СПОСОБ ДВУХСТАДИЙНОГО НАТРИРУЮЩЕГО ОБЖИГА ВАНАДИЙСОДЕРЖАЩЕГО МАТЕРИАЛА
METHOD FOR TWO-STEP SODIUM CALCINING OF VANADIUM-CONTAINING MATERIAL

Ссылка на родственную заявку
По настоящей заявке испрашивается приоритет в соответствии с заявкой на патент Китая №201410215961.4 под названием «Способ двухстадийного натрирующего обжига ванадийсодержащего материала», поданной 21 мая 2014 года, содержание которой полностью и в частности включено в настоящий документ посредством отсылки.
Область техники
Настоящее изобретение относится к способу двухстадийного натрирующего обжига ванадийсодержащего материала.
Уровень техники
2
3
2
4
Ванадиевые продукты обычно получают путем извлечения ванадия из солей натрия; т.е. ванадийсодержащие материалы и соли натрия, такие как NaCO или NaSO, измельчаются и перемешиваются до однородного состояния, после чего полученная смесь подвергается окислительному обжигу при высокой температуре с целью получения пятивалентного ванадия, который соединяется с натрием для образования водорастворимого химического соединения, такого как ванадиевокислый натрий. Далее указанное химическое соединение выщелачивается водой с тем, чтобы ванадий был переведен в раствор. Затем ванадий осаждается из раствора, после чего он может использоваться для получения различных ванадиевых продуктов.
Однако в процессе обжига, описанного выше, материал имеет обыкновение спекаться, что часто приводит к образованию настыли на поду, прилипанию к зубьям скребков и прочим нежелательным явлениям во вращающихся обжиговых печах, многоподовых печах для обжига или другом обжиговом оборудовании. Во избежание указанных проблем часто необходимо понижать температуру обжига, что приводит, соответственно, к снижению показателя конверсии при обжиге. Обычно считается, что спекание и прилипание материала к оборудованию обусловлено, главным образом, легкоплавкими веществами, которые образуются в процессе реакции. Легкоплавкие вещества переводятся в жидкую фазу при температуре обжига, а материал спекается в комки вокруг жидкофазных веществ как «снежки». Обычное решение этой проблемы предусматривает добавление хвостов с целью сокращения процентной доли легкоплавких веществ за счет уменьшения общего содержания ванадия в шихтовом материале, благодаря чему можно уменьшить спекание и прилипание, регулировать эти процессы, а также повысить скорость извлечения ванадия. Обычно содержание ванадия в клинкере регулируется в пределах около 5% масс. Но даже в этом случае часто наблюдается спекание и прилипание материала, хотя и не так часто. Показатель конверсии ванадия при обжиге составляет всего 82-85%, а в среднем он ниже 84%.
Помимо этого, добавление хвостов для обжига обуславливает множество недостатков: после переработки клинкера путем мокрого дробления и выщелачивания диаметр его частиц существенно уменьшается; при возврате клинкера для подготовки материала средний размер частиц материала, загружаемого в печь, будет уменьшен; кроме того, некоторое количество остатков периодически подвергается повторной переработке; соответственно, постепенно увеличивается пропорциональная доля очень мелких твердых частиц, и время от времени возникают определенные сложности, например, с осветлением, фильтрацией и сепарацией раствора. Более того, поскольку значительное количество материала возвращается транспортировочным оборудованием в печь для обжига после его переработки в выщелачивающих и фильтрующих устройствах, потребление электроэнергии в производственном процессе будет увеличено.
Проведя тщательное исследование, автор изобретения пришел к следующему выводу: хотя в процессе обжига образуется некоторое количество легкоплавких веществ, не они являются главной причиной спекания и прилипания материала к оборудованию; на самом деле основная причина спекания заключается в следующем: поскольку процесс обжига представляет собой процесс окислительной реакции, вещества с низкой валентностью в ванадийсодержащем материале испускают в ходе окислительной реакции большое количество теплоты; и по мере того как тепло, вырабатываемое во время сгорания топлива, накладывается на тепло реакции, выделяемое в процессе окисления материала,  температура в зоне материала, где локализуется реакция окисления, резко возрастает и выходит за пределы температурного диапазона, требуемого для выполнения процесса в этой зоне; следовательно, легкоплавкие вещества в указанной зоне материала будут расплавляться и спекаться в комки или блоки по мере движения материала. При понижении температуры до уровня ниже точки плавления легкоплавких веществ эти легкоплавкие вещества будут отвердевать, и часть материала будет прилипать к оборудованию, образую настыль.
