CN1255559C

CN1255559C - 从含钒物料中焙烧提钒的方法及设备

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Publication number: CN1255559C
Application number: CN 02115470
Authority: CN
Inventors: 黄贤耀
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-01-24
Filing date: 2002-01-24
Publication date: 2006-05-10
Anticipated expiration: 2022-01-24
Also published as: CN1380428A

Abstract

本发明涉及一种从含钒物料中焙烧提钒的方法及实施该方法的设备。其主要特征是：将含钒物料粉碎后与添加剂燃料、碱金属盐、可与酸性气体反应的物质按比例混合均匀，制成生料球，从炉体上端装入焙烧炉中，生料球在炉中自上而下移动，经炉体上部的干燥、预热，炉中部的焙烧及炉下部的冷却等过程而成为熟料球从炉体下端排出，完成连续的机械化生产过程。料球经此过程，其所含钒元素转变为可溶于弱酸、中、碱性无机溶剂的钒化合物，然后进行浸取和提纯。本发明解决了现有技术只能小规模、间歇生产、劳动强度大、污染严重等不足，具有可连续机械化生产、符合环保要求、钒提取率高出现有技术30%-70%、节能、生产成本降低40%-80%等优点。

Description

从含钒物料中焙烧提钒的方法及设备

技术领域

本发明涉及一种从含钒物料中提取钒的方法。

本发明还涉及一种实施该方法的设备。

背景技术

钒是一种高熔点的稀有金属，可形成2、3、4、5价态化合物及各种合金，广泛应用于冶金、化工、宇航、电子、玻陶、机械、建材及蓄电池工业。

钒在自然界基本无独立矿物形成的矿体，主要以离子交替和离子吸附形式伴生赋存于铁、铅、铜、钼、铀、磷及硅铝酸盐的矿物中。目前，世界钒制品的大部分是从含钒铁矿炼钢钒渣中综合回收的。而我国率先从含钒石煤和含钒粘土中小规模提钒生产亦有二十余年。其焙烧环节技术经济指标和社会效益、环境保护是决定提钒工艺成败及规模化的第一道工序。传统的含钒物料焙烧提钒工艺及添加剂因物料类型不同而相异，炼钢钒渣系采用其细粉料添加矿石总量1/8---1/5的食盐和纯碱于近水平回转窑中焙烧，而含钒石煤和粘土系用约5mm以下粗粉料添加食盐、芒硝制粒后于平炉中焙烧，但均存在如下不足：(1)氯气、氯化氢或SO₂气体对环境的污染问题，尤其石煤粘土型钒矿的食盐用量占矿量约1/8～1/4，芒硝用量则超过1/4～1/2，以致焙烧过程反应生成的Cl₂、HCl和SO₂对大气产生的污染特别严重；(2)因钠盐用量大，使得含水份生料在炉内干燥过程中结晶而结块，形成坚硬的棚壳，使炉内空气分布不均而致焙烧不匀，焙烧技术指标一转化浸出率低下，仅40％左右；该方法因水平长槽式平炉焙烧，且食盐料球干燥时易形成坚硬棚壳，只能间歇式操作，不易实现焙烧过程的连续机械化及规模化；(3)生产车间工业卫生极差，劳动强度大。因此，石煤、粘土型钒矿传统焙烧工艺只能小规模间歇生产，难以形成大产业。

但我国石煤、粘土型钒矿之储量颇大，仅南方五省此类V₂O₅储藏量即达亿吨以上，远大于含钒铁矿中之储量，其潜在经济价值以万亿元计，解决现有技术存在的上述不足，是急待解决的技术课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可连续机械化生产，符合环保要求，钒的提取率高，节能，生产成本低的从含钒物料中焙烧提钒的方法。

本发明的另一目的在于提供一种用于实施上述方法的设备。

本发明的技术方案是：①制球工序：将含钒物料破碎成粉状，与添加剂以以下重量配比：含钒物料 1；添加剂A 0～0.3；添加剂B 0.01～0.25；添加剂C 0～0.1混合均匀，加水经造球机制成水份含量为8～18％的似球状生料；

