器3内的稀硫酸和钒渣颗粒与浸出剂进行高强度搅拌接触反应，并将快速反应后的混合物输送至卧式搅拌装置5，卧式搅拌装置5用于钒渣颗粒的慢速反应，并将钒渣颗粒慢速反应产生的浸出液输送至带式抽滤装置6，带式抽滤装置6用于对浸出液进行过滤，高位罐7用于向卧式搅拌装置5中输送稀硫酸。

具体的，在实际的应用过程当中，向立式配酸罐1内放入水至设定量，启动搅拌，同时以恒定速度向立式配酸罐1泵入浓硫酸，计量结束后，启动稀硫酸泵2，稀硫酸泵2向一级射流器3输送稀硫酸，在一级射流器3喷射稀硫酸内射流，一级射流器3内部形成真空，从外界吸入钒渣颗粒，稀硫酸内射流在一级射流器3内与钒渣颗粒进行高强度搅拌接触反应，一级射流器3作为二级射流器4的喷嘴向二级射流器4内喷射内射流，同时向二级射流器4内部注入浸出剂，浸出剂在二级射流器4内部与钒渣颗粒和稀硫酸的混合物进行高强度搅拌接触反应，然后，二级射流器4将浸出剂、钒渣颗粒和稀硫酸的混合物输送至卧式搅拌装置5，并通过高位罐7向卧式搅拌装置5注入稀硫酸，卧式搅拌装置 5对浸出剂、钒渣颗粒和稀硫酸的混合物进行搅拌进行慢速反应，经过一段时间慢速反应，浸出液自流入带式抽滤装置6，带式抽滤装置6对浸出液进行过滤。

需要说明的是，为了克服普通射流器耐酸和耐磨损无法兼顾的问题，将稀硫酸泵2和一级射流器3喉管之间的管道内衬陶瓷，将一级射流器3和二级射流器4的喉管和喷嘴用玻璃制作，耐酸碱腐蚀，硬度特别高，耐冲刷磨损；而且，还可以直观观察到射流反应器内部工作情况。

显然，一级射流器3和二级射流器4的传质速度非常快，搅拌强度非常高，虽然立式搅拌叶片线速度不低，但整个流场内液体绝大部分运行速度其实并不高，一级射流器3和二级射流器4内整个流场线速度一样，故功率相同的情况下，一级射流器3和二级射流器4搅拌强度高于立式搅拌强度很多，且避免了立式搅拌下部搅拌盲区的情况。

更显而易见地，一级射流器3和二级射流器4的稀硫酸射流，与直接吸入的干燥的钒渣颗粒进行接触反应，稀硫酸有效成分更容易直接被钒渣颗粒中微孔虹吸深入钒渣内部，反应动力学条件优于原工艺。

还需要说明的是，慢速反应机构采用卧式搅拌装置5，卧式搅拌装置5由旋转托轮14、回转筒15以及出液收集罩16构成，回转筒15由旋转托轮14带动旋转，旋转托轮14设置电机，回转筒15在出液槽内部，回转筒15一端进快反液(前工序快速反应段过来的混合液)，回转筒15另一端出合格浸出液，进入量与出筒量相同，浸出液以溢流方式自适应匹配，回转筒15长度和直径合理匹配，使进入液体在筒内搅拌足够时间以完成慢速段浸出反应。

回转筒15上设置多个隔板17，隔板17将回转筒15分成等长多段，每个隔板17上设置扇形孔，使多段分区互通；两相邻隔板17和回转筒15之间设置抄液板18，回转筒15回转时，抄液板18将回转筒15底部混合液提升至回转筒15 圆周高处，再自由落下，形成混合搅拌，不使固液分离；整个流场均匀，与立式搅拌比，没有明显的低速沉淀区。

更进一步的是，回转筒15筒体采用316L或碳钢内衬耐酸材质以抗硫酸腐蚀；回转筒15筒体上设置凸台，防止回转筒15筒体在旋转托轮14上回转时产生轴向蹿动；旋转托轮14直接驱动回转筒15运转，靠摩擦力带动，不靠齿轮传动，本示例采用两个1KW电机分别带动两个旋转托轮14，可以将2t重的回转筒15以20r/min速度旋转，电机采用变频调速，可以根据实际情况进行优化调整。既节能，又不使固液分离；回转筒15筒体采用碳钢内衬PE材质以抗硫酸腐蚀，由于旋转速度不高，主要靠液体提升后落下相互冲击混合进行搅拌，液体对抄液板冲刷磨损并不厉害。

