一種焙燒脫氟裝置及工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于礦物質(zhì)原料的處理方法技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種含氟礦物脫氟的處理新方法，尤其涉及一種焙燒脫氟裝置及工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰元素被譽(yù)為是21世紀(jì)的能源元素。鋰及其化合物廣泛應(yīng)用于鋰電池、陶瓷、玻璃、鋁冶煉、醫(yī)藥等工業(yè)領(lǐng)域。近年來(lái)，隨著鋰離子電池在便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車(chē)、空間技術(shù)和國(guó)防工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對(duì)鋰的需求量日益增加。我國(guó)有豐富的理云母資源，其Li20含量一般在4-5%。因此，如何經(jīng)濟(jì)、高效地開(kāi)發(fā)和利用鋰云母礦石，對(duì)我國(guó)鋰工業(yè)具有重要意義。
[0003]目前，工業(yè)上普遍采用石灰焙燒法從鋰云母礦中提取鋰，即將石灰石與鋰云母按3:1的重量比例在球磨機(jī)內(nèi)球磨、混合，然后經(jīng)800?900°C高溫焙燒成熟料，熟料再經(jīng)水淬、細(xì)磨、浸出、過(guò)濾或離心分離獲得浸出液和殘?jiān)鲆航?jīng)蒸發(fā)、結(jié)晶和離心分離獲得單水氫氧化鋰。石灰焙燒法工藝簡(jiǎn)單，原料價(jià)格低廉，但存在浸出液中鋰含量低、蒸發(fā)能耗高、鋰的回收率低及石灰石配比高等缺點(diǎn)。人們先后開(kāi)發(fā)了氯化焙燒法(ThermochimicaActa, 2000，362，25-35)、硫酸法(無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，2004，4，30-31)、硫酸鹽法(MineralsEngineering, 2010，23，563-566)和壓煮法(有色金屬[冶煉部分]，2001，5，19-21)等新工藝從鋰云母礦中提取鋰。
[0004]鋰云母礦中的鋰是以氟鋁硅酸鹽的復(fù)雜形態(tài)存在，礦物結(jié)構(gòu)十分致密，導(dǎo)致磨礦困難和鋰的浸出率低。除氯化法外，其余工藝均需要預(yù)先對(duì)鋰云母進(jìn)行高溫水蒸氣焙燒轉(zhuǎn)型、脫氟處理使與氟結(jié)合的鋰、鉀、銣及銫等有價(jià)元素轉(zhuǎn)變?yōu)楦髯缘难趸?。脫氟處理后其結(jié)構(gòu)疏松、可磨性好，并且有利于提高鋰的浸出率。因此，鋰云母的焙燒脫氟預(yù)處理對(duì)鋰云母的后續(xù)磨礦、浸出鋰等加工處理具有重要作用。
[0005]鋰云母礦脫氟過(guò)程水蒸氣分壓和焙燒溫度在鋰云母焙燒脫氟反應(yīng)中水扮演了兩個(gè)重要角色。文獻(xiàn)(宜春鋰云母焙燒過(guò)程的研究，礦業(yè)工程，1994，93，56-58)對(duì)比了空氣和有水蒸氣存在下的焙燒過(guò)程，發(fā)現(xiàn)水蒸氣存在下能顯著提高脫氟效率，認(rèn)為高溫水蒸氣于紅熱的鋰云母表面時(shí)，先吸咐在礦物表面上，然后離解成H+和0H _，并以HF形式逸出；水蒸氣-鋰云母反應(yīng)體系主要受熱力學(xué)因素(化學(xué)勢(shì))和鋰云母結(jié)構(gòu)(物理因素)的影響，大量水蒸氣分壓和高溫下有利于鋰云母中氟的脫除；而水蒸氣向鋰云母內(nèi)部結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散或含鋰化合物的向外迀移均是影響水蒸氣脫氟效率的關(guān)鍵。因此，水蒸氣和鋰云母礦粉的充分接觸和反應(yīng)是影響脫氟效率的重要因素。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)如CN 201410247471.2、CN 201310239742.5、CN 201310062852.9、CN201210379229.1、CN 201210052443.6等普遍采用回轉(zhuǎn)窯焙燒鋰云母礦脫氟。