Таким образом, ключом к решению проблемы спекания и прилипания материала является регулирование тепла реакции с целью установления равномерной и установившейся реакции материала, а также для предотвращения выхода температуры из-под контроля.
Сущность изобретения
Для устранения недостатков существующего способа натрирующего обжига ванадийсодержащего материала, используемого на известном уровне техники, т.е. неконтролируемости температуры, частой цементации материала и образования настыли, а также низкого показателя конверсии ванадия в процессе обжига ванадийсодержащего материала с добавками, настоящее изобретение предлагает способ двухстадийного натрирующего обжига ванадийсодержащего материала.
Для достижения указанной цели настоящее изобретение предлагает способ двухстадийного натрирующего обжига ванадийсодержащего материала, включающий: последовательное выполнение первой стадии обжига и второй стадии обжига сырья; где сырье представляет собой смесь ванадийсодержащего материала с добавкой соли натрия; температура на второй стадии обжига составляет 740-820°C, причем температура на второй стадии обжига превышает температуру на первой стадии обжига; а продолжительность как первой стадии обжига, так и второй стадии обжига составляет 60-300 минут.
С помощью способа двухстадийного натрирующего обжига, раскрытого в настоящем изобретении, технические проблемы известного уровня техники, такие как выход температуры из-под контроля, спекание материала и его прилипание к оборудованию, могут быть эффективно решены за счет применения двух стадий обжига и строгого регулирования температуры между двумя стадиями обжига и продолжительности обжига; кроме того, можно не только существенно улучшить показатель конверсии ванадия, но и повысить скорость загрузки материала в печь для обжига, т.е. повысить эксплуатационный КПД печи для обжига.
Прочие характеристики и преимущества настоящего изобретения будут подробно описаны ниже в привязке к вариантам его осуществления.
Подробное описание изобретения
Варианты реализации настоящего изобретения будут подробно раскрыты ниже. Следует понимать, что описанные в настоящем документе варианты осуществления заявленного изобретения служат исключительно для описания и разъяснения настоящего изобретения, но не должны рассматриваться как ограничивающие его объем.
Настоящее изобретение предлагает способ двухстадийного натрирующего обжига ванадийсодержащего материала, включающий в себя: последовательное выполнение первой стадии обжига и второй стадии обжига сырья; при этом сырье представляет собой смесь ванадийсодержащего материала с добавкой соли натрия; температура на второй стадии обжига составляет 740-820°C, в предпочтительном варианте она лежит в диапазоне 760-800°C; при этом температура на второй стадии обжига превышает температуру на первой стадии обжига, которая составляет 650-760°C; а продолжительность как первой стадии обжига, так и второй стадии обжига составляет 60-300 минут.
Согласно настоящему изобретению сырье может содержать 5-50% масс. соли натрия в качестве добавки; предпочтительно содержит 10-40% масс. добавки соли натрия, более предпочтительно содержит 10-30% масс. Добавки соли натрия. Остальная часть сырья представляет собой ванадийсодержащий материал.
Согласно настоящему изобретению нет никаких особых ограничений в отношении солей натрия, используемых в качестве добавки; иначе говоря, для реализации заявленного изобретения могут быть применены любые добавки на основе солей натрия, широко используемые на известном уровне техники. В предпочтительном варианте соль натрия в качестве добавки может представлять собой неорганическую соль натрия. Неорганическая соль натрия может быть выбрана из группы, содержащей карбонат натрия, бикарбонат натрия, сульфат натрия, хлорид натрия и пр. При выборе карбоната натрия в качестве указанной добавки карбонат натрия и ванадийсодержащий материал подвергаются окислительному обжигу при высокой температуре, в результате чего ванадий превращается в пятивалентный ванадий, а полученный пятивалентный ванадий соединяется с натрием для образования водорастворимого химического соединения, такого как ванадиевокислый натрий; при этом в ходе реакции в воздух испускается углекислый газ, который не загрязняет окружающую среду.
