一種含釩石煤豎爐富氧焙燒系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種含釩石煤豎爐富氧焙燒系統(tǒng)，系統(tǒng)包括豎爐焙燒系統(tǒng)，爐頂氣循環(huán)系統(tǒng)，加熱系統(tǒng)和冷卻氣循環(huán)系統(tǒng)，其中，所述豎爐焙燒系統(tǒng)依次與爐頂氣循環(huán)系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)連接，所述加熱系統(tǒng)與豎爐焙燒系統(tǒng)、冷卻氣循環(huán)系統(tǒng)連接。應(yīng)用該實(shí)用新型的技術(shù)方案，可以將爐頂氣進(jìn)行凈化處理后部分循環(huán)利用，不僅降低了粉塵及有害氣體的污染，而且提高了富氧空氣利用率，焙燒氣氛、溫度與時(shí)間等工藝參數(shù)易于控制，釩的氧化效率高，有利于提高釩的轉(zhuǎn)化率。
【專利說(shuō)明】一種含釩石煤豎爐富氧焙燒系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及化學(xué)化工【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種含釩石煤豎爐富氧焙燒系統(tǒng)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]釩是全球性的稀缺資源及重要戰(zhàn)略金屬，由于其具有很高的抗張強(qiáng)度、硬度、抗疲勞強(qiáng)度和較好的抗腐蝕性等性能，被廣泛用于鋼鐵、有色冶金和化工等行業(yè)，其中85%以上用于鋼鐵工業(yè)。在鋼中加入0.1%的釩，可提高鋼強(qiáng)度10%~20%，減輕結(jié)構(gòu)重量15%~25%，降低成本8%~10%。隨著鋼鐵工業(yè)向優(yōu)、精、特方向發(fā)展，高質(zhì)量釩鋼的應(yīng)用將日益廣泛，目前我國(guó)鋼鐵行業(yè)中釩的消費(fèi)強(qiáng)度大約為50克/噸鋼，遠(yuǎn)未達(dá)到歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家98克/噸鋼的平均水平。在第十二屆(香港)亞洲鐵合金會(huì)議上，專家預(yù)計(jì)全球釩的消費(fèi)量在2010~2015年的復(fù)合年增長(zhǎng)率為10.4%，最終達(dá)到11.5萬(wàn)噸，釩行業(yè)發(fā)展?jié)摿艽蟆?br> [0003]世界上大約有65種類型的含釩礦物，工業(yè)釩產(chǎn)品的主要原料有釩鈦磁鐵礦、石煤、石油灰渣、廢釩觸媒和鋁土礦等。我國(guó)的石煤資源極為豐富，探明儲(chǔ)量為618.8億噸，V2O5品位多在0.3%~1.0%，其中W(V2O5)≥0.5%的石煤中V2O5儲(chǔ)量為7707.5萬(wàn)噸，是我國(guó)釩鈦磁鐵礦中V2O5儲(chǔ)量的6.7倍。石煤是金屬釩提取的重要資源，釩主要以低價(jià)態(tài)存在，尤其是以酸堿均難溶的三價(jià)釩化合物存在。目前，石煤提釩的方法較多采用原礦(或脫碳后的灰渣)焙燒一浸出一釩液凈化一沉釩煅燒的方法。焙燒是石煤提釩過(guò)程中的關(guān)鍵步驟，焙燒效果直接影響釩浸出率，因而在一定程度上決定整個(gè)工藝流程的釩總回收率。
[0004]石煤焙燒既可脫除石煤中的碳，又可把低價(jià)態(tài)的釩盡可能氧化成高價(jià)態(tài)、與物料中的金屬氧化物反應(yīng)生成可溶于水、酸或堿的釩酸鹽。在石煤焙燒過(guò)程中，影響焙燒效果的因素主要是添加劑種類及用量、焙燒爐型、焙燒溫度、焙燒時(shí)間、焙燒氣氛等。焙燒溫度決定氧化反應(yīng)和物相變化的可能性，焙燒時(shí)間決定氧化反應(yīng)的進(jìn)行和物相變化的程度，爐內(nèi)氣氛決定氧化反應(yīng)和物相變化的效果。