需要说明的是，回转筒15筒体长度和直径合理匹配，以确保绝大多数物料在回转筒内停留预定的时间才能溢出，计算的方法为：回转筒15筒体内所装液体体积(m3)≥入口端流量(m3/min)×理论停留时长(min)。

为了优化上述实施例当中，立式配酸罐1的数量至少为2个，且各立式配酸罐1上均设有排液电动阀101，排液电动阀101用于控制立式配酸罐1中稀硫酸的排放，第一个立式配酸罐1供酸期间，第二个立式配酸罐1开始配制稀硫酸，如此不间断交替供酸，避免出现一个立式配酸罐1稀硫酸供应量不足的情况，提高生产效率。

为了进一步提高生产效率，一级射流器3上安装有螺旋给料机8，螺旋给料机8用于向一级射流器3内供给钒渣颗粒，当一级射流器3喷射稀硫酸内射流时，稀硫酸内射流产生的真空负压将螺旋给料机8排放的钒渣熟料吸入喉管，在扩散管内进行钒渣熟料和稀硫酸的强制混合搅拌。

需要说明的是，为了添加浸出剂或其他物料，并且延长剧烈搅拌时间，设置了二级射流器4，由一级射流器3的出口混合液作为二级射流器4的入射液，并且在二级射流器4上设有用于加注浸出剂的浸出剂电动阀9，浸出剂电动阀9用于控制浸出剂的加入量，二级射流器4将最后得到的混合液引入卧式搅拌装置5进行慢速反应处理。

进一步地，加酸机构还包括回流罐10，回流罐10的进液口与高位罐7的溢流口连通，回流罐10的出液口与高位罐7的进液端连通，从高位罐7内溢流的酸液由回流罐10收集，系统自动由超声波液位计监测液位，到达上限后，系统关闭向高位罐7供给稀硫酸的高位罐阀门20并自动启动回流罐阀门21回流罐泵22，回流罐泵22将回流液打到高位罐7或返回到稀硫酸池继续作为原料，回流罐10内流位到达下限时，打开高位罐阀门20并关闭回流罐阀门21和回流罐泵22。

由于回流罐阀门21动作频率大，故障率较高，故设置旁路作为备用，回流罐泵22由于腐蚀和磨损原因，故障率也较高，也设置备用泵，主路回流稀硫酸时，旁路不工作，当主路的回流罐阀门21出现故障时，可以关闭回流罐阀门2，打开旁路回流通道，以做到检修时不停机。

进一步地，高位罐7的出液端设有至少一条常用支路701及与至少一条备用支路702，各常用支路701分别对应与卧式搅拌装置6的反应段连通，备用支路702与常用支路701并联设置；常用支路701和备用支路702上均设有手动阀门703和自动阀门704；加酸时事先打开常用支路701和备用支路702的手动阀门703和自动阀门704，调节高位罐阀门20开口度，使高位罐7溢流口保持一定流量,即保护高位罐7液位高度不变，并调节手动阀门703开口度，使流量符合工艺设定值，校准结束后，关闭自动阀门704，浸出工序开始时，常用支路701 打开，备用支路702关闭，打开常用支路701的自动阀门704向卧式搅拌装置5 排放酸液，当pH计检测到酸量超量后，关闭相对应的常用支路701的自动阀门 704；系统检测到pH值需要快速加大用酸量时，可以同时开启常用支路701和备用支路702一起向卧式搅拌装置5供酸。

为了提高浸出工艺的效果，慢速反应机构还设有折叠装置11，折叠装置 11上安装有至少一个pH探头19和加酸管13，加酸管13与高位罐7的出液端连通，反应过程中，需对回转筒15内各段pH值进行监测，以实时调整各段加酸量；pH探头19和加酸管13安装于折叠装置11上，折叠装置11采用剪刀式连杆 12，剪刀式连杆12伸缩比极大，使用时，剪刀式连杆12展开，pH探头19和加酸管13到达相应分区位置；检修时，剪刀式连杆12缩回，可进行pH探头19更换及加酸管13维护操作，避免停机检修和人工钻入狭小空间。