2
5
2
5
2
5
Основная цель способа двухстадийного натрирующего обжига ванадийсодержащего материала, описанного в настоящем изобретении, заключается в превращении ванадиевых компонентов (например, VO) ванадийсодержащего материала в водорастворимые химические соединения, такие как ванадиевокислый натрий, с тем, чтобы из ванадийсодержащего материала можно было извлечь ванадий. Таким образом, нет никаких особых ограничений в отношении химического состава ванадийсодержащего материала по настоящему изобретению; иначе говоря, для реализации заявленного изобретения может применяться любой обычный ванадийсодержащий материал, содержащий ванадиевые компоненты. В частности, ванадийсодержащий материал может содержать 1-40% масс. VO, предпочтительно 5-30% масс. VO.
Согласно настоящему изобретению размер частиц ванадийсодержащего материала может составлять 0,125 мм или меньше, предпочтительно в пределах от 0,045 мм до 0,125 мм.
Согласно настоящему изобретению процесс обжига может быть реализован любым обычным способом, известным на данном этапе развития техники; например, в качестве шихтового материала может быть использовано сырье, которое загружается в печь для последующего обжига. Нет никаких особых ограничений и в отношении печи для обжига; иными словами, при реализации настоящего изобретения может быть использована любая печь для обжига обычного типа. В одном из вариантов осуществления заявленного изобретения печь для обжига представляет собой 10-подовую печь для обжига диаметром 6,25 м, но этот вариант не ограничен указанными параметрами. Также нет никаких особых ограничений в отношении скорости загрузки шихтового материала в печь для обжига; скорость загрузки шихтового материала может составлять, к примеру, 1-10 т/ч.
Настоящее изобретение будет подробно раскрыто ниже на некоторых примерах.
В последующих примерах показатель конверсии ванадия при обжиге рассчитывается по нижеследующей формуле:
Показатель конверсии ванадия = (количество водорастворимого ванадия в клинкере / общее количество ванадия в клинкере) × 100%.
Примеры
Пример 1
Этот пример приведен с целью иллюстрации способа двухстадийного натрирующего обжига ванадийсодержащего материала согласно настоящему изобретению.
2
5
Для получения ванадийсодержащего материала измельчите ванадиевый шлак с 9,87% масс. VO до тех пор, пока размер частиц не станет равным 0,125 мм или меньше; возьмите 100 массовых частей ванадийсодержащего материала и добавьте к ним 13 массовых частей карбоната натрия, после чего перемешайте указанные материалы до получения однородной смеси, используемой в дальнейшем в качестве шихтового материала; загрузите шихтовый материал в многоподовую (10-подовую) печь для обжига диаметром 6,25 м со скоростью 8 т/ч, после чего выполните первую стадию обжига при температуре 720°C в течение 150 минут с целью получения продукта первой стадии обжига; при этом вест продукт после первой стадии обжига будет представлен в виде песка.
Снова загрузите продукт первой стадии обжига в многоподовую (10-подовую) печь для обжига диаметром 6,25 м со скоростью 8 т/ч, после чего выполните вторую стадию обжига при температуре 800°C в течение 150 минут с целью получения конечного продукта обжига; а затем переместите продукт обжига в выщелачивающую камеру для его выщелачивания.
Путем наблюдений и замеров было установлено, что температура в процессе обжига поддерживается на установившемся уровне, а максимальный диапазон изменения температуры составляет 790 - 810°C; обожженный продукт представлен в виде песка с очень незначительным количеством небольших отдельных частиц, и он может быть без труда измельчен до порошкообразного состоянии под небольшим давлением; при этом 95% частиц обожженного клинкера или больше имеют размер менее 2 мм; внутренняя стенка многоподовой печи для обжига является гладкой; на ментальной лопасти и зубьях скребка отсутствует прилипший материал; а средний показатель конверсии ванадия при обжиге составляет 90,75%.
Пример 2
Этот пример приведен с целью иллюстрации способа двухстадийного натрирующего обжига ванадийсодержащего материала согласно настоящему изобретению.
2
5
Для получения ванадийсодержащего материала измельчите ванадиевый шлак с 15,36% масс. VO до тех пор, пока размер частиц не станет равным 0,1 мм или меньше; возьмите 100 массовых частей ванадийсодержащего материала и добавьте к ним 19 массовых частей карбоната натрия, после чего перемешайте указанные материалы до получения однородной смеси, используемой в дальнейшем в качестве шихтового материала; загрузите шихтовый материал в многоподовую (10-подовую) печь для обжига диаметром 6,25 м со скоростью 6 т/ч, после чего выполните первую стадию обжига при температуре 750°C в течение 150 минут с целью получения продукта первой стадии обжига; при этом вест продукт после первой стадии обжига будет представлен в виде песка.