[0005]現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道和工業(yè)應(yīng)用中，按添加劑分類，焙燒可分為鈉化焙燒、鈣化焙燒、氧化焙燒和復(fù)合添加劑焙燒，與之相關(guān)的專利有:(I) 一種石煤鈉化焙燒提釩工藝(CN101363084A), (2) 一種石煤提釩焙燒工藝(CN101260459)，(3)石煤釩礦焙燒新型環(huán)保復(fù)合添加劑(CN101177738)等；按爐型分類，可分為平窯、立窯、回轉(zhuǎn)窯、隧道窯、多膛爐、沸騰爐、流化床等，與之相關(guān)的專利有:(I)石煤提釩高轉(zhuǎn)化焙燒立窯(CN202092446U)，
(2)一種用于石煤提釩的回轉(zhuǎn)窯(N101762153A)，(3) 一種五氧化二釩氧化焙燒爐(CN201411379)。目前的石煤焙燒工藝，普遍存在釩轉(zhuǎn)化率低、能效低、污染環(huán)境等缺點(diǎn)。
[0006]我國(guó)從20世紀(jì)70年代開(kāi)始石煤提釩的工業(yè)生產(chǎn)，采用鈉化焙燒法，工藝過(guò)程為:石煤預(yù)脫碳一加鈉鹽在750~850°C焙燒2~4h—水浸或酸浸一銨鹽沉釩一偏釩酸銨煅燒得五氧化二釩產(chǎn)品。然而使用該方法，煙氣中含大量有害氣體，廢水或廢酸難處理，環(huán)境污染大；釩回收率較低，一般約為50%(低鈉焙燒的回收率為30%~40%)；
[0007]近年來(lái)，石煤的空白焙燒-堿浸受到重視，工藝過(guò)程為:空白焙燒一常壓或加壓堿浸一凈化一離子交換一銨鹽沉釩一偏釩酸銨煅燒得五氧化二釩產(chǎn)品。然而該方法也有其限制，空白焙燒的溫度區(qū)間窄:850°C ±30°C，溫度低則無(wú)法打開(kāi)含釩云母晶格，溫度高導(dǎo)致硅質(zhì)礦物易于燒結(jié)；堿浸提釩工藝原料適應(yīng)性差，只適合處理堿性脈石(鐵、鈣、鎂等)含量較高的石煤礦；
[0008]傳統(tǒng)的提釩工藝中多采用平窯、隧道窯和回轉(zhuǎn)窯等爐型。目前用于石煤提釩焙燒的主體設(shè)備仍為平窯，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資省，能耗低，易操作，但焙燒條件不易控制，溫度分布不均勻，焙燒料轉(zhuǎn)化率差別大，占地面積較大，勞動(dòng)條件較差。隧道窯具有焙燒溫度、時(shí)間、氣氛易控制等特點(diǎn)，但需要大塊平地，建設(shè)投資較大，能耗高，需用天然氣等優(yōu)質(zhì)燃料。回轉(zhuǎn)窯的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)容易，生產(chǎn)能力大，窯內(nèi)氧化氣氛好，利用窯的轉(zhuǎn)動(dòng)使物料不斷滾動(dòng)，有利于焙燒進(jìn)行，缺點(diǎn)是高溫帶過(guò)短，焙燒料在高溫區(qū)停留時(shí)間短，能源利用率低。國(guó)內(nèi)曾進(jìn)行過(guò)用回轉(zhuǎn)窯鈉化焙燒含釩石煤的試驗(yàn)。影響石煤提釩企業(yè)大型化工業(yè)生產(chǎn)的原因，主要是焙燒設(shè)備的選擇適當(dāng)與否，同時(shí)也涉及到焙燒工藝的進(jìn)一步改進(jìn)。焙燒設(shè)備的選擇需要根據(jù)石煤特點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況綜合考慮，最好是采用節(jié)能環(huán)保、便于控制、氧化效率高、占地少、投資少的燃燒設(shè)備。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0009]本實(shí)用新型的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種含釩石煤的焙燒系統(tǒng)，特別是一種含釩石煤豎爐富氧焙燒系統(tǒng)。