但是，回轉(zhuǎn)窯中水蒸氣與鋰云母料接觸不充分，抑制了水蒸氣在鋰云母表面的吸附、向內(nèi)擴(kuò)散或含鋰物質(zhì)的迀移，導(dǎo)致其脫氟率低，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)高溫下?tīng)t料的結(jié)圈問(wèn)題，影響設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，如CN 201210052443.6中采用不銹鋼回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器進(jìn)行焙燒脫氟，在860°C的高溫下進(jìn)行水蒸氣脫氟反應(yīng)80min，其脫氟礦中F含量仍高達(dá)2.0wt%，脫氟率只有40% ;特別是，由于鋰云母中低熔點(diǎn)物質(zhì)的存在，使得在回轉(zhuǎn)窯加工處理鋰云母時(shí)，不可避免的出現(xiàn)高溫下的爐料的熔融結(jié)圈問(wèn)題，從而嚴(yán)重影響回轉(zhuǎn)窯工藝的正常操作；若焙燒溫度過(guò)低又會(huì)影響鋰云母的脫氟效率；另外，能耗高、蒸氣耗量大也是制約回轉(zhuǎn)窯焙燒脫氟工業(yè)化應(yīng)用和推廣的不利因素。
[0007]另一方面，在對(duì)鋰云母脫氟焙燒過(guò)程中，氟主要以HF形式逸出，若不加以處理直接排放到大氣中，將對(duì)環(huán)境造成危害。因此，如何回收利用鋰云母中的氟是鋰云母脫氟焙燒工藝面臨的問(wèn)題。CN 102530874A公開(kāi)了從鋰云母脫氟尾氣中制備HF和氟化物的方法，主要是采用堿溶液(氫氧化鈉、石灰乳或氨水)吸收HF，經(jīng)干燥脫水得到相應(yīng)的氟鹽，再經(jīng)濃硫酸處理可以制備HF。該工藝簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟，但該方法由于采用濕法堿液吸收，無(wú)法利用高溫尾氣的能量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種焙燒脫氟裝置及工藝，所述焙燒脫氟裝置具有脫氟效率高，蒸氣耗量低，焙燒過(guò)程經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點(diǎn)，適合大規(guī)模連續(xù)工業(yè)生產(chǎn)。
[0009]為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0010]本發(fā)明的目的之一在于提供一種焙燒脫氟裝置，所述裝置包括進(jìn)料系統(tǒng)、礦粉預(yù)熱系統(tǒng)、水蒸氣預(yù)熱系統(tǒng)及流化床焙燒系統(tǒng)，流化床焙燒系統(tǒng)包括流化床焙燒爐，進(jìn)料系統(tǒng)與礦粉預(yù)熱系統(tǒng)相連，礦粉預(yù)熱系統(tǒng)及水蒸氣預(yù)熱系統(tǒng)與流化床焙燒系統(tǒng)相連；
[0011]任選地，所述裝置還包括氣體吸收系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和引風(fēng)系統(tǒng)，氣體吸收系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)與流化床焙燒系統(tǒng)相連，引風(fēng)系統(tǒng)與氣體吸收系統(tǒng)相連。
[0012]所述流化床焙燒系統(tǒng)包括進(jìn)料閥、流化床焙燒爐、焙燒爐分離器和出料閥，所述流化床焙燒爐的進(jìn)料口通過(guò)進(jìn)料閥與進(jìn)料系統(tǒng)相連，流化床焙燒爐的出料口通過(guò)出料閥與冷卻系統(tǒng)相連，焙燒爐分離器的進(jìn)氣口與流化床焙燒爐的出氣口相連，焙燒爐分離器的出氣口與氣體吸收系統(tǒng)相連。
[0013]優(yōu)選地，所述流化床焙燒爐為3-7級(jí)流化床反應(yīng)器，優(yōu)選為3-5級(jí)流化床反應(yīng)器。
[0014]優(yōu)選地，所述流化床焙燒爐的流化段設(shè)置有垂直內(nèi)構(gòu)件。
[0015]優(yōu)選地，所述氣體分布板開(kāi)孔方向?yàn)檠貓A周的切線方向。
[0016]所述礦粉預(yù)熱系統(tǒng)包括燃煤流化床、燃煤流化床分離器、旋風(fēng)預(yù)熱器和旋風(fēng)分離器，燃煤流化床的出氣口與燃煤流化床分離器的進(jìn)氣口相連，旋風(fēng)預(yù)熱器的進(jìn)氣口與燃煤流化床分離器的出氣口相連，旋風(fēng)預(yù)熱器的出氣口與旋風(fēng)分離器的進(jìn)氣口相連，旋風(fēng)預(yù)熱器的生料進(jìn)口與進(jìn)料系統(tǒng)相連。
[0017]優(yōu)選地，所述旋風(fēng)預(yù)熱器為3-6級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器。
[0018]優(yōu)選地，所述旋風(fēng)分離器的出料口與旋風(fēng)預(yù)熱器的生料進(jìn)口相連，旋風(fēng)分離器的出氣口與布袋收塵器相連。
[0019]優(yōu)選地，所述布袋收塵器經(jīng)下料機(jī)與進(jìn)料系統(tǒng)相連。