Снова загрузите продукт первой стадии обжига в многоподовую (10-подовую) печь для обжига диаметром 6,25 м со скоростью 6 т/ч, после чего выполните вторую стадию обжига при температуре 760°C в течение 150 минут с целью получения продукта второй стадии обжига; а затем переместите продукт обжига в выщелачивающую камеру для его выщелачивания.
Путем наблюдений и замеров было установлено, что температура в процессе обжига поддерживается на установившемся уровне, а максимальный диапазон изменения температуры составляет 750 - 770°C; обожженный продукт представлен в виде песка с очень незначительным количеством небольших отдельных частиц, и он может быть без труда измельчен до порошкообразного состояния под небольшим давлением; при этом 95% частиц обожженного клинкера или больше имеют размер менее 2 мм; внутренняя стенка многоподовой печи для обжига является гладкой; на метальной лопасти и зубьях скребка отсутствует прилипший материал; а средний показатель конверсии ванадия при обжиге составляет 92,37%.
Пример 3
Этот пример приведен с целью иллюстрации способа двухстадийного натрирующего обжига ванадийсодержащего материала согласно настоящему изобретению.
2
5
Для получения ванадийсодержащего материала измельчите ванадиевый шлак с 20,18% масс. VO до тех пор, пока размер частиц не станет равным 0,125 мм или меньше; возьмите 100 массовых частей ванадийсодержащего материала и добавьте к ним 28 массовых частей карбоната натрия, после чего перемешайте указанные материалы до получения однородной смеси, используемой в дальнейшем в качестве шихтового материала; загрузите шихтовый материал в многоподовую (10-подовую) печь для обжига диаметром 6,25 м со скоростью 4 т/ч, после чего выполните первую стадию обжига при температуре 740°C в течение 150 минут с целью получения продукта первой стадии обжига; при этом вест продукт после первой стадии обжига будет представлен в виде песка.
Снова загрузите продукт первой стадии обжига в многоподовую (10-подовую) печь для обжига диаметром 6,25 м со скоростью 4 т/ч, после чего выполните вторую стадию обжига при температуре 790°C в течение 150 минут с целью получения продукта второй стадии обжига; а затем переместите продукт обжига в выщелачивающую камеру для его выщелачивания.
Путем наблюдений и замеров было установлено, что температура в процессе обжига поддерживается на установившемся уровне, а максимальный диапазон изменения температуры составляет 780 - 800°C; обожженный продукт представлен в виде песка с очень незначительным количеством небольших отдельных частиц, и он может быть без труда измельчен до порошкообразного состояния под небольшим давлением; при этом 95% частиц обожженного клинкера или больше имеют размер менее 2 мм; внутренняя стенка многоподовой печи для обжига является гладкой; на мешальной лопасти и зубьях скребка отсутствует прилипший материал; а средний показатель конверсии ванадия при обжиге составляет 93,30%.
Рассмотрев вышеприведенные примеры, можно прийти к следующему выводу: при использовании способа двухстадийного натрирующего обжига ванадийсодержащего материала, раскрытого в настоящем изобретении, температура в процессе обжига поддерживается на установившемся уровне и легко поддается регулированию, а материал не спекается и не прилипает к оборудованию; при этом существенно увеличен показатель конверсии ванадия при обжиге.
Хотя выше описаны некоторые предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, заявленное изобретение не ограничивается характеристиками, указанными в этих вариантах реализации настоящего изобретения. Специалисты в данной области техники могут модифицировать техническую схему заявленного изобретения и вносить в него определенные изменения без отступления от сущности настоящего изобретения. Однако все эти модификации и изменения должны входить в защищенный объем заявленного изобретения.
Кроме того, следует отметить, что конкретные технические признаки, описанные выше в вариантах осуществления настоящего изобретения, могут быть объединены в любой приемлемой форме при условии отсутствия противоречий. Во избежание ненужного повторения некоторые конкретные комбинации в настоящем изобретении не описаны. Более того, разные варианты реализации заявленного изобретения могут свободно объединяться по мере необходимости при условии, что полученные комбинации не отходят от идеи и сущности настоящего изобретения.
Однако такие комбинации также должны рассматриваться как входящие в объем, раскрытый в настоящем изобретении.