CN2883396Y - 硫酸分解稀土矿的新型环保焙烧炉 - Google Patents

Abstract

一种硫酸分解稀土矿的新型环保焙烧炉，属于稀土冶炼设备领域，生产设备主要有精矿预热器、硫酸预热器、混料搅拌槽、陈化凝固槽、油热焙烧窑炉、物料传输器、粉碎机、保温熟化仓、卸料绞龙，附属设备有油气换热器、缓冲稳流室、列管冷凝塔、接收槽等，全套设备均密封；各相关设备之间用相关的管道连通，管道上安装阀门；各设备内部根据其功能作用的不同而构造不同，如炉体为双层，陈化凝固槽为圆筒与倒圆锥的结合体；它们根据生产流程或从上到下或并列依次布置安装。

Description

硫酸分解稀土矿的新型环保焙烧炉

1.技术领域：

本实用新型属于冶金设备领域，特别适于稀土冶炼的环保型设备。

2.背景技术：

目前硫酸焙烧分解稀土精矿一般采用内热式回转窑、直火隧道窑和火壁隧道窑，其它土窑都已经被淘汰。这些窑都是开放式结构；不便于监控，而且操作繁复，污染严重，稀土的收率也只有八成多，很少能达到90％；尤其是钍、钪、氟、磷等宝贵资源变为不能回收的废弃物，还污染环境，其中，氟既污染大气又污染地下水，钍及其放射性子体在污染环境的同时，转入极难利用的放射性水浸渣中，若处理10万吨精矿还将付放射性废渣存贮费近千万元，并且渣库侵占大片土地，废渣的放射性贻害子孙后代。

3.发明内容：

在硫酸焙烧稀土精矿的生产中，为了消除污染，实现清洁生产，最大限度地利用资源，将氟、钍等危害环境的元素转变为便于利用的工业原料、核燃料，同时大幅度提高稀土收率、节约燃料、水、电等，我们探讨了实现上述目的的方法、途径。

该实用新型旨在从设备上建立能完全回收氟、钍等元素、提高稀土矿分解率和收率、降低能耗、解决四十多年来稀土酸法生产中未能解决的“三废”污染问题。从焙烧窑炉结构上进行改进，以实现清洁生产。所设计的设备各环节，在适应工业生产的同时优化工艺条件，提高资源的利用率，真正实现资源节约型清洁生产。

本实用新型是一种节约资源环保型硫酸分解稀土精矿的焙烧窑炉，采取将设备分解为混料、固化、均匀供热焙烧三段焙烧结构，在密封设备中实现最佳的反应温度、时间等条件，使化学分解反应过程产生的炉气通过列管冷凝塔回收，诸炉体有保温层保温，因此提高了精矿分解率和资源利用率，使对环境的污染降到了最低程度。