[0020]所述水蒸氣預(yù)熱系統(tǒng)包括蒸氣鍋爐和燃燒室，蒸氣鍋爐的出水口與燃燒室的進(jìn)氣口相連，燃燒室的水蒸氣出氣口與流化床焙燒系統(tǒng)相連。[0021 ] 優(yōu)選地，燃燒室的煙氣出氣口與蒸氣鍋爐的進(jìn)氣口相連。
[0022]所述進(jìn)料系統(tǒng)包括料斗和螺旋加料器，所述料斗的出料口與螺旋加料器的進(jìn)料口相連，所述螺旋加料器的出料口與礦粉預(yù)熱系統(tǒng)相連。
[0023]所述氣體吸收系統(tǒng)包括氣體吸收裝置和氣固分離器，氣體吸收裝置的進(jìn)氣口與流化床焙燒系統(tǒng)相連，氣體吸收裝置的出氣口與氣固分離器的進(jìn)氣口相連。
[0024]優(yōu)選地，所述氣固分離器的出氣口通過(guò)水蒸氣預(yù)熱系統(tǒng)與引風(fēng)系統(tǒng)相連，氣固分離器的出料口與氣體吸收裝置相連。
[0025]優(yōu)選地，所述氣體吸收裝置為固定床、流化床或移動(dòng)床，優(yōu)選為流化床。
[0026]優(yōu)選地，所述氣體吸收裝置中裝填有固氟劑。
[0027]優(yōu)選地，所述固氟劑為堿金屬氧化物、堿土金屬氧化物、堿金屬氫氧化物或堿土金屬氫氧化物中的任意一種或至少兩種的組合。
[0028]優(yōu)選地，所述冷卻系統(tǒng)包括冷卻流化床和冷卻流化床分離器，冷卻流化床的進(jìn)料口與流化床焙燒系統(tǒng)相連，冷卻流化床的出氣口與冷卻流化床分離器的進(jìn)氣口相連。
[0029]優(yōu)選地，所述冷卻流化床分離器的出氣口與水蒸氣預(yù)熱系統(tǒng)相連，冷卻流化床分離器的出料口與冷卻流化床相連。
[0030]優(yōu)選地，所述引風(fēng)系統(tǒng)包括引風(fēng)機(jī)。
[0031]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述裝置包括進(jìn)料系統(tǒng)、礦粉預(yù)熱系統(tǒng)、流化床焙燒系統(tǒng)、水蒸氣預(yù)熱系統(tǒng)、氣體吸收系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和引風(fēng)系統(tǒng)；
[0032]進(jìn)料系統(tǒng)包括料斗和螺旋加料器；礦粉預(yù)熱系統(tǒng)包括燃煤流化床、燃煤流化床分離器、旋風(fēng)預(yù)熱器和旋風(fēng)分離器；流化床焙燒系統(tǒng)包括進(jìn)料閥、流化床焙燒爐、焙燒爐分離器和出料閥；水蒸氣預(yù)熱系統(tǒng)包括蒸氣鍋爐和燃燒室；氣體吸收系統(tǒng)包括氣體吸收裝置和氣固分離器；冷卻系統(tǒng)包括冷卻流化床和冷卻流化床分離器；引風(fēng)系統(tǒng)包括引風(fēng)機(jī)；
[0033]料斗的出料口與螺旋加料器的進(jìn)料口相連，螺旋加料器的出料口與旋風(fēng)預(yù)熱器的生料進(jìn)口相連；燃煤流化床的出氣口與燃煤流化床分離器的進(jìn)氣口相連，旋風(fēng)預(yù)熱器的進(jìn)氣口與燃煤流化床分離器的出氣口相連，旋風(fēng)預(yù)熱器的出氣口與旋風(fēng)分離器的進(jìn)氣口相連，旋風(fēng)預(yù)熱器的出料口通過(guò)進(jìn)料閥與流化床焙燒爐的進(jìn)料口相連；
[0034]蒸氣鍋爐的出水口與燃燒室的進(jìn)氣口相連，燃燒室的水蒸氣出氣口與流化床焙燒爐的進(jìn)氣口相連，燃燒室的煙氣出氣口與蒸氣鍋爐的進(jìn)氣口相連，蒸氣鍋爐的出氣口與引風(fēng)機(jī)相連；
[0035]流化床焙燒爐的出料口通過(guò)出料閥與冷卻流化床的進(jìn)料口相連，冷卻流化床的出氣口與冷卻流化床分離器的進(jìn)氣口相連，冷卻流化床分離器的出氣口與蒸氣鍋爐的進(jìn)氣口和燃燒室的進(jìn)氣口相連；
[0036]流化床焙燒爐的出氣口與氣體吸收裝置的進(jìn)氣口相連，氣體吸收裝置的出氣口與氣固分離器的進(jìn)氣口相連，氣固分離器的出氣口與蒸氣鍋爐的進(jìn)氣口相連。
[0037]本發(fā)明的目的之二在于提供一種利用如上所述的裝置進(jìn)行脫氟的工藝，所述工藝包括如下步驟:
[0038](1)待脫氟物料從進(jìn)料系統(tǒng)流入礦粉預(yù)熱系統(tǒng)，進(jìn)行預(yù)熱，得到預(yù)熱后的待脫氟物料；同時(shí)水蒸氣預(yù)熱系統(tǒng)產(chǎn)生預(yù)熱后的水蒸氣；
[0039](2)預(yù)熱后的待脫氟物料和預(yù)熱后的水蒸氣進(jìn)入流化床焙燒爐進(jìn)行脫氟反應(yīng)，得到脫氟物料和含氟氣體；
[0040]任選地，進(jìn)行步驟(3):將脫氟物料冷卻回收，并將含氟氣體凈化。
[0041]步驟(1)所述待脫氟物料為含