[0010]本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0011]一種含釩石煤豎爐富氧焙燒系統(tǒng)，包括豎爐焙燒系統(tǒng)1，爐頂氣循環(huán)系統(tǒng)4，加熱系統(tǒng)2和冷卻氣循環(huán)系統(tǒng)3，所述豎爐焙燒系統(tǒng)I包括進(jìn)料裝置11，豎爐本體12和卸料裝置13，其中進(jìn)料裝置11依次與豎爐本體12和卸料裝置13連接，所述豎爐本體12依次與爐頂氣循環(huán)系統(tǒng)4、加熱系統(tǒng)2連接，所述加熱系統(tǒng)2與豎爐本體12、冷卻氣循環(huán)系統(tǒng)3連接。
[0012]所述冷卻氣循環(huán)系統(tǒng)3包括水洗塔31、氣液分離器32、壓縮機(jī)33，其中所述豎爐本體12依次與水洗塔31、氣液分離器32、壓縮機(jī)33連接，所述壓縮機(jī)33與豎爐本體12連接。
[0013]所述爐頂氣循環(huán)系統(tǒng)4包括水洗塔41，氣液分離器42、壓縮機(jī)43、脫硫脫碳系統(tǒng)5，其中所述豎爐本體12的爐頂氣出口依次與水洗塔41、氣液分離器42、壓縮機(jī)43、脫硫脫碳系統(tǒng)5、加熱系統(tǒng)2連接。
[0014]所述脫硫脫碳系統(tǒng)5包括吸收塔51、閃蒸罐52、再生塔53、泵54，其中所述爐頂氣循環(huán)系統(tǒng)4中的壓縮機(jī)43的出口依次與吸收塔51、閃蒸罐52、再生塔53、泵54連接，所述泵54依次與吸收塔51、加熱系統(tǒng)2連接。
[0015]應(yīng)用本實(shí)用新型的有益效果:
[0016](I)反應(yīng)氣中氧氣濃度的增大，加強(qiáng)了石煤中含釩物相的轉(zhuǎn)化，有利于提高釩的轉(zhuǎn)化率；
[0017](2)爐頂氣進(jìn)行凈化處理后部分循環(huán)利用，不僅降低了粉塵及有害氣體的污染，而且提聞了富氧空氣利用率；
[0018](3)焙燒氣氛、溫度與時(shí)間等工藝參數(shù)容易控制?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本實(shí)用新型一種含釩石煤豎爐富氧焙燒系統(tǒng)的示意圖
[0020]1、豎爐焙燒系統(tǒng)2、加熱系統(tǒng)3、冷卻氣循環(huán)系統(tǒng)4、爐頂氣循環(huán)系統(tǒng)
[0021]5、脫硫脫碳系統(tǒng)11、進(jìn)料裝置，12、豎爐本體13、卸料裝置
[0022]31、水洗塔32、氣液分尚器33、壓縮機(jī)
[0023]41、水洗塔42、氣液分離器43、壓縮機(jī)
[0024]51、吸收塔52、閃蒸罐53、再生塔54、泵
【具體實(shí)施方式】
[0025]為更好的說(shuō)明本實(shí)用新型，下面結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
[0026]如圖1所示，一種含釩石煤豎爐富氧焙燒系統(tǒng)包括豎爐焙燒系統(tǒng)1，爐頂氣循環(huán)系統(tǒng)4，加熱系統(tǒng)2和冷卻氣循環(huán)系統(tǒng)3，所述豎爐焙燒系統(tǒng)I包括進(jìn)料裝置11，豎爐本體12和卸料裝置13，其中進(jìn)料裝置11依次與豎爐本體12和卸料裝置13連接，所述豎爐本體12依次與爐頂氣循環(huán)系統(tǒng)4、加熱系統(tǒng)2連接，所述加熱系統(tǒng)2與豎爐本體12、冷卻氣循環(huán)系統(tǒng)3連接。
[0027]所述冷卻氣循環(huán)系統(tǒng)3包括水洗塔31、氣液分離器32、壓縮機(jī)33，其中所述豎爐本體12依次與水洗塔31、氣液分離器32、壓縮機(jī)33連接，所述壓縮機(jī)33與豎爐本體12連接。
[0028]所述爐頂氣循環(huán)系統(tǒng)4包括水洗塔41，氣液分離器42、壓縮機(jī)43、脫硫脫碳系統(tǒng)5，其中所述豎爐本體12的爐頂氣出口依次與水洗塔41、氣液分離器42、壓縮機(jī)43、脫硫脫碳系統(tǒng)5、加熱系統(tǒng)2連接。