具体技术方案是，建造一套由精矿预热器、硫酸预热装置、混料搅拌槽、陈化凝固槽和一个导热油焙烧窑炉组成的稀土精矿焙烧分解装置，精矿预热器和硫酸预热装置安置于圆筒形混料搅拌槽上部，它们分别以溜槽和管道与混料搅拌槽盖相连接，经过预热并计量后的稀土精矿和硫酸通过溜槽和管道进入密封的混料搅拌槽，混料搅拌槽内中心安装一个搅拌桨，搅拌桨轴上端穿过混料搅拌槽盖中心孔与无极变速电机连接。硫酸预热装置为蛇形热交换器，输送硫酸的管道与换热器内的蛇形管下端连通，换热器内的蛇形管上端与混料搅拌槽连通，其流量由换热器与混料搅拌槽之间的管道阀门控制；换热器外壁与列管冷凝器相对的一侧的上部和下部各开一孔，分别用管道与列管冷凝塔对应的上部和冷液泵池连通。混料搅拌槽外壁与陈化凝固槽相对的一侧位于上中部开一溢流孔，焊接一个溢流管，溢流管另一端穿过陈化凝固槽外壁，伸到陈化凝固槽中心轴附近，混料搅拌槽内壁位于溢流孔的内侧，放置一段半圆形扣板，扣板的两侧沿轴向焊接于溢流孔的两侧；混料搅拌槽的下部为锥形，锥部焊接法兰，然后与阀门连接，阀门再与管道用法兰连接；陈化凝固槽为圆筒形和倒圆锥形结合的大型容器，陈化凝固槽顶部密封，密封盖的中心两侧开两个圆孔，其中一个孔为排气孔，孔上焊接管道，该管道与混料搅拌槽盖上的排气管道连通，以三通接管，与油气换热器的下部管程连通；陈化凝固槽盖上的另一个孔为人孔，供检修人员出入用，人孔用盲板密封，陈化凝固槽密封盖的中心孔安装螺旋加料器的轴，轴孔之间机械密封，陈化凝固槽圆锥体的下部焊接法兰，与螺旋加料器壳用法兰进行密封连接，螺旋加料器壳下端也焊接一个法兰，该法兰与油热焙烧炉上端口盖上的进料口法兰进行密封连接，上端口盖与油热焙烧炉夹层炉体内层的上端口焊接密实，夹层端口也用钢板焊接密实，在上端口盖上进料口周围，在同心圆的圆周上间隔均匀地开4～6个小圆孔，各小孔焊接管道，这些管道与一根总管道的一端连通，这根总管道的另一端与竖立安装的列管换热器的顶端管程出口连通，由混料搅拌槽和陈化凝固槽排气孔出来的炉气经管道进入列管式换热器的管程底部，被导热油加温后，从列管式换热器的上部流出，经管道送入油热焙烧炉进料口内的料束周围，对精矿料束加热。载热的导热油经总管道送来后由分管道分别送入列管式换热器的壳程上部和油热焙烧炉体上部的夹层内，换热后降温的导热油分别从列管式换热器的下部和油热焙烧炉体下部的夹层内流出，经分管道汇入回油总管道，回到煤制燃气锅炉重新加热。油热焙烧炉主体外壁为双层结构，油热焙烧炉进料口位于窑炉主体的上部，炉膛内水平放置叠层物料传输器，矿浆料束从进料口被螺旋加料器挤出掉落在物料传输器上，在输送过程中充分吸收炉体夹层内高温导热油通过内层辐射传出的热量，达到反应温度后进入物料传输器出料端下面安装的粉碎机，再进入与物料传输器出料口密封连接的熟化仓上端，熟化仓上部大下部小，下部呈倾斜状，出料口与卸料搅龙外壳以法兰连接，搅龙轴的上端伸入熟化仓出料口一段，这段轴上间隔焊接与轴线相垂直的多根短钢筋，起搅动疏松粉料的作用，搅龙轴的下端与无极电机轴相连。油热焙烧炉主体出料端的上部开有排气孔，钢管一端与其连接，钢管另一端与其相邻的圆筒型缓冲稳流室接近底部圆壁的进气孔连通，缓冲稳流室内位于进气孔的上方水平焊接一块折流板，折流板的长度小于缓冲稳流室的半径，折流板所对的缓冲稳流室另一侧圆壁上，开一个供检修人员进出的人孔，孔中心距底部一米左右，在人孔下面偏远一点底部的地方，开有一孔，孔与阀门之间用短管道连接，阀门另一端与管道连接，管道另一端与回收液罐连接，缓冲稳流室圆壁的上部开有一孔，用管道与立式列管冷凝塔的管程下部连通，塔底部用管道与接收槽顶部连通，管道上安装控制阀门，塔顶部管程串联三塔，壳程上部为冷却液出口管道，壳程下部位于炉气进气孔的另一侧也开有一孔，用管道与冷却液进入管连接。各槽、炉之间有机衔接并实现密封，从混料开始产生的气体经加热后汇入窑炉，烘焙矿料，然后所有炉气由设定孔道进入缓冲室之后再进入列管冷凝塔，回收氟、硫的化合物气体后排放。油温易控制均匀，加上回流加温的热气流，提高了精矿分解率，钍随稀土溶于水，便于回收利用，消除了放射性废渣，氢氟酸和硫酸雾等有害气体在列管冷凝器中，分次在三冷凝塔中全部冷凝为成分不同的便于利用的混酸。升温的冷凝液用管道引到前面预热精矿和硫酸。

