《一種含釩物料鈣化焙燒的方法》是攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司、攀鋼集團研究院有限公司於2014年5月21日申請的專利，該專利的公布號為CN103993160A，授權公布日為2014年8月20日，發明人是彭毅、陳勇、何文藝、申彪、葉露、盧曉林、朱光錦、楊兵、劉恢前。
《一種含釩物料鈣化焙燒的方法》公開了一種含釩物料鈣化焙燒的方法，該方法包括：在鈣化焙燒的條件下，將生料和熟料進行接觸反應，其中，所述生料為未經過鈣化焙燒的含有含釩物料和含鈣物料的混合物，所述熟料為經過鈣化焙燒後的物料。通過該發明的方法，可以使得物料不易燒結；設備不易粘結；且不用加入提釩尾料，從而無需對尾料進行處理，降低了生產成本；還能夠有效地提高釩轉化率。
2020年7月14日，《一種含釩物料鈣化焙燒的方法》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
基本介紹
- 中文名：一種含釩物料鈣化焙燒的方法
- 申請人：攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司、攀鋼集團研究院有限公司
- 申請日：2014年5月21日
- 申請號：2014102164792
- 公布號：CN103993160A
- 公布日：2014年8月20日
- 發明人：彭毅、陳勇、何文藝、申彪、葉露、盧曉林、朱光錦、楊兵、劉恢前
- 地址：四川省攀枝花市東區桃源街90號
- Int. Cl.：C22B1/02(2006.01)I、C22B34/22(2006.01)N
- 代理機構：北京潤平智慧財產權代理有限公司
- 代理人：李婉婉、張苗
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,技術領域,權利要求,實施方式,操作內容,實施案例,榮譽表彰,
專利背景
通過鈣化焙燒來提釩通常是先將含釩物料與石灰石、石灰等含鈣物質磨細並混合均勻，在高溫下進行氧化焙燒，使釩轉化為五價，並與鈣結合生成釩酸鈣等，然後用硫酸或碳酸鹽進行浸取，使得釩從原料中溶出進入溶液，再進一步將釩從溶液中形成沉澱析出，再加工成各種釩產品。
在上述焙燒過程中，物料很容易燒結，往往在迴轉窯、多膛爐或者其他焙燒設備中發生粘窯結圈、粘結耙齒等現象，使焙燒設備運行不到1個月就出現較為嚴重的粘結問題，而被迫停爐清理。這種粘結問題，不僅在設備方面和生產運行方面，造成生產效率大幅度降低，隨之導致成本上升，還常常在設備中出現直徑達1米以上的燒結球，在窯內長時間滾動，難以排出，並且該燒結球對設備中的耐火材料有碾壓作用，容易造成對耐火材料的破壞。同時，在停爐清理時人工敲打粘結的物料次數頻繁，也對耐火材料造成明顯的損傷，這些都可能縮短耐火材料的使用壽命，因頻繁更換耐火材料增加了成本。另外，更嚴重的是，往往由於設備粘結導致焙燒溫度失控，使得物料過早燒結成球，影響了含釩物料氧化反應的繼續進行，導致釩的平均轉化率僅為78-81％。
通常認為，造成上述物料燒結和設備粘結的原因是在焙燒過程中生成了低熔點物質，該低熔點物質在焙燒溫度下變成液體狀，並以其為中心以滾雪球的方式逐漸地粘結成球。因此傳統解決方法是添加惰性的提釩尾渣，以期通過降低入爐料中的釩的總量來稀釋低熔點物質的比例，減少和控制粘結，通常通過添加提釩尾料以將控制爐料中釩的含量為5重量％左右。
但是經過鈣化焙燒-硫酸浸出後的尾渣中含有因浸出過程生成的CaSO4，若直接將尾渣返回配料會造成諸多不利影響。例如，將經鈣化焙燒後得到的熟料經過磨細-浸出得到所述尾渣，其顆粒粒度明顯減小，將該尾渣返回加到將要進行鈣化焙燒的物料中進行配料，然後再進行鈣化焙燒-硫酸浸出的步驟，並如此多次循環使用，這樣極細的固體顆粒比例會顯著增加；並且，CaSO4隨著不斷的浸出-焙燒循環會逐漸富集。上述兩個因素都會造成硫酸浸取時固液分離越來越困難，直至影響浸出過程的正常進行。另外，部分CaSO4在焙燒時分解放出SO3，污染環境。同時，大量物料通過輸送設備、浸出設備和過濾設備後再輸送到焙燒爐，過程能耗明顯增加。通常會在將尾料返回進行配料前先將尾渣中的CaSO4分離出去，但分離有一定難度，而且環節多、增加設備投資、成本高，不是經濟合理的方法。