②开炉时，需在炉底部放置燃料助生料球燃烧，生料球靠自然通风自燃完成焙烧；(待料球燃着后，不再需助燃燃料)

③焙烧工序：球状生料球从竖炉上端进于炉中，生料球在炉中自上而下移动，经炉体上部的干燥、预热，炉中部的焙烧及炉下部的冷却等过程成为熟料由人工或卸料机从竖炉下端排出，焙烧温度650～950℃，炉中停留时间6～30小时，在焙烧过程中，料球自燃，当料球自燃完毕后，在向炉体底部运动过程中逐渐冷却，料球燃烧的上升热气流对炉体上部的生料球进行干燥和预热；随着底部熟料的不断排出，炉内料球借重力作用，随着出炉排(熟)料腾出的空间自由下落，不断自上而下缓慢下移，完成连续机械化生产过程，含钒物料的复杂物质组成及添加助剂在焙烧时可能发生如下反应：

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料球经此过程，其所含钒元素转变为可溶于弱酸、中、碱性无机溶剂的钒化合物，加溶剂浸取、提纯，制成V₂O₅等所需含钒化合物，转化浸取率达60～90％。

料球在炉体中部的焙烧过程中产生的Cl₂、HCl和SO₂污染性气体被上部生料球中可与酸性气体反应的物质吸收，从而使烟道气排放达标。

本发明所说的添加剂A为燃料：含S达标的煤、焦炭。

所说的添加剂B为添加剂B₁、添加剂B₂和添加剂B₃；其重量配比范围是：含钒物料 1；添加剂B₁ 0～0.08；添加剂B₂ 1～0.08；添加剂B₃ 0～0.08。

添加剂B₁为KCl、NaCl或钾石盐。

添加剂B₂为Na₂CO₃和/或Na₂SO₄。

添加剂B₃为其它元素周期表的卤素、氧族、炭族、氮族和硼族相应各元素的无氧和含氧、含氢、含硅、含OH、含结晶水的各类碱金属盐以及含碱金属的复盐如NaHCO₃、Na₂SO₃、Na₃PO₄、NaH₂PO₄、Na₂B₄O₇·10H₂O、NaNO₃、Na₂SiO₃、K₃CO₃、K₃SO₃、钾长石(K₂O·Al₂O₃·6SiO₂)、钠长石(Na₂O·Al₂O₃·6SiO₂)、霞石(Na·K)₂O·Al₂O₃·2SiO₂或明矾K₂SO₄·Al₂(SO₄)₃·24H₂O。

本发明所说的添加剂C为可与酸性气体发生反应的物质，系指碱金属的弱酸盐、氧化物和氢氧化物以及高温状态下的两性氧化物和氢氧化物如Al₂O₃、FeO、Fe₂O₃、硫铁矿烧渣(主要为FeO·Fe₂O₃、FeO、Fe₂O₃)或菱铁矿(碳酸铁)。

本发明所说的含钒物料与添加剂以以下重量配比：含钒物料 1；添加剂A 0～0.18；添加剂B₁ 0～0.08；添加剂B₂ 0.01～0.08；添加剂B₃0～0.08；添加剂C 0～0.08混合均匀，加水经造球机制成不大于φ30mm的水份含量为9～17％的球状生料。

本发明所说的含钒物料与添加剂以以下重量配比：含钒物料 1；燃料0～0.16：NaCl 0.01～0.07；Na₂CO₃ 0.01～0.05；Na₂SO₄ 0～0.06；长石0～0.07；可与酸性气体发生反应的物质0～0.07的比例混合均匀，加水经造球机制成95％不大于φ30mm的水份含量为10～16％的球状生料。

本发明所说的含钒物料为：石煤型物料、粘土型物料、含钒废触媒物料、炼钢钒渣；

本发明所说的含钒物料如为非石煤型时，必需在制球工序中，加入燃料，制成含燃料生料球。

对于含碳的石煤钒矿物料应视其含炭高低适当调节料球大小料层厚度以控制自然进风量，确保适宜焙烧。

所说的焙烧温度为650～900℃，炉中停留时间10～20小时；

实施本发明方法的设备包括破碎机、运输机、制球机、焙烧炉、卸料机、浸取装置，其特征是：焙烧炉为一竖式焙烧炉体，炉上端为进料口，炉体下部为漏斗状结构，漏斗状结构的下端为出料口，漏斗状结构的下部有调节出料口大小的可调闸板和加装有可自然通风箅条的电振卸料机或其它卸料机。