[0029]所述脫硫脫碳系統(tǒng)5包括吸收塔51、閃蒸罐52、再生塔53、泵54，其中所述爐頂氣循環(huán)系統(tǒng)4中的壓縮機(jī)43的出口依次與吸收塔51、閃蒸罐52、再生塔53、泵54連接，所述泵54依次與吸收塔51、加熱系統(tǒng)2連接。
[0030]該系統(tǒng)運(yùn)行的工藝步驟包括:
[0031](I)將石煤原礦與添加劑混合、破碎、細(xì)磨至-0.074mm( > 80%)得到生料粉，加入水和粘結(jié)劑混合均勻后在成球裝置中造球，得到球徑10-20_的生料球；
[0032](2)在100_120°C烘干生料球后由豎爐12頂部的進(jìn)料裝置11裝入爐體；
[0033](3)含氧量40%?45%的反應(yīng)氣在加熱系統(tǒng)2內(nèi)加熱至800-900°C后通入豎爐，在爐內(nèi)氧化焙燒逆向運(yùn)動(dòng)的生料球3小時(shí)；
[0034](4)焙燒完成后的熟料，經(jīng)豎爐下部的冷卻段冷卻至200°C以下，由底部的卸料裝置13排出，經(jīng)破碎后用于V2O5的浸出。
[0035](5)來(lái)自豎爐冷卻段的冷卻氣，經(jīng)過(guò)水洗塔31、氣液分離器32和壓縮機(jī)33后，返回豎爐冷卻段循環(huán)使用。
[0036](6)從豎爐頂部排出的爐頂氣依次經(jīng)過(guò)水洗塔41降溫除塵、氣液分離器42脫除水、壓縮機(jī)43加壓和吸收塔脫51脫硫脫碳后，一部分與富氧空氣混合后輸送至加熱系統(tǒng)2循環(huán)使用，另一部分作為加熱系統(tǒng)2的助燃?xì)怏w，加熱系統(tǒng)的煙氣可用于生產(chǎn)蒸汽及干燥生料球，蒸汽供再生塔53使用；[0037](7)吸收塔51中吸收了 H2S、CO2的富液，依次經(jīng)過(guò)閃蒸罐52降壓解吸、再生塔53高溫解吸后變?yōu)樨氁?，由?4送回吸收塔51循環(huán)使用。
[0038]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及進(jìn)步:
[0039](I)反應(yīng)氣中氧氣濃度的增大，加強(qiáng)了石煤中含釩物相的轉(zhuǎn)化，有利于提高釩的轉(zhuǎn)化率；含氧量30%-60%富氧空氣在加熱系統(tǒng)內(nèi)加熱至800-900°C后通入豎爐直接氧化石煤球團(tuán)；由豎爐球團(tuán)氧化焙燒理論和氧化動(dòng)力學(xué)可知，助燃?xì)怏w中氧含量越高，燃燒氣體中的氧含量也就越高，氧分子的擴(kuò)散吸附、傳質(zhì)能力越強(qiáng)，球團(tuán)的氧化反應(yīng)速率越大，完全氧化所需時(shí)間越短。由于石煤原礦中含有18%左右的炭質(zhì)，石煤在入爐后，首先石煤中的碳在高溫下與氧氣反應(yīng)生成CO和CO2并放出熱量，如果爐內(nèi)的氧分壓不夠，CO2會(huì)分解產(chǎn)生CO和02，使?fàn)t內(nèi)的CO分壓增加，導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)氣氛呈還原氣氛，不利于焙燒物料的氧化，因此，采用富氧焙燒強(qiáng)化石煤中低價(jià)釩的氧化，通過(guò)改善焙燒氣氛提高釩的轉(zhuǎn)化率；
[0040]石煤中常見(jiàn)的金屬氧化物為鈣、鎂、鐵、鈉的氧化物，與五氧化二釩生成相應(yīng)的釩酸鹽，釩的逐步氧化及各種釩酸鹽的生成溫度均由600°C開(kāi)始，700°C時(shí)激烈，到800°C在理論上趨于完全。因此，石煤焙燒的溫度應(yīng)該高于800°C，否則可溶性釩酸鹽的生成在理論上不能趨向完全。
[0041](2)爐頂氣進(jìn)行凈化處理后部分循環(huán)利用，不僅降低了粉塵及有害氣體的污染，而且提聞了富氧空氣利用率；
