CN105331810B - 用于硫酸浸出石煤中钒的微波加热装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于硫酸浸出石煤中钒的微波加热装置及方法，该微波加热装置包括进料机构、密闭的微波谐振腔和上下贯穿微波谐振腔的非金属管，微波谐振腔的四周设有若干用于产生微波的微波源，非金属管的上端连接有中间料斗，中间料斗设有用于抽气的抽气出口，进料机构的出料口与中间料斗连通。该方法包括进料，微波加热，自然熟化、水常温浸出和过滤得到钒水溶液的步骤。本发明具有加热速率快、加热均匀、污染小、耐腐蚀性好、可提高钒浸出率、降低酸耗和能耗等优点。

Description

用于硫酸浸出石煤中钒的微波加热装置及方法

技术领域

本发明涉及湿法冶金技术领域，具体涉及一种用于硫酸浸出石煤中钒的微波加热装置及方法。

背景技术

石煤提钒技术经过二十多年的发展，目前的主要发展方向之一为酸浸工艺，酸浸工艺通常又分为两种，一种是将石煤钒矿先在高温下焙烧，通过高温破坏矿物的晶格，使+3价钒氧化成可溶于水或酸的+4价和+5价钒，再用硫酸浸出。另一种是采用浓硫酸直接浸出的方法，即采用石煤与浓硫酸搅拌混合，利用浓硫酸的强酸性和氧化性从石煤中浸出钒。高温焙烧-酸浸工艺的优点是钒的浸出率较高，缺点是经高温焙烧后，大量的杂质元素如铝、铁、硅、钛、镁、磷等随同钒同时被浸出，给后续产品分离、净化带来很大困难，严重的影响了钒产品质量和增加了生产成本。直接酸浸工艺的优点是流程短、能耗低、浸出的杂质量少，缺点是钒的浸出率较低、硫酸消耗高，这是因为常温下石煤钒矿中的钒不溶于酸、碱，因此浸出率低，同时由于硫酸为二元酸，其一级电离为强酸，二级电离为弱酸，因此常温下浸钒时硫酸的利用率只有不到60%，导致酸耗高，增加了提钒的原料成本。

为了提高直接酸浸的浸出率和降低酸耗，通常采取提高反应温度的方法，即加热至200℃左右浸出的方法，可使反应速率加快，反应更完全。但在工业生产上却遇到了如何对这种浓硫酸和石煤粉粒混合物进行加热的难题，这是因为一是混合物料腐蚀性很强，在200℃左右绝大多数金属材料不耐其腐蚀；二是由于混合物料黏性强，极易成团或粘壁，给加热均匀和操作带来很大障碍。工业上最早尝试采用回转窑进行加热，但因粘壁严重导致无法生产。随后采用卧式转炉、推板窑和隧道窑进行加热，但也因存在设备腐蚀严重、操作环境恶劣、能耗高、劳动强度大、浸出不完全等缺点，导致生产十分困难，因此迫切需要一种合适的加热装置和相应的加热方法来代替。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种加热速率快、加热均匀、污染小、耐腐蚀性好、可提高钒浸出率、降低酸耗和能耗的用于硫酸浸出石煤中钒的微波加热装置，还提供一种采用该微波加热装置进行硫酸浸出石煤中钒的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于硫酸浸出石煤中钒的微波加热装置，包括进料机构、密闭的微波谐振腔和上下贯穿所述微波谐振腔的非金属管，所述微波谐振腔的四周设有若干用于产生微波的微波源，所述非金属管的上端连接有中间料斗，所述中间料斗设有用于抽气的抽气出口，所述进料机构的出料口与所述中间料斗连通。

上述的微波加热装置，优选的，所述非金属管为氧化铝陶瓷、玻璃或四氟塑料材质管。

上述的微波加热装置，优选的，所述进料机构为螺旋输送机，所述螺旋输送机的出料口朝下设置且位于非金属管上端管口的正上方。

上述的微波加热装置，优选的，所述中间料斗为一上部呈锥形、下部呈倒锥形的筒形容器，所述筒形容器的下端设有出口并通过法兰机构与非金属管的上端管口密封连接，所述抽气出口设于筒形容器的上端；所述筒形容器的倒锥形下部的外壁上装设有下料振动器。

上述的微波加热装置，优选的，所述微波谐振腔为一长方体金属箱，所述长方体金属箱的上壁和下壁分别连接有一根与内腔连通的不锈钢管，所述非金属管穿设安装于两根不锈钢管中，与长方体金属箱下壁连接的不锈钢管设有一支承非金属管的支承法兰，各不锈钢管与非金属管之间通过氟橡胶或四氟塑料密封。

