АППАРАТ ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ВСКРЫТИЯ КОНЦЕНТРАТА РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
DEVICE FOR CONTINUOUS OPENING OF CONCENTRATE OF RARE-EARTH ELEMENTS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к области металлургии, в частности, к устройству для непрерывного вскрытия концентратов руд редкоземельных элементов
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Одним из основных источников редкоземельных элементов в Китае являются смешанная руда месторождения Баотоу (бастнезит-монацитовая) и бастнезитовая руда. С учетом характеристик смешанной руды месторождения Баотоу, известным промышленным способом ее вскрытия является обжиг с концентрированной серной кислотой. Этот процесс является непрерывным и контролируемым, он может быть применен при крупносерийном производстве. Однако, в таком процессе смешанная руда вскрывается при высокой температуре, и содержащийся в руде торий переходит в шлак в виде пирофосфата тория, что приводит к радиоактивному загрязнению и потере тория. Кроме того, в таком процессе трудно вернуть в процесс фтор и серу, содержащиеся в отходящих газах. С учетом характеристик бастнезитовой руды, для ее вскрытия применяется известный способ ацидолиза, такого как окислительный обжиг с растворением в соляной кислоте. Такой способ менее затратный, но его нельзя выполнять непрерывно. Кроме того, торий и фтор, содержащиеся соответственно в шлаке и сточных водах, трудно вернуть в процесс, что приводит к загрязнению окружающей среды.
Следовательно, существующие способы обработки концентратов руд редкоземельных элементов нуждаются в усовершенствовании.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В основу настоящего изобретения положены следующие открытые авторами задачи и факты.
Проводя исследования способа обработки концентратов руд редкоземельных элементов, авторы обнаружили, что исследовательскими институтами предложен способ вскрытия руд редкоземельных элементов путем обжига с концентрированной серной кислотой при низких температурах. Концентрат руды редкоземельных элементов можно обжигать при низких температурах (от 150°C до 300°C) со степенью вскрытия редких земель более 95%. При этом более 90% тория остается в выщелачивающем растворе, благодаря чему торий можно эффективно извлекать из концентрата руды редкоземельных элементов. Однако, по мере того, как концентрат руды редкоземельных элементов взаимодействует с концентрированной серной кислотой, реакционная масса переходит из полужидкой суспензии в полусухое состояние, а затем превращается в твердый кек, что затрудняет динамичное непрерывное производство, из-за чего подобная технология до сих пор не получила широкого внедрения.
В связи с этим настоящее изобретение описывает устройство для непрерывного вскрытия концентрата руды редкоземельных элементов. В таком устройстве концентрат руды редкоземельных элементов вскрывается эффективным и непрерывным образом, что обеспечивает непрерывность производства при значительном увеличении степени вскрытия концентрата руды редкоземельных элементов.
В одном из аспектов настоящее изобретение представляет собой устройство для непрерывного вскрытия концентрата руды редкоземельных элементов в различных вариантах осуществления, включающее в себя: корпус с входом для материала, двумя входами для жидкости и двумя выходами для отходящих газов в верхней части корпуса, двумя выходами для материала в нижней части корпуса и теплоизолированной камерой в боковой стенке корпуса, в котором вход для материала расположен в середине верхней части корпуса, один из двух входов для жидкости расположен по одну сторону входа для материала, а другой из двух входов для жидкости расположен по другую сторону входа для материала, один из двух выходов для отходящих газов расположен по одну сторону от входа для материала, а другой из двух выходов для отходящих газов расположен по другую сторону от входа для материала, и один из двух выходов для материала примыкает к одному концу корпуса, а второй из двух выходов для материала примыкает ко второму концу корпуса, и в котором теплоизолированная камера имеет один теплоизолированный вход для жидкости и один теплоизолированный выход для жидкости; двухсторонний шнек, находящийся внутри корпуса и расположенный вдоль корпуса, который включает в себя: вращающийся вал с первой секцией вращающегося вала и второй секцией вращающегося вала, первую спиральную лопасть на первой секции вращающегося вала и вторую спиральную лопасть на второй секции вращающегося вала, причем направление спирали первой спиральной лопасти противоположно направлению спирали второй спиральной лопасти, так что первая спиральная лопасть направляет материалы к первому концу вращающегося вала, а вторая спиральная лопасть направляет материалы ко второму концу вращающегося вала; и узел привода, соединенный с вращающимся валом.