众所周知，用硫酸焙烧10克左右的稀土精矿就会产生令人窒息的气味，我们用自制的反应器设备，每次处理10公斤精矿，所产生的尾气经过回收装置处理以后，尾气中明显的消除了呛人气味，周围环境也不受影响，用PH试纸测试排气口尾气数分钟，没有酸性反应。用上述设备，经硫酸焙烧REO含量60％的干精矿，所回收尾气而得到的混合酸浓度可达18.5～21.8当量。

在焙烧1吨多稀土精矿的该实用新型中试生产，以适当的气流进行低温焙烧，其焙烧矿的水浸渣，较一般窑生产中产生的渣量明显减少，而渣中总氧化铈含量在0.1％～1.4％之间，亦即分解率在98％左右。稀土的收率稳定，且大幅度提高。

水浸渣中钍的含量是随焙烧温度的提高而增大(所谓高温焙烧，就是将放射性物质“烧死”)，较高温度下焙烧时间越长水浸渣中钍的含量也越高。经试验，100℃以上的稀土混合料进入276～290℃的焙烧炉膛20分钟，由此条件出炉的该焙烧矿所得的水浸渣，其α比放射性活度小于7×10⁴贝可/公斤，ThO₂含量不大于0.03％。能确保生产环境清洁，排放的尾气、废水和水浸渣符合国家卫生排放标准，不产生放射性水浸渣。在提高稀土收率的同时能化害为利，便于对钍、氟、硫酸等宝贵资源的综合利用。

设备精干简练，便于维修管理，容易实现集约化经营。

供热、冷凝循环运作，节省能源。

4.附图说明：

图1为本实用新型的结构示意图

图中：1-精矿预热供料器、2-料斗、3-溜槽、4-硫酸预热装置、5-混料搅拌槽、6-搅拌桨、7-管道阀门、8-陈化凝固槽、9-油气换热器、10-法兰、11-螺旋加料器、12-油热焙烧窑炉、13-物料传输器、14-粉碎机、15-保温熟化室、16-卸料搅龙、17-法兰、18-接收槽、19-阀门、20-列管冷凝塔、21-缓冲稳流室、22-检修人孔、23-耐酸阀门、24-人孔、25-三通接管、26-管道阀门、A-硫酸管道、B-炉气管道、C-冷却耐酸管、E-管道、D-耐热耐酸管、L-冷凝液管、O-导热油管。

5.具体实施方式：

建造一套主要由精矿预热供料器1、硫酸预热装置4、混料搅拌槽5、陈化凝固槽8和一个导热油焙烧窑炉12组成的稀土精矿焙烧分解装置。

精矿预热供料器1为一种夹套式螺旋供料器，为钢铁制品，夹套与列管冷凝塔20上部用冷凝水管L连接，夹套内充满回流热液，对供料的稀土精矿粉进行预热。精矿预热供料器1的出料口下面安装钢板制成的料斗2和溜槽3，溜槽3的出口下部伸入与其相连的混料搅拌槽5上盖的加料孔中，经过预热并计量后的稀土精矿粉通过料斗2和溜槽3按回转窑定量方式喂料到密封的混料搅拌槽5中。矿粉入口采用机械密封结合料封柱杜绝气体逸出。

混料搅拌槽5为一个圆筒形和锥形或锅底形结合的立式空腔体容器，，采用耐温耐酸金属或非金属板材加工而成，如用碳钢钢板也有一定使用寿命，其内腔中心安装一个搅拌桨6，搅拌桨轴6上端穿过混料搅拌槽5上盖中心孔与无极变速电机(附图中未标示)连接机械密封；混料搅拌槽5外壁上与陈化凝固槽8相对的一侧位于上部开一溢流孔，孔上焊接一个溢流管，溢流管另一端穿过陈化凝固槽8外壁，伸到陈化凝固槽8中心轴附近；混料搅拌槽5内壁位于溢流出口处设置一半圆形扣板，隔开混合中的物料，让混合均匀的料浆由扣板下端经溢流口流出。半圆形扣板的两个侧板沿轴向焊接于溢流孔的两侧；混料搅拌槽5的下部为锥形，锥底焊接管道E1，管道E1与清槽阀门7连接，清槽阀门7再与管道E2连接，管道E2通入陈化凝固槽8，生产时为空管，不存物料。混料搅拌槽5顶盖设排气孔，孔上连接的管道B1与陈化凝固槽8排气孔连接的管道B2汇合，分别与三通接管25的两头水平连接，三通接管25的中头与管道B3连接，向下与油气换热器9的底部管程连通。