实施本发明的方法，也可采用现有技术的设备完成。

本发明与现有技术相比，具有如下积极效果：

①因含钒物料和添加助剂间多相交互反应，在取得优于传统焙烧技术指标前提下，大大降低了烟气与废水的污染，烟气中主要有害成份在不经治理情况下经环保部门检测达国标GB16297-1966要求。

②烧成温度较现有技术低，可节煤25％左右。

③空气在炉内得以均匀分布，从而亦焙烧均匀，过烧和欠烧比例下降，使转化浸取率与现有技术相比高出30～70％。

④使用价廉、来源广之添加助剂，添加剂成本降低20～50％。

⑤因生料球在炉中仅轻微结块，无人工捅炉问题，加之专有设备竖炉的使用，可连续进出炉操作，实现大规模连续机械化生产，降低了工人劳动强度。

综上所述，本发明较之现有技术在焙烧提钒的技术指标(焙烧转化浸取率)环保、成本、过程连续机械化和大型化诸方面均取得显著进步，因技术指标与生产率提高和成本降低，其产品V₂O₅成本将降低40％～80％以上。

附图说明

附图为本发明设备一—焙烧炉的结构示意图

具体实施方式

附图中，竖式焙烧炉1上端为进料口2，炉体下部为漏斗状结构3，漏斗状结构3的下端为出料口4，漏斗状结构3的下部有调节出料口大小的可调闸板5，出料口4下方是加装有可自然通风箅条6的电振卸料机7。

实施例1

取粘土型钒矿石，与钾长石6％(矿石总量的重量百分比，下同)、煤15％混合破碎至粒径3mm左右，再与食盐0.5％、Na₂CO₃0.5％、Na₂SO₄1.5％、硫铁矿烧渣(以下简称为硫渣)8％，混匀，加水制成粒径-25mm含水12％的生料球，料球从竖炉上端进于炉中，生料球在炉中自上而下移动，经炉体上部的干燥、预热，炉中部的焙烧及炉下部的冷却等过程成为熟料由人工或卸料机从竖炉下端排出，焙烧温度800℃左右，炉中停留时间12小时，在焙烧过程中，料球自燃，当料球自燃完毕后，在向炉体底部运动过程中逐渐冷却，料球燃烧的上升热气流对炉体上部的生料球进行干燥和预热；随着底部熟料的不断排出，炉内料球借重力作用，随着出炉排(熟)料腾出的空间自由下落，不断自上而下缓慢下移，完成连续机械化生产过程。料球经此过程，其所含钒元素转变为可溶于弱酸、中、碱性无机溶剂的钒化合物，加溶剂浸取、提纯，制成V₂O₅等所需含钒化合物。

料球在炉体中部的焙烧过程中产生的Cl₂、HCl和SO₂污染性气体被上部生料球中可与酸性气体反应的物质吸收，经检测烟道气排放HCl97.2Mg/NdM³，SO₂ 32.0Mg/NdM³，符合国家排放标准。

其熟料品位V₂O₅1.0％、浸渣品位0.35％、焙烧浸出率为(1-0.35)/1.0＝65％。

实施例2

取粘土型钒矿石与钠长石8％(矿石总量的重量百分比，下同)、煤10％混合破碎至粒径3mm左右，再与食盐0.75％、Na₂CO₃0.6％、Na₂SO₄4％、硫渣3％，混匀，加水制成粒径-25mm含水13％的生料球，重复实施例1的生产过程，其中焙烧温度690℃左右，炉中停留时间9小时，焙烧得熟料。经检测烟道气排放HCl 102.5Mg/NdM³，SO₂ 341.2Mg/NdM³，符合国家排放标准。