發明內容
專利目的
《一種含釩物料鈣化焙燒的方法》的目的在於克服2014年之前的含釩物料鈣化焙燒方法中存在的含釩物料容易燒結、設備容易粘結且因需要進行提釩尾料處理造成的成本較高的缺陷，提供了一種物料不易燒結、設備不易粘結且不用加入提釩尾料的，低成本、簡單的含釩物料鈣化焙燒的方法。
技術方案
《一種含釩物料鈣化焙燒的方法》的發明人經過深入研究發現，雖然在焙燒過程中會生成一定量的低熔點物質，但在鈣化焙燒工藝要求的溫度範圍內並不會大量熔融而造成明顯的粘結，而造成粘結的更重要原因是：由於含釩物料鈣化焙燒的過程是氧化反應過程，含釩物料中的低價物質在氧化過程中要釋放出相當大的反應熱，其中，由於用於焙燒的燃料燃燒產生的熱量以及由物料氧化而釋放的反應熱的疊加，使得在氧化反應較集中的物料區域的熱量積聚，該區域的溫度明顯升高，遠遠超過了工藝要求的溫度範圍，導致該物料區域中低熔點物質發生熔化，隨著物料的運動粘結成球或結塊，再在冷卻過程中，因溫度降低到低熔點物質的熔點以下後凝固，部分物料在設備上凝固粘結，形成結圈或爐瘤。
因此，為了解決物料燒結和設備粘結的問題，可通過採用控制氧化反應的反應熱的手段，以使物料均勻穩定地反應，避免出現溫度過高失控的問題。
進而，《一種含釩物料鈣化焙燒的方法》的發明人經過進一步的研究發現，通過採用添加熟料的方法可以實現對焙燒溫度的穩定控制，並且能夠提高焙燒轉化率。分析其原因為：所述熟料是將含釩物料和含鈣物料的混合物經過了鈣化焙燒、完成了氧化反應過程，且還未進行浸取提釩的步驟的物料。由於熟料已經基本完成了氧化反應，基本不放熱，可以吸收生料氧化過程放出的熱量，同時通過將熟料和生料一起進行焙燒，可以將生料進行稀釋，防止部分物料區域太過集中地發生氧化反應，從而避免了全部是含釩物料和添加劑的生料焙燒容易出現的溫度難以控制的問題，也避免了添加提釩尾渣來焙燒的缺點；另外，由於熟料中有較多的五價釩化合物，可以與所述生料中的三價釩先進行反應獲得較易氧化的四價釩，再通過氧化為五價釩，從而生成釩酸鹽，也即五價釩對三價釩的釩自身的催化作用，加快了氧化反應過程，其焙燒轉化率高於配加尾渣的轉化率。
由此，《一種含釩物料鈣化焙燒的方法》提供一種含釩物料鈣化焙燒的方法，其中，該方法包括：在鈣化焙燒的條件下，將生料和熟料進行接觸反應，其中，所述生料為未經過鈣化焙燒的含有含釩物料和含鈣物料的混合物，所述熟料為經過鈣化焙燒後的物料。
改善效果
《一種含釩物料鈣化焙燒的方法》在鈣化焙燒的條件下，通過生料和熟料進行接觸反應，可以保持焙燒過程中的溫度穩定，避免了因物料在焙燒過程中放熱產生局部高溫的軟熔、粘結問題，從而使焙燒中的物料不易燒結，設備不易粘結能夠長期正常運轉，且不用加入提釩尾料，從而無需對尾料進行處理，降低了生產成本。此外，通過該發明的方法，還能夠有效地提高釩轉化率。
技術領域
《一種含釩物料鈣化焙燒的方法》涉及一種含釩物料鈣化焙燒的方法。
權利要求
1.《一種含釩物料鈣化焙燒的方法》其特徵在於，該方法包括：在鈣化焙燒的條件下，將生料和熟料進行接觸反應，其中，所述生料為未經過鈣化焙燒的含有含釩物料和含鈣物料的混合物，所述熟料為經過鈣化焙燒後的物料。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，以所述生料和所述熟料的總重量為基準，所述生料的含量為20-90重量％。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，以所述生料和所述熟料的總重量為基準，所述生料的含量為40-80重量％。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，以所述生料和所述熟料的總重量為基準，所述生料的含量為50-70重量％。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，鈣以CaO計，釩以V2O5計，所述生料中的鈣與釩的重量比為（0.3-1）:1，優選為（0.5-0.7）:1。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，所述含鈣物料為石灰石、石灰、方解石和白雲石中的一種或多種，優選為石灰石。