В устройстве для непрерывного вскрытия концентрата руды редкоземельных элементов, соответствующем вариантам реализации настоящего изобретения, на вход для материала подается смесь, образующаяся после тщательного смешивания концентрата руды редкоземельных элементов с концентрированной серной кислотой, и эта смесь двухсторонним шнеком перемещается к двум концам устройства. Одновременно в смесь через входы для жидкости подается техническая вода или разбавленная кислота для разбавления концентрированной серной кислоты, благодаря чему выделяется большое количество тепла и пара, что повышает эффективность вскрытия концентрата руды редкоземельных элементов. При этом температуру реакционной смеси можно контролировать, пропуская через теплоизолированную камеру теплопередающую среду, представляющую собой либо масло, либо пар. Далее, в процессе перемещения двухсторонним шнеком смесь преобразуется в рыхлое пористое твердое вещество, что дополнительно увеличивает степень вскрытия концентрата руды редкоземельных элементов в смеси. В конечном итоге концентрат руды редкоземельных элементов полностью вскрывается кислотой и отводится через выход для материала, а отходящие газы, образующиеся в процессе вскрытия, отводятся через выход для отходящих газов и подвергаются дальнейшей обработке. Таким образом, с помощью такого устройства можно эффективно и непрерывно вскрывать концентраты руд редкоземельных элементов, что позволяет осуществлять непрерывное производство и значительно улучшить степень вскрытия концентратов руд редкоземельных элементов.
Кроме того, устройство для непрерывного вскрытия концентрата руды редкоземельных элементов в соответствии с вышеуказанным вариантом осуществления настоящего изобретения может дополнительно иметь следующие технические характеристики.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения входы для жидкости располагаются друг напротив друга по длине корпуса симметрично относительно входа для материала, и выходы для отходящих газов также располагаются друг напротив друга по длине корпуса симметрично относительно входа для материала.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения вход для жидкости расположен между входом для материала и выходом для отходящих газов ближе ко входу для материала, чем к выходу для отходящих газов.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения устройство дополнительно включает в себя две горизонтальные трубки для распыления жидкости в верхней части корпуса, соединенные с входом для жидкости и имеющие группу отверстий для распыления жидкости.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения трубка для распыления жидкости проходит поперек корпуса.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения группа отверстий для распыления жидкости распределена в нижней части трубки для распыления жидкости.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения имеется два параллельных двухсторонних шнека.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения узел привода включает в себя: шестерню, соединенную с вращающимися валами двух двухсторонних шнеков; редуктор, соединенный с шестерней через муфту, и электромотор, соединенный с редуктором.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения заявленное устройство дополнительно включает в себя группу элементов измерения температуры, расположенных на боковой стенке корпуса.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения группа элементов измерения температуры равномерно распределена по двум боковым стенкам в направлении длины корпуса.
Дополнительные аспекты и преимущества вариантов осуществления настоящего изобретения будут частично представлены или понятны из нижеследующего описания или могут быть изучены на практических вариантах осуществления настоящего изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие аспекты и преимущества вариантов осуществления настоящего изобретения становятся очевидными и более понятными из нижеследующего описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, из которых:
Фиг.1 представляет собой схему, иллюстрирующую устройство для непрерывного вскрытия концентрата руды редкоземельных элементов в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;
Фиг.2 представляет собой схему, иллюстрирующую устройство для непрерывного вскрытия концентрата руды редкоземельных элементов в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Подробное описание настоящего изобретения будет дано на примерах некоторых конкретных вариантов его осуществления. Одинаковые или подобные элементы и элементы, имеющие одинаковые или подобные функции, в тексте описания обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Представленные ниже со ссылками на чертежи варианты осуществления являются пояснительными, иллюстративными и используются только для общего ознакомления с сущностью настоящего изобретения. Настоящее изобретение не должно рассматриваться как ограниченное только данными вариантами осуществления.