[0042](3)焙燒氣氛、溫度與時(shí)間等工藝參數(shù)容易控制。焙燒時(shí)間是決定焙燒成敗的另一要素，石煤球團(tuán)在豎爐內(nèi)氧化2?4小時(shí)；焙燒分干燥-燃碳、氧化、燒成和冷卻四個(gè)步驟。干燥-燃碳步驟是指入爐石煤遇熱脫水，進(jìn)入爐內(nèi)的碳升溫燃燒，產(chǎn)出CO和0)2氣體的階段。是從石煤入爐開(kāi)始到600°C左右完成的階段。在溫度高于600°C的焙燒爐(窯)內(nèi)，低價(jià)釩氧化物與氧反應(yīng)生成高價(jià)釩氧化物，這一步驟為氧化步驟，它與干燥-燃碳步驟都是氣-固反應(yīng)，兩步驟所需要的時(shí)間在Ih以上。燒成步驟是高價(jià)五氧化二釩與金屬氧化物反應(yīng)生成釩酸鹽的過(guò)程，屬于固-固反應(yīng)，所需時(shí)間也在Ih以上。冷卻步驟是燒成的熟料到出爐窯的時(shí)間，由于焙燒過(guò)程中有可能生成同時(shí)含有四價(jià)和五價(jià)釩的釩青銅，這種可溶性差的釩青銅與可溶性釩酸鹽之間存在轉(zhuǎn)變可逆性，即釩青銅在空氣中氧化則可變?yōu)榭扇苄遭C酸鹽，可溶性釩酸鹽緩慢冷卻時(shí)則可能結(jié)晶脫氧變成釩青銅。因此冷卻步驟的時(shí)間越短越好，即驟冷冷卻能最大限度地抑制釩青銅的生成。通過(guò)上述分析可知，通常的焙燒時(shí)間不應(yīng)低于2h。
[0043]以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的【具體實(shí)施方式】，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實(shí)用新型披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種含釩石煤豎爐富氧焙燒系統(tǒng)，其特征在于，包括豎爐焙燒系統(tǒng)，爐頂氣循環(huán)系統(tǒng)，加熱系統(tǒng)和冷卻氣循環(huán)系統(tǒng)，所述豎爐焙燒系統(tǒng)包括進(jìn)料裝置，豎爐本體和卸料裝置，其中進(jìn)料裝置依次與豎爐本體和卸料裝置連接，所述豎爐本體依次與爐頂氣循環(huán)系統(tǒng)、力口熱系統(tǒng)連接，所述加熱系統(tǒng)與豎爐本體、冷卻氣循環(huán)系統(tǒng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含釩石煤豎爐富氧焙燒系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻氣循環(huán)系統(tǒng)包括水洗塔、氣液分離器、壓縮機(jī)，其中所述豎爐本體依次與水洗塔、氣液分離器、壓縮機(jī)連接，所述壓縮機(jī)與豎爐本體連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含釩石煤豎爐富氧焙燒系統(tǒng)，其特征在于，所述爐頂氣循環(huán)系統(tǒng)包括水洗塔、氣液分離器、壓縮機(jī)、脫硫脫碳系統(tǒng)，其中所述豎爐本體的爐頂氣氣出口依次與水洗塔、氣液分離器、壓縮機(jī)、脫硫脫碳系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種含釩石煤豎爐富氧焙燒系統(tǒng)，其特征在于，所述脫硫脫碳系統(tǒng)包括吸收塔、閃蒸罐、再生塔、泵，其中所述爐頂氣循環(huán)系統(tǒng)中壓縮機(jī)的出口依次與吸收塔、閃蒸罐、再生塔、泵連接，所述泵依次與吸收塔、加熱系統(tǒng)連接。
【文檔編號(hào)】C22B1/02GK203487215SQ201320245702
【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月8日
【發(fā)明者】吳道洪, 李志遠(yuǎn), 楊娜 申請(qǐng)人:北京神霧環(huán)境能源科技集團(tuán)股份有限公司