其熟料品位V₂O₅ 1.67％、浸渣品位0.31％、焙烧浸出率为98/1.67×(1.67-0.31)/(98-0.31)＝81.70％。

实施例3

取粘土型钒矿石与霞石5％(矿石总量的重量百分比，下同)、赤铁矿5％混合破碎至粒径3mm左右，再与kcl 1％、NaHCO₃ 1％、Na₃PO₄ 4％，混匀，加水制成粒径25mm含水11％的生料球，重复实施例l的生产过程，其中焙烧温度820℃左右，炉中停留时间15小时，焙烧得熟料。经检测烟道气排放HCl118.3Mg/NdM³，SO₂ 23.4Mg/NdM³，符合国家排放标准。

其熟料品位V₂O₅ 1.03％、浸渣品位0.33％、焙烧浸出率为(1.03-0.33)/1.03＝67.96％。

实施例4

取高炭质石煤和粘土型钒矿100公斤(其中高炭质石煤∶粘土型钒矿为2∶1)、明矾4公斤，混合破碎至粒径3mm左右，再与食盐1.5公斤、Na₂CO₃ 2.5公斤、Na₂SO₄5公斤，混匀，加水制成粒径25mm含水13％的生料球，重复实施例1的生产过程，其中焙烧温度790℃左右，炉中停留时间18小时，焙烧得熟料。经检测烟道气排放HCl 136.7Mg/NdM³，SO₂ 463.7Mg/NdM³，符合国家排放标准。

其熟料品位V₂O₅ 0.98％、浸渣品位0.26％、焙烧浸出率为0.98-0.26/0.98＝73.47％。

实施例5

按1∶1取废钒触煤、粘土型钒矿，与普通长石6％(含钒物料总量的重量百分比，下同)混合破碎至粒径3mm左右，再与焦炭粉5％、食盐1.5％Na₂CO32.5％、Na₂SO₄5％，混匀，加水制成粒径25mm含水13％的生料球，重复实施例1的生产过程，其中焙烧温度850℃左右，炉中停留时间16小时，焙烧得熟料。经检测烟道气排放HCl 125.4Mg/NdM³，SO₂ 482.6Mg/NdM³，符合国家排放标准。

其熟料品位V₂O₅ 3.58％、浸渣品位0.49％、焙烧浸出率为98/3.58×(3.58-0.49)/(98-0.49)＝86.75％。

实施例6

按1∶1取炼钢钒渣和粘土型钒矿，与长石10％(含钒物料总量的重量百分比，下同)、煤18％混合破碎至粒径3mm左右，再与kCl 2％、Na₂CO₃ 3％、Na₂SO₄7％，混匀，加水制成粒径25mm含水11％的生料球，重复实施例1的生产过程，其中焙烧温度880℃左右，炉中停留时间20小时，焙烧得熟料。经检测烟道气排放HCl 136.3Mg/NdM³，SO₂ 674.8Mg/NdM³，符合国家排放标准。

其熟料品位V₂O₅ 7.21％、浸渣品位0.79％、焙烧浸出率为98/7.21×(7.21-0.79)/(98-0.79)＝89.77％。

实施例7

石煤型钒矿与钾石盐5％(含钒物料总量的重量百分比，下同)、芒硝10％、长石3％、菱铁矿5％混合破碎至粒径3mm左右，再与Na₃PO₄ 2％混匀，加水制成粒径25mm含水13％的生料球，重复实施例1的生产过程，其中焙烧温度720℃左右，炉中停留时间18小时，焙烧得熟料。经检测烟道气排放HCl 142.4Mg/NdM³，SO₂ 532.1Mg/NdM³，符合国家排放标准。

其熟料品位V₂O₅1.05％、浸渣品位0.29％、焙烧浸出率为(1.05-0.29)/1.05＝72.38％。

实施例8

取高钙粘土型钒矿与煤15％(含钒物料总量的重量百分比，下同)、霞长石5％、混合破碎至粒径3mm左右，再与NaCl 0.5％、Na₂SO₄ 8％、硫铁矿5％、硫渣3％混匀，加水制成粒径25mm含水14％的生料球，重复实施例1的生产过程，其中焙烧温度780℃左右，炉中停留时间16小时，焙烧得熟料。经检测烟道气排放HCl 89.7Mg/NdM³，SO₂ 986.5Mg/NdM³，符合国家排放标准。