Следует понимать, что такие встречающиеся в описании термины, как «центральный», «продольный», «боковой», «длина», «ширина», «верхний», «нижний», «передний», «задний», «левый», «правый», «вертикальный», «горизонтальный», «верхний», «нижний», «внутренний», «наружный», «осевой», «радиальный» и «тангенциальный» относятся к описываемой в тексте или показанной на обсуждаемых чертежах ориентации. Эти термины, описывающие положение элемента относительно других элементов, введены только для удобства описания и никоим образом не должны рассматриваться как ограничивающие сущность настоящего изобретения в плане конструкции или действия в определенной ориентации.
Кроме того, такие термины, как «первый» и «второй», используются в данном документе также только для целей описания и не предназначены для обозначения или указания относительной важности, значимости или подразумеваемого количественного измерения технического признака, к которому они относятся. Таким образом, признак, определенный как «первый» или «второй», может включать в себя один или несколько этих признаков. Термин «группа» в описании настоящего изобретения означает два или более указанных признаков, если не указано иное.
Если не указано иное и не установлены ограничения, часто встречающиеся в настоящем описании термины «установленный», «соединенный», «связанный», «фиксированный» и тому подобные могут относиться, например, к неразъемным соединениям, разъемным соединениям или выполненным как единое целое деталям; механическим или электрическим соединениям; прямым или опосредованным соединениям через промежуточные элементы; а также внутренним соединениям элементов, что понятно специалистам в данной области техники в соответствии с конкретными ситуациями.
В настоящем описании, если не указано иное и не установлены ограничения, конструкция, в которой первый элемент находится «на» или «под» вторым элементом, может включать в себя как тот вариант осуществления, в котором первый элемент находится в прямом контакте со вторым элементом, так и тот вариант осуществления, в котором первый и второй элементы не находятся в прямом контакте друг с другом, а контактируют опосредованно через дополнительный элемент, имеющийся между ними. Кроме того, конструкция, в которой первый элемент находится «на», «над» или «поверх» второго элемента, может включать в себя вариант осуществления, в котором первый элемент находится прямо или под углом «на», «над» или «поверх» второго элемента или просто имеет высоту больше высоты второго элемента; соответственно, конструкция, в которой первый элемент находится «ниже», «под» или «на дне» второго элемента, может включать в себя вариант осуществления, в котором первый элемент находится прямо или под углом «ниже», «под» или «на дне» второго элемента или просто имеет высоту меньше высоты второго элемента.
В одном из аспектов настоящее изобретение представляет собой устройство для непрерывного вскрытия концентрата руды редкоземельных элементов в различных вариантах осуществления, включающее в себя корпус 100, двухсторонний шнек 200 и узел привода 300.
Устройство для непрерывного вскрытия концентрата руды редкоземельных элементов в различных вариантах осуществления подробно описано ниже со ссылками на Фиг. 1 и Фиг. 2.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения корпус 100 имеет вход 101 для материала, два входа 102 для жидкости и два выхода 103 для отходящих газов, расположенные в верхней части корпуса 100. Вход 101 для материала расположен в середине верхней части корпуса 100. Один из двух входов 102 для жидкости расположен по одну сторону входа 101 для материала, а второй из двух входов 102 для жидкости расположен по другую сторону входа 101 для материала. Один из двух выходов 103 для отходящих газов расположен по одну сторону входа 101 для материала, а второй из двух выходов 103 для отходящих газов расположен по другую сторону входа 101 для материала. Корпус 100 имеет два выхода 104 для материала, расположенных в нижней части корпуса 100, причем один из двух выходов 104 для материала находится у одного конца корпуса 100, а второй из двух выходов 104 для материала находится у другого конца корпуса 100. Таким образом, после того, как концентрат руды редкоземельных элементов будет однородно смешан с концентрированной серной кислотой, полученная смесь подается в корпус 100 устройства через вход 101 для материала и перемещается двухсторонним шнеком 200 к двум концам устройства вдоль продольной оси корпуса 100. Одновременно в смесь через входы 102 для жидкости подается техническая вода или разбавленная кислота для разбавления концентрированной серной кислоты, благодаря чему выделяется большое количество тепла, что ускоряет реакцию кислотного вскрытия и позволяет полностью вскрыть концентрат руды редкоземельных элементов за время движения смеси к двум концам устройства. Смесь выгружается из устройства через два выхода 104 для материала, расположенные в нижней части корпуса 100, а образующиеся в ходе реакции отходящие газы выпускаются из устройства через выходы 103 для отходящих газов.