硫酸预热装置4为立式单程蛇形管换热器或螺旋板式换热器，以耐热耐硫酸的金属和非金属材料制成，安置于圆筒形混料搅拌槽5上方，输送硫酸的硫酸管道A1与硫酸预热装置4换热器内的蛇形管下端连通，换热器内的蛇形管上端与混料搅拌槽5上盖的进酸孔之间用硫酸管道A2连通，其流量由耐酸管道阀门26控制；硫酸预热装置4外壳程壁与列管冷凝塔20相对一侧的上、下部各开一孔，分别用冷凝液管L3与列管冷凝塔20侧壁上部和冷却液泵池管道连通，利用冷却塔20的回流余热预热硫酸。

陈化凝固槽8为一较大的圆筒形和倒圆锥形结合的大型容器，采用耐温耐腐蚀金属或非金属材料制成。陈化凝固槽8顶部密封，密封盖的中心两侧开两个圆孔，其中一个孔为排气孔，孔上焊接管道B2，该管道B2与混料搅拌槽5盖上的排气管道B1之间用三通接管25水平相连，三通接管25的中管，与管道B3连接，管道B3的下端与油气换热器9的管程下部相连；陈化凝固槽8盖上的另一个孔为检修人孔18，用盲板密封，陈化凝固槽8密封盖的中心孔安装螺旋加料器11的轴，轴孔之间机械密封，轴的下端与陈化凝固槽8底部的螺旋加料器11以卡头接合，凝泥被螺旋加料器11挤成线条束，进入油热焙烧炉12的进料口，陈化凝固槽8内壁平滑不挂渣，槽底设可截流的花板；陈化凝固槽8圆锥体的下端与螺旋加料器11外壳的上端用法兰10进行密封连接，螺旋加料器10壳体下端与油热焙烧炉12上端口盖上的进料口以法兰12进行密封连接。

油热焙烧炉12的炉体为密封双层结构，夹层端口用与端口相同尺寸的环形钢板密封焊接，炉体内层的上端口又与圆环形上端口盖的四周焊接密实，进料管与环形上端口盖的内环同心且同径，二者密实焊接为一体，在上端口盖上的进料管周围，间隔均匀地开4～6个小圆孔，各小孔焊接小管道，这些小管道与一根总管道B4的一端连通，这根总管道B4的另一端与竖立安装的列管式油气换热器9的顶端管程出口连通，由混料搅拌槽5和陈化凝固槽8排气孔出来的炉气经管道B3进入列管式换热器9的管程底部，被导热油加温后，从列管式换热器9的管程上部流出，经管道B4送入油热焙烧炉12进料口内的料束周围，对精矿料束供热。油热焙烧炉12主体内层有适当排列的散热管，进料口位于窑炉主体的上部，炉膛内水平放置叠层物料传输器13，料束从进料口被螺旋加料器11挤出掉落在物料传输器13上，在输送过程中充分吸收炉体夹层内高温导热油传出的热量，达到反应温度后进入物料传输器13出料端下面安装的粉碎机14，粉碎后再进入与炉体以法兰连接为一体的熟化仓15上端；油热焙烧炉12出料部位下部无夹套，起料封管作用。油热焙烧炉12主体出料口一端的上部开有排气孔，排气管道B5的一端与其连接，另一端与其相邻的圆筒型缓冲稳流室21圆壁近底部的进气孔连通。