其熟料品位V₂O₅ 1.07％、浸渣品位0.34％、焙烧浸出率为(1.07-0.34)/1.07＝68.22％。

实施例9

石煤型钒矿与长石4％(含钒物料总量的重量百分比，下同)，混合破碎至粒径3mm左右，再与NaCl 0.75％、硼砂5％、Na₂SO₄ 5％，硫渣3％混匀，加水制成粒径25mm含水12％的生料球，重复实施例1的生产过程，其中焙烧温度800℃左右，炉中停留时间20小时，焙烧得熟料。经检测烟道气排放HCl105.8Mg/NdM³，SO₂ 546.2Mg/NdM³，符合国家排放标准。

其熟料品位V₂O₅ 1.25％、浸渣品位V₂O₅ 0.37％、焙烧浸出率为(1.25-0.37)/1.25＝70.4％。

Claims

1、一种从含钒物料中焙烧提钒的方法，其特征在于：

①将含钒物料破碎成粉状，与添加剂以以下重量配比：含钒物料1；添加剂A 0～0.3；添加剂B 0.01～0.25；添加剂C 0～0.1混合均匀，加水经造球机制成水份含量为8～18％的似球状生料；

②开炉时，需在炉底部放置燃料助生料球燃烧，生料球靠自燃完成焙烧；

③上述生料球从竖炉上端进于炉中，生料球在炉中自上而下移动，经炉体上部的干燥、预热，炉中部的焙烧及炉下部的冷却等过程成为熟料从竖炉下端排出，焙烧温度650～950℃，炉中停留时间6～30小时，在焙烧过程中，料球自燃，当料球自燃完毕后，在向炉体底部运动过程中逐渐冷却，随着底部熟料的不断排出，炉内料球因重力作用不断自上而下缓慢下移，完成连续机械化生产过程，含钒物料的复杂物质组成及添加助剂在焙烧时发生如下反应：

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生料球在干燥焙烧阶段，其所含钒元素转变为可溶于弱酸、中、碱性无机溶剂的钒化合物，随后，浸取并提纯，制得所需含钒化合物；

所说的添加剂A为燃料；

所说的添加剂B为添加剂B₁、添加剂B₂和添加剂B₃；其重量配比范围是：含钒物料1；添加剂B₁ 0～0.08；添加剂B₂ 1～0.08；添加剂B₃ 0～0.08；

添加剂B₁为KCl、NaCl或钾石盐；

添加剂B₂为Na₂CO₃和/或Na₂SO₄；

添加剂B₃为其它元素周期表的卤素、氧族、炭族、氮族和硼族相应各元素的无氧和含氧、含氢、含硅、含OH、含结晶水的各类碱金属盐以及含碱金属的复盐；

所说的添加剂C为可与酸性气体发生反应的物质，系指碱金属的弱酸盐、氧化物和氢氧化物以及高温状态下的两性氧化物和氢氧化物。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所说的含钒物料与添加剂以以下重量配比：含钒物料1；添加剂A 0～0.18；添加剂B₁ 0～0.08；添加剂B₂ 0.01～0.08；添加剂B₃ 0～0.08；添加剂C 0～0.08混合均匀，加水经造球机制成不大于φ30mm的水份含量为9～17％的球状生料。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所说的含钒物料与添加剂以以下重量配比：含钒物料1；燃料0～0.16；NaCl 0.01～0.07；Na₂CO₃ 0.01～0.05；Na₂SO₄ 0～0.06；长石0～0.07；添加剂C 0～0.07混合均匀，加水经造球机制成95％不大于φ30mm的水份含量为10～16％的球状生料。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所说的焙烧温度为650～900℃，炉中停留时间10～20小时。

5、一种实施权利要求1所述方法的设备，其特征在于：该设备包括一竖式焙烧炉(1)，焙烧炉(1)上端为进料口(2)，炉体下部为漏斗状结构(3)，漏斗状结构(3)的下端为出料口(4)，漏斗状结构(3)的下部有调节出料口大小的可调闸板(5)，出料口(4)下方是加装有可自然通风箅条(6)的卸料机(7)。