В определенном варианте осуществления настоящего изобретения входы 102 для жидкости располагаются друг напротив друга по длине корпуса 100 симметрично относительно входа 101 для материала, и выходы 103 для отходящих газов также располагаются друг напротив друга по длине корпуса 100 симметрично относительно входа 101 для материала.
В определенном варианте осуществления настоящего изобретения вход 102 для жидкости расположен между входом 101 для материала и выходом 103 для отходящих газов ближе ко входу 101 для материала, чем к выходу 103 для отходящих газов.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения внутри боковой стенки корпуса 100 выполнена теплоизолированная камера (не показана на чертежах), которая имеет теплоизолированный вход 105 для жидкости и теплоизолированный выход 106 для жидкости. Это позволяет сохранять смесь в корпусе 100 теплой или горячей путем подачи в теплоизолированную камеру теплопередающей среды в виде масла или перегретого пара, что дополнительно повышает эффективность вскрытия концентрата руды редкоземельных элементов.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения в корпусе 100 предусмотрен двухсторонний шнек 200, который проходит вдоль корпуса 100. Этот двухсторонний шнек 200 включает в себя вращающийся вал 210, первую спиральную лопасть 220 и вторую спиральную лопасть (не показанную на чертежах). Вращающийся вал 210 имеет первую секцию вала и вторую секцию вала (не показанные на чертежах). Первая спиральная лопасть 220 размещена на первой секции вращающегося вала 210, а вторая размещена на второй секции вращающегося вала 210. Направление спирали первой лопасти противоположно направлению спирали второй лопасти, так что первая лопасть направляет материалы к первому концу вращающегося вала, а вторая лопасть направляет материалы ко второму концу вращающегося вала. Таким образом, поступающая из входа 101 для материала смесь может перемещаться к любому концу корпуса, что дополнительно повышает эффективность вскрытия концентрата руды редкоземельных элементов.
В определенном варианте осуществления настоящего изобретения имеется два параллельных двухсторонних шнека 200. Это позволяет еще больше повысить эффективность вскрытия концентрата руды редкоземельных элементов.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения узел привода 300 соединен с вращающимся валом 210 с целью приведения в движение двухстороннего шнека 200.
В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения узел привода 300 включает в себя шестерню 310, редуктор 320, муфту 330 и электромотор 340. Шестерня 310 соединена с вращающимися валами 210 двух двухсторонних шнеков 200. Редуктор 320 соединен с шестерней 310 муфтой 330. Электромотор 340 подсоединен к редуктору 320.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения описанное выше устройство для непрерывного вскрытия концентрата руды редкоземельных элементов дополнительно имеет две трубки 400 для распыления жидкости. Каждая из трубок 400 расположена горизонтально в верхней части корпуса 100, соединена с входом 102 для жидкости и имеет группу отверстий 410 для распыления жидкости. Это позволяет распылять техническую воду или разбавленную кислоту, поступающие из входа для жидкости, внутрь корпуса, что дополнительно повышает эффективность вскрытия концентрата руды редкоземельных элементов.
В определенном варианте осуществления настоящего изобретения трубка 400 для распыления жидкости расположена поперек корпуса 100, что дополнительно повышает эффективность вскрытия концентрата руды редкоземельных элементов.