上述的微波加热装置，优选的，所述长方体金属箱的四个侧壁上分别设有一个微波馈入口，每个微波馈入口通过波导管连接有一个独立的大功率微波源；或者所述长方体金属箱的四个侧壁上分别直接固设有多个小功率微波源。

上述的微波加热装置，优选的，与长方体金属箱下壁连接的不锈钢管上连接有一与非金属管下端管口连通的喇叭形不锈钢出料管，所述喇叭形不锈钢出料管的侧壁与中心线夹角为0.5～15°；所述喇叭形不锈钢出料管的外壁上还装设有出料振动器。

上述的微波加热装置，优选的，所述喇叭形不锈钢出料管上靠近不锈钢管的位置处安装有一伸入喇叭形不锈钢出料管管腔中的热电偶。

上述的微波加热装置，优选的，所述喇叭形不锈钢出料管的下端出口的下方设有皮带输送机，所述皮带输送机的输送带与喇叭形不锈钢出料管的下端出口之间的间距为50～150mm；所述皮带输送机的输送带下方还设有称重传感器。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种采用上述微波加热装置进行硫酸浸出石煤中钒的方法，包括以下步骤：

（1）将石煤钒矿粉粒与浓硫酸混合得到混合物料，通过进料机构送入中间料斗内，开启下料振动器，使混合物料在重力及下料振动器的振动作用下进入非金属管；

（2）开启微波源对非金属管内的混合物料进行加热，通过控制微波功率或者控制混合物料在非金属管内的通过速度，使从非金属管下端开口输出的物料温度保持在120℃~220℃；

（3）采用皮带输送机将输出的物料输送至料仓自然熟化至少24小时，再水常温浸出、过滤后得到钒水溶液，水常温浸出的液固比为4：1，时间为至少4小时。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明用于硫酸浸出石煤中钒的微波加热装置，采用非金属管引导物料通过微波谐振腔进行微波加热，首先，由于微波通过在物体内部的带电粒子传导和电介质极化而产生热量，具有穿透性、选择性等特点，在加热类似石煤、浓酸混合后的黏性物料方面具有独特的优势，可深入混合物料内部进行加热，具有加热速率快、加热均匀、非接触加热的优点；其次，微波对矿物中金属离子的浸出具有明显的催化作用，可提高金属的浸出率；再者，混合物料在通过非金属管的过程中进行微波加热，有利于防止除氢氟酸以外酸性物料的腐蚀；此外，非金属管上下贯穿微波谐振腔，物料依靠自重在非金属管中输送并完成加热，不需要额外的输送设备，能够大大节省生产成本和降低能耗，因此，本发明的微波加热装置对石煤与浓硫酸混合物进行加热，不但可解决加热过程中的强腐蚀性和传热不均匀等难题，同时具有提高钒浸出率、降低酸耗和能耗、污染小、连续性好等特点，可实现从石煤中高效提钒的绿色生产过程。

附图说明

图1为本发明用于硫酸浸出石煤中钒的微波加热装置的结构示意图。

图例说明：

1、进料机构；2、微波谐振腔；20、长方体金属箱；21、不锈钢管；22、微波馈入口；23、波导管；24、喇叭形不锈钢出料管；3、非金属管；4、微波源；5、中间料斗；51、抽气出口；6、下料振动器；7、出料振动器；8、热电偶；9、皮带输送机；10、称重传感器；100、抽气管。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明用于硫酸浸出石煤中钒的微波加热装置，包括进料机构1、密闭的微波谐振腔2和上下贯穿微波谐振腔2的非金属管3，微波谐振腔2的四周设有若干用于产生微波的微波源4，非金属管3的上端连接有中间料斗5，中间料斗5设有用于抽气的抽气出口51，进料机构1的出料口与中间料斗5连通。

本实施例中，非金属管3为氧化铝陶瓷、玻璃或四氟塑料材质管。非金属管3的直径为100mm～300mm，长度为2000～4000mm。

本实施例中，中间料斗5为一上部呈锥形、下部呈倒锥形的筒形容器，筒形容器的下端设有出口并通过法兰机构与非金属管3的上端管口密封连接，抽气出口51设于筒形容器的上端，通过法兰与抽气管100相连，用于将非金属管3加热过程中产生的气体抽入气体净化***；筒形容器的倒锥形下部的外壁上装设有下料振动器6，利于中间料斗5内的物料进入非金属管3及在非金属管3中输送。