需要说明的是，折叠装置11还包括驱动剪刀式连杆12伸缩折叠的丝杠总成，丝杠总成驱动剪刀式连杆12伸缩折叠，以完成剪刀式连杆12的工作和检修状态。

综上所述，本实施例所提供的实现钒渣连续浸出系统主要包括快速反应机构、慢速反应机构及加酸机构，快速反应机构包括立式配酸罐、与立式配酸罐连通的稀硫酸泵、与硫酸泵连接的一级射流器及与一级射流器出口连通的二级射流器，慢速反应机构设有与二级射流器连接的卧式搅拌装置及与卧式搅拌装置的排液端连通的带式抽滤装置，加酸机构包括高位罐，高位罐的进液端与立式配酸罐连接，高位罐的出液端与卧式搅拌装置连通，向立式配酸罐内放入水至设定量，启动搅拌，同时以恒定速度向立式配酸罐泵入浓硫酸，计量结束后，启动稀硫酸泵，稀硫酸泵向一级射流器输送稀硫酸，在一级射流器喷射稀硫酸内射流，一级射流器内部形成真空，从外界吸入钒渣颗粒，稀硫酸内射流在一级射流器内与钒渣颗粒进行高强度搅拌接触反应，一级射流器作为二级射流器的喷嘴向二级射流器内喷射内射流，同时向二级射流器内部注入浸出剂，浸出剂在二级射流器内部与钒渣颗粒和稀硫酸的混合物进行高强度搅拌接触反应，然后，二级射流器将浸出剂、钒渣颗粒和稀硫酸的混合物输送至卧式搅拌装置，并通过高位罐向卧式搅拌装置注入稀硫酸，卧式搅拌装置对浸出剂、钒渣颗粒和稀硫酸的混合物进行搅拌进行慢速反应，经过一段时间慢速反应，浸出液自流入带式抽滤装置，带式抽滤装置对浸出液进行过滤；通过一级射流器和二级射流器避免了立式搅拌罐快速反应段存在搅拌盲区、搅拌强度低的情况，卧式搅拌装置实现连续慢速反应，避免立式搅拌罐存在搅拌盲区的情况；加酸装置确保流量稳定，总量可控，由此使连续浸出质量稳定可控，提高氧化钒清洁生产工艺中浸出工艺效率和浸出工艺效果。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种实现钒渣连续浸出系统，其特征在于，包括快速反应机构、慢速反应机构及加酸机构，所述快速反应机构包括立式配酸罐、与所述立式配酸罐连通的稀硫酸泵、与所述硫酸泵连接的一级射流器及与所述一级射流器出口连通的二级射流器，所述慢速反应机构设有与所述二级射流器连接的卧式搅拌装置及与所述卧式搅拌装置的排液端连通的带式抽滤装置，所述加酸机构包括高位罐，所述高位罐的进液端与所述立式配酸罐连接，所述高位罐的出液端与所述卧式搅拌装置连通。

2.根据权利要求1所述的实现钒渣连续浸出系统，其特征在于，所述立式配酸罐的数量至少为2个，且各所述立式配酸罐上均设有排液电动阀。

3.根据权利要求2所述的实现钒渣连续浸出系统，其特征在于，所述一级射流器上安装有螺旋给料机。

4.根据权利要求3所述的实现钒渣连续浸出系统，其特征在于，所述二级射流器上设有用于加注浸出剂的浸出剂电动阀。

5.根据权利要求1所述的实现钒渣连续浸出系统，其特征在于，所述加酸机构还包括回流罐，所述回流罐的进液口与所述高位罐的溢流口连通，所述回流罐的出液口与所述高位罐的进液端连通。

6.根据权利要求5所述的实现钒渣连续浸出系统，其特征在于，所述高位罐的出液端设有至少一条常用支路及与至少一条备用支路，各所述常用支路分别对应与所述卧式搅拌装置的反应段连通，所述备用支路与所述常用支路并联设置。

7.根据权利要求6所述的实现钒渣连续浸出系统，其特征在于，所述常用支路和所述备用支路上均设有手动阀门和自动阀门。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的实现钒渣连续浸出系统，其特征在于，所述慢速反应机构还设有折叠装置，所述折叠装置上安装有至少一个pH探头。

9.根据权利要求8所述的实现钒渣连续浸出系统，其特征在于，所述折叠装置包括剪刀式连杆及驱动所述剪刀式连杆伸缩折叠的丝杠总成。

10.根据权利要求9所述的实现钒渣连续浸出系统，其特征在于，所述剪刀式连杆上安装有与所述高位罐的出液端连通的加酸管。

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