熟化仓15上部大下部小，下部呈倾斜状，出料口与卸料搅龙16外壳以法兰17连接，卸料搅龙16轴的上端伸入熟化仓15出料口一段，这段轴上间隔焊接与轴线相垂直的多根短钢筋，起搅动疏松焙烧精矿粉料的作用，卸料搅龙16轴的下端与无极电机(附图中未标示)轴相连。以无级电机(附图中未标示)控制转速，其卸出的焙烧精矿干料进入水浸槽(附图中未标示)连续水浸。

缓冲稳流室21是一个圆筒形大容积密封保温容器，由耐高温、耐氢氟酸和硫酸的材质制成，也可用较廉价的内壁严密塗敷石灰的砖混结构建筑物，其内壁位于进气孔的上方焊接一块水平放置的折流板，借以稳定气流和除尘，折流板的长度小于缓冲稳流室21的半径，折流板所对的缓冲稳流室21的另一侧圆壁上，开一个供检修人员进出的人孔22，人孔22的中心距底部一米左右，在入孔22下面偏远一点底部的地方，开有一排液孔，孔与阀门23之间用短管道D1连接，阀门23另一端与管道D2连接，管道D2另一端与回收罐(附图中未标示)连接；缓冲稳流室21圆壁与列管冷凝塔20相对的一侧的上部开有一排气孔，用管道B6与立式列管冷凝塔20的下部管程连通。

列管冷凝塔20采用耐氟耐酸耐温非金属或金属防腐材料制成，底部用耐温耐酸管道C与接收槽18顶部连通，冷却耐酸管道C上安装控制阀门19，列管冷凝塔20管程上部连接管道L2，列管冷凝塔20壳程下部的另一侧也开有一孔，用管道L1与冷却液进液管连接。炉气进入三座串连的列管冷凝塔20，回收氟、硫等化合物后，剩余的无害气体由列管冷凝塔20顶部排放。

各槽、炉之间有机衔接并实现密封，从混料开始产生的气体经加热后汇入窑炉，烘焙矿料，由于导热油温易控制均匀，加上回流加温的热气流，提高了精矿分解率，钍随稀土溶于水，便于回收利用，消除了放射性水浸废渣，氢氟酸和硫酸雾等有害气体在列管冷凝塔20中，全冷凝为便于利用的混酸。升温的冷凝液用管道L2引到这套设备前面的精矿预热器和硫酸预热器。用管道B6将缓冲室21上部与立式列管冷凝塔20的管程下部相联，壳程以水或其它冷液致冷，经三组塔20冷凝后排空，冷凝液收集于贮罐18中备综合利用。

载热的导热油经总管道01送来后由分管道分别送入列管式换热器9的壳程上部和油热焙烧炉12炉体上部的夹层内，换热后降温的导热油分别从列管式换热器9的管程下部和油热焙烧炉12炉体下部的夹层内流出，经分管道汇入回油总管02，回到煤制燃气锅炉(附图中未标示，专利CN2660318Y)重新加热。由于采用煤制燃气锅炉(专利CN2660318Y)节能供热和导热油焙烧循环供热体系技术，用以加热导热油，使本实用新型节能、环保效果及经济效益更为显著。

Claims (9)

1.一种硫酸分解稀土矿的新型环保焙烧炉，其特征在于生产设备主要有精矿预热器、硫酸预热器、混料搅拌槽、陈化凝固槽、油热焙烧窑炉、物料传输器、粉碎机、保温熟化仓、卸料搅龙，附属设备有油气换热器、缓冲稳流室、列管冷凝塔、接收槽等，各槽、炉之间有机衔接并实现密封，各相关设备之间用相关的管道连通，管道上安装阀门；各设备内部根据其功能作用的不同而构造不同，它们根据生产流程或从上到下或并列依次布置安装。

2.根据权利要求1所述的一种硫酸分解稀土矿的新型环保焙烧炉，其特征在于精矿预热器安装于混料搅拌槽上面，其间用料斗、溜槽连通，混料搅拌槽顶盖设排气孔，用管道与油气换热器连通；内腔中心安装搅拌桨，搅拌桨轴穿过混料搅拌槽上盖中心孔与无极变速电机连接；混料搅拌槽圆壁上部开一溢流孔，溢流孔处内侧设置一个半圆形扣板，孔外水平焊接溢流管，溢流管另一端伸入陈化凝固槽中心轴附近；混料搅拌槽底部与陈化凝固槽用管道连接，管道上安装清槽阀门。