本实施例中，进料机构1为螺旋输送机，螺旋输送机通过中间料斗5外壁上开设的法兰口进入中间料斗5内，其呈水平布置。螺旋输送机的出料口朝下设置且位于非金属管3上端管口的正上方，也即螺旋输送机的出料口朝下对准非金属管3的进口，有利于物料进入非金属管3。

本实施例中，微波谐振腔2为一长方体金属箱20，可采用不锈钢制作，长方体金属箱20的上壁和下壁分别连接有一根与内腔连通的不锈钢管21，非金属管3穿设安装于两根不锈钢管21中，与长方体金属箱20下壁连接的不锈钢管21设有一支承非金属管3的支承法兰，各不锈钢管21与非金属管3之间通过氟橡胶或四氟塑料密封。两根不锈钢管21的长度根据非金属管3的直径大小而定，范围在250mm至1500mm之间，用于抑制微波的泄露。

本实施例中，长方体金属箱20的四个侧壁上分别设有一个微波馈入口22，每个微波馈入口22通过波导管23连接有一个独立的大功率微波源4。在其他实施例中，也可以在长方体金属箱20的四个侧壁上分别直接固设有多个小功率微波源4（≤5KW）。

本实施例中，与长方体金属箱20下壁连接的不锈钢管21上连接有一与非金属管3下端管口连通的喇叭形不锈钢出料管24，喇叭形不锈钢出料管24的侧壁与中心线夹角为0.5～15°；喇叭形不锈钢出料管24的外壁上还装设有出料振动器7，利于物料的出料。

喇叭形不锈钢出料管24上靠近不锈钢管21的位置处安装有一伸入喇叭形不锈钢出料管24管腔中的热电偶8，用于测量出料的温度。

本实施例中，喇叭形不锈钢出料管24的下端出口的下方设有皮带输送机9，皮带输送机9的输送带与喇叭形不锈钢出料管24的下端出口之间的间距为50～150mm，该距离在避免了皮带堵料的同时，也避免了因距离太大而产生微波泄漏；皮带输送机9的输送带下方还设有称重传感器10，用于检测落在皮带上的物料重量。

上述称重传感器10可与PLC自控设备结合，实现自动控制皮带输送机9上的物料重量在一定范围。当超过一定重量时可控制加速皮带输送机9的运转；当低于一定重量时降低输送机的运转速度乃至停止，同时停止微波加热，以避免微波的泄漏。上述热电偶8也可与PLC自控设备结合，实现自动控制物料的加热温度，当物料超温时，可降低微波的输出功率，低于设定温度时，可降低皮带输送机9的运转速度和螺旋输送机的运转速度。

一种采用上述微波加热装置进行硫酸浸出石煤中钒的方法，包括以下步骤：

（1）将石煤钒矿粉粒与浓硫酸混合得到混合物料，通过进料机构1送入中间料斗5内，开启下料振动器6，使混合物料在重力及下料振动器6的振动作用下进入非金属管3；

（2）开启微波源4对非金属管3内的混合物料进行加热，通过控制微波功率或者控制混合物料在非金属管3内的通过速度（通过控制皮带输送机9和螺旋输送机的运转速度来实现），使从非金属管3下端开口输出的物料温度保持在120℃~220℃；

（3）采用皮带输送机9将输出的物料输送至料仓自然熟化至少24小时，再水常温浸出、过滤后得到钒水溶液，水常温浸出的液固比为4：1，时间为至少4小时。采用常规方法可将钒水溶液生产得到五氧化二钒。上述料仓由保温材料和耐酸水泥制成。

以下是采用上述微波加热装置进行硫酸浸出石煤中钒的方法的两个具体实施例：

实施例1：

将硫酸与某地产石煤（V 0.8%）粉粒按重量配比为15:100混合得到混合物料，混合物料通过进料机构1加入到中间料斗5内，混合物料在重力和下料振动器6的作用下进入非金属管3内。其中，非金属管3的直径为100mm，长度为2200mm，位于微波谐振腔2内的长度为1350mm，位于微波谐振腔2以下的长度为600mm。喇叭形不锈钢出料管24的垂直长度为300mm，边线与垂直线的夹角为5°，喇叭形不锈钢出料管24最下端距离皮带60mm。微波发生器产生的微波通过波导管23和微波馈入口22进入到微波谐振腔2内。物料在非金属管3内从上至下经过微波谐振腔2吸收微波而升温加热，控制进料量和出料速度，使物料进入喇叭形不锈钢出料管24时的温度为120℃。加热后的物料由皮带输送机9送至料仓内自然熟化24小时，用水常温浸出4小时，液固比4：1，过滤后取渣化验，计算得钒浸出率为82.6%。