В определенном варианте осуществления настоящего изобретения в нижней части трубки 400 для распыления жидкости выполнена группа отверстий 410 для распыления жидкости.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения описанное выше устройство для непрерывного вскрытия концентрата руды редкоземельных элементов дополнительно имеет группу элементов 500 измерения температуры, расположенных на боковой стенке корпуса 100. Элементы 500 измерения температуры позволяют измерять температуру в теплоизолированной камере и внутри корпуса.
В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения группа элементов 500 измерения температуры равномерно распределена по двум боковым стенкам вдоль корпуса 100.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения в корпусе условно выделяют четыре зоны от входа для материала до выхода для материала: зону контакта, зону старения, зону обжига и зону дробления. В зоне контакта смесь может вступать в контакт с технической водой или разбавленной кислотой, которая разбавляет концентрированную серную кислоту с выделением большого количества тепла и пара, и это выделяемое тепло может ускорять реакцию вскрытия концентрата руды редкоземельных элементов концентрированной серной кислотой, но смесь при этом превращается из полужидкой суспензии в полусухой материал. Этот полусухой материал перемещается двухсторонним шнеком в зону старения. Затем в теплоизолированную камеру через теплоизолированный вход для жидкости подают теплопередающую среду в виде масла или перегретого пара таким образом, чтобы температура указанной зоны корпуса поддерживалась в диапазоне от 130°C до 210°C (температура может контролироваться элементами измерения температуры, а затем автоматически регулироваться), благодаря чему реакция старения концентрата руды редкоземельных элементов в концентрированной серной кислоте ускоряется. После реакции старения полусухой материал превращается в пористый сухой материал, куски этого сухого материала дробятся в порошок и сдвиговым действием двухстороннего шнека перемещаются в зону обжига. При этом температура поддерживается в диапазоне от 250°С до 280°С, благодаря чему порошковый материал подвергается дополнительному вскрытию. В процессе многократного перемешивания двухсторонним шнеком порошковый материал равномерно нагревается, что позволяет еще больше сократить время прохождения реакции. В процессе перемещения материалов образуется твердый материал с рыхлой и пористой структурой, что дополнительно увеличивает скорость ацидолиза концентрата руды редкоземельных элементов. В конце, полученный продукт ацидолиза выгружается из выхода для материала, а образовавшиеся в результате реакции отходящие газы выпускаются из выхода для отходящих газов и используются для извлечения ценного фтора. Таким образом, устройство для непрерывного вскрытия концентрата руды редкоземельных элементов по настоящему изобретению позволяет устранить неравномерность перемешивания и локальную агломерацию смеси во время ацидолиза концентрата руды редкоземельных элементов, что обеспечивает более эффективное использование тепла, выделяемого при разбавлении концентрированной серной кислоты, и непрерывность вскрытия концентрата руды редкоземельных элементов серной кислотой, а следовательно, непрерывность производственного процесса.
Встречающиеся в данном описании ссылки на «вариант осуществления», «некоторые варианты осуществления», «один вариант осуществления», «другой пример», «пример», «конкретный пример» или «некоторые примеры» означают, что конкретный признак, структура, материал или характеристика, описанные в связи с вариантом осуществления или примером, включены по меньшей мере в один вариант осуществления или пример настоящего изобретения. Таким образом, появление в тексте описания таких фраз, как «в некоторых вариантах осуществления», «в одном из вариантов осуществления», «в каком-либо варианте осуществления», «в другом примере», «в примере», «в конкретном примере» или «в некоторых примерах» не обязательно означает ссылку на один и тот же вариант осуществления или пример настоящего изобретения. Кроме того, конкретные признаки, структуры, материалы или характеристики могут быть объединены любым подходящим способом в одном или нескольких вариантах осуществления или примерах.
Хотя настоящее изобретение представлено в пояснительных вариантах осуществления, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что вышеприведенные варианты осуществления не должны рассматриваться как ограничивающие настоящее изобретение, и что в эти варианты могут быть внесены изменения, альтернативные решения и модификации без отступления от сущности, принципов и объема настоящего изобретения.