3.根据权利要求1所述的一种硫酸分解稀土矿的新型环保焙烧炉，其特征在于硫酸预热装置为立式单程蛇形管换热器或螺旋板式换热器，以耐热耐硫酸的金属和非金属材料制成，输送硫酸的管道与换热器内的蛇形管下端连通，蛇形管上端与混料搅拌槽上盖之间用管道连通，酸管安装耐酸管道阀门；硫酸预热装置壳程外壁的上、下部各开一孔，分别用管道与列管冷凝塔壳程和循环泵池连通。

4.根据权利要求1所述的一种硫酸分解稀土矿的新型环保焙烧炉，其特征在于陈化凝固槽为一较大的圆筒形和倒圆锥形结合的大型容器，采用耐温耐腐蚀金属或非金属材料制成，其顶部密封，密封盖中心孔安装螺旋加料器的轴，轴孔之间机械密封，轴下端与螺旋加料器以卡头接合，中心孔两侧开两个圆孔，小孔上焊接管道与油气换热器相连；大孔为检修人孔，用盲板密封，陈化凝固槽的下端与螺旋加料器外壳用法兰进行密封连接，螺旋加料器壳体下端与油热焙烧炉上端的进料口以法兰进行密封连接。

5.根据权利要求1所述的一种硫酸分解稀土矿的新型环保焙烧炉，其特征在于油热焙烧炉的炉体为密封双层结构，夹层端口用环形钢板密封焊接，炉体内层的圆环形上端口盖的内环与进料管同心且同径，二者焊为一体，在上端口盖上的进料管周围，间隔均匀地开4～6个小圆孔，各小孔焊接管道，这些管道与一根总管道连通，这根总管道与列管式油气换热器连通，油热焙烧炉内层有适当排列的散热管，进料口位于窑炉主体的上部，炉膛内水平放置叠层物料传输器，物料传输器出料端下面安装粉碎机，油热焙烧炉下部为熟化仓，仓壁无夹套，出料口与熟化仓上端密封连接，出料口一端的主体上部开有排气孔，用管道与其相邻的缓冲稳流室连通。

6.根据权利要求1或5所述的一种硫酸分解稀土矿的新型环保焙烧炉，其特征在于熟化仓上大下小，下部呈倾斜状，出料口与卸料搅龙外壳以法兰连接，熟化仓出料口内伸入一段搅龙轴。

7.根据权利要求1所述的一种硫酸分解稀土矿的新型环保焙烧炉，其特征在于缓冲稳流室是一个圆筒形大容积密封保温容器，由耐高温、耐氢氟酸和硫酸的材质制成，也可用内壁严密塗敷石灰的砖混结构建筑物；其底侧部有进气孔，用管道与焙烧炉连通，内壁上位于进气孔的上方焊接一块水平焊接的折流板，折流板的长度小于缓冲稳流室的半径，折流板所对的另一侧圆壁上，开一个人孔，人孔中心距底部0.7-1.2米，紧靠底部，开有排液孔，孔与贮液罐用管道连接，圆壁上部开有排气孔，用管道与立式列管冷凝塔底部管程连通。

8.根据权利要求1所述的一种硫酸分解稀土矿的新型环保焙烧炉，其特征在于列管冷凝塔底部用管道与接收槽顶部连通，管道上安装控制阀门，冷凝塔管程下部与缓冲稳流室上部用管道连通，塔顶部连接排气管道，塔壁壳程上部开有一孔，用管道与精矿预热器和硫酸预热器连通，塔下部壳程另一侧也开有一孔，用管道与冷液进入管连接。

9.根据权利要求1或7所述的一种硫酸分解稀土矿的新型环保焙烧炉，其特征在于卸料搅龙轴的上端伸入熟化仓出料口一段，这段轴上间隔焊接与轴线相垂直的多根短钢筋，缷料搅龙轴的下端与无极电机轴相连。