实施例2：

将硫酸与某地产石煤（V 0.8%）粉粒按重量配比为15:100混合得到混合物料。混合物料通过进料机构1加入到中间料斗5内，混合物料在重力和下料振动器6的作用下进入非金属管3内。其中，非金属管3的直径为100mm，长度为2200mm，位于微波谐振腔2内的长度为1350mm，位于微波谐振腔2以下的长度为600mm。喇叭形不锈钢出料管24的垂直长度为300mm，边线与垂直线的夹角为5°，喇叭形不锈钢出料管24最下端距离皮带60mm。微波发生器（微波源4）产生的微波通过波导管23和微波馈入口22进入到微波谐振腔2内。物料在非金属管3内从上至下经过微波谐振腔2吸收微波而升温加热，控制进料量和出料速度，使物料进入喇叭形不锈钢出料管24时的温度为200℃。加热后的物料由皮带输送机9送至料仓内自然熟化24小时，用水常温浸出4小时，液固比4：1，过滤后取渣化验，计算得钒浸出率为89.4%。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于硫酸浸出石煤中钒的微波加热装置，其特征在于：包括进料机构（1）、密闭的微波谐振腔（2）和上下贯穿所述微波谐振腔（2）的非金属管（3），所述微波谐振腔（2）的四周设有若干用于产生微波的微波源（4），所述非金属管（3）的上端连接有中间料斗（5），所述中间料斗（5）设有用于抽气的抽气出口（51），所述进料机构（1）的出料口与所述中间料斗（5）连通；所述微波谐振腔（2）为一长方体金属箱（20），所述长方体金属箱（20）的上壁和下壁分别连接有一根与内腔连通的不锈钢管（21），所述非金属管（3）穿设安装于两根不锈钢管（21）中，与长方体金属箱（20）下壁连接的不锈钢管（21）设有一支承非金属管（3）的支承法兰，各不锈钢管（21）与非金属管（3）之间通过氟橡胶或四氟塑料密封。

2.根据权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于：所述非金属管（3）为氧化铝陶瓷、玻璃或四氟塑料材质管。

3.根据权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于：所述进料机构（1）为螺旋输送机，所述螺旋输送机的出料口朝下设置且位于非金属管（3）上端管口的正上方。

4.根据权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于：所述中间料斗（5）为一上部呈锥形、下部呈倒锥形的筒形容器，所述筒形容器的下端设有出口并通过法兰机构与非金属管（3）的上端管口密封连接，所述抽气出口（51）设于筒形容器的上端；所述筒形容器的倒锥形下部的外壁上装设有下料振动器（6）。

5.根据权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于：所述长方体金属箱（20）的四个侧壁上分别设有一个微波馈入口（22），每个微波馈入口（22）通过波导管（23）连接有一个独立的大功率微波源（4）；或者所述长方体金属箱（20）的四个侧壁上分别直接固设有多个小功率微波源（4）。

6.根据权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于：与长方体金属箱（20）下壁连接的不锈钢管（21）上连接有一与非金属管（3）下端管口连通的喇叭形不锈钢出料管（24），所述喇叭形不锈钢出料管（24）的侧壁与中心线夹角为0.5～15°；所述喇叭形不锈钢出料管（24）的外壁上还装设有出料振动器（7）。

7.根据权利要求6所述的微波加热装置，其特征在于：所述喇叭形不锈钢出料管（24）上靠近不锈钢管（21）的位置处安装有一伸入喇叭形不锈钢出料管（24）管腔中的热电偶（8）。

8.根据权利要求6所述的微波加热装置，其特征在于：所述喇叭形不锈钢出料管（24）的下端出口的下方设有皮带输送机（9），所述皮带输送机（9）的输送带与喇叭形不锈钢出料管（24）的下端出口之间的间距为50～150mm；所述皮带输送机（9）的输送带下方还设有称重传感器（10）。

9.一种采用如权利要求1所述微波加热装置进行硫酸浸出石煤中钒的方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将石煤钒矿粉粒与浓硫酸混合得到混合物料，通过进料机构（1）送入中间料斗（5）内，开启下料振动器（6），使混合物料在重力及下料振动器（6）的振动作用下进入非金属管（3）；

（2）开启微波源（4）对非金属管（3）内的混合物料进行加热，通过控制微波功率或者控制混合物料在非金属管（3）内的通过速度，使从非金属管（3）下端开口输出的物料温度保持在120℃~220℃；

（3）采用皮带输送机（9）将输出的物料输送至料仓自然熟化至少24小时，再水常温浸出、过滤后得到钒水溶液，水常温浸出的液固比为4：1，时间为至少4小时。