7.根據權利要求1所述的方法，其中，所述含釩物料的80-100重量％的粒度為0.1毫米以下，優選為0.045-0.1毫米。
8.根據權利要求1或6所述的方法，其中，所述含鈣物料的80-100重量％的粒度為0.18毫米以下，優選為0.045-0.18毫米。
9.根據權利要求1所述的方法，其中，所述熟料的80-100重量％的粒度為4毫米以下，優選為2毫米以下，更優選為0.045-2毫米。
10.根據權利要求1所述的方法，其中，所述鈣化焙燒的條件包括：溫度為830-900℃，時間為1-6小時。
實施方式
操作內容
《一種含釩物料鈣化焙燒的方法》提供一種含釩物料鈣化焙燒的方法，該方法包括：在鈣化焙燒的條件下，將生料和熟料進行接觸反應，其中，所述生料為未經過鈣化焙燒的含有含釩物料和含鈣物料的混合物，所述熟料為經過鈣化焙燒後的物料。
在《一種含釩物料鈣化焙燒的方法》中，所述生料是指未經過鈣化焙燒的含有含釩物料和含鈣物料的混合物，即將用於所述鈣化焙燒的含釩物料和含鈣物料和/或其他添加劑的組合的物料，優選為含釩物料和含鈣物料的混合物且該混合物未經過鈣化焙燒處理。
在《一種含釩物料鈣化焙燒的方法》中，所述熟料是指經過鈣化焙燒後的物料。在這裡，所述經過鈣化焙燒後的物料可以是將任何重量比的含釩物料和含鈣物料的混合物（優選為所述生料）按照該發明的鈣化焙燒的方法進行接觸反應的物料，和/或通過該領域常規的鈣化焙燒的方法將任何重量比的含釩物料和含鈣物料的混合物（優選為所述生料）進行鈣化焙燒後的物料。優選地，所述熟料為將任何重量比的含釩物料和含鈣物料的混合物（優選為所述生料）按照該發明的鈣化焙燒的方法進行接觸反應的物料，特別優選為將該發明所用的生料按照該發明的鈣化焙燒的方法進行接觸反應後的物料。並且，在該發明中，所述熟料僅僅是鈣化焙燒後的物料，並未進行隨後的酸浸提釩處理。
根據《一種含釩物料鈣化焙燒的方法》，為了進一步防止含釩物料燒結和設備粘結，優選情況下，以所述生料和所述熟料的總重量為基準，所述生料的含量為20-90重量％，更優選為40-80重量％，更進一步優選為50-70重量％。
根據《一種含釩物料鈣化焙燒的方法》，其中，所述含釩物料和所述含鈣物料的重量比可以在較寬的範圍內變動，優選情況下，所述生料中，所述含釩物料和所述含鈣物料的重量比使得所述生料中的鈣與釩的重量比為（0.3-1）:1，更優選為（0.5-0.7）:1，其中，鈣以CaO計，釩以V2O5計。也即，所述生料中的所述含釩物料和所述含鈣物料的量可以按照生料中所需的鈣與釩的重量比（鈣以CaO計，釩以V2O5計）來進行配料（在該發明中，當“以CaO計”或“鈣以CaO計”來表示物料中鈣的量時，是指該物料中的所有化學形式的鈣元素（例如碳酸鈣、碳酸氫鈣、氧化鈣等）都換算為CaO的形式來進行計量，例如“以CaO計，所述含鈣物料中鈣的含量為1-30重量％”是指該含鈣物料中的鈣元素換算為CaO的形式表示時具有的CaO的量為1-30重量％，同理用於解釋“以V2O5計”和“釩以V2O5計”）。
根據《一種含釩物料鈣化焙燒的方法》，所述含釩物料可以為該領域常規的用於鈣化焙燒後提釩的物料，例如為將含釩鐵水進行提釩後得到的釩渣，所述含釩鐵水提釩的方法為該領域常規的方法，此處不再贅述。
此外，以V2O5計，所述含釩物料中的釩的含量優選為1-30重量％，更優選為5-20重量％，更進一步優選為12-19.5重量％。所述含釩物料中的釩的含量可以通過該領域常規的測定方法進行測定，在此不再贅述。
根據《一種含釩物料鈣化焙燒的方法》，所述含鈣物料可以為鈣的含量較高的物料，例如石灰石、石灰、方解石和白雲石中的一種或多種，該發明優選採用石灰石。所述含鈣物料中的鈣的含量可以在較寬的範圍內變動。以CaO計，所述含鈣物料中的鈣的含量優選為20-100重量％，更優選為50-56重量％，更進一步優選為52-53重量％。所述含鈣物料中的鈣的含量可以通過該領域常規的測定方法進行測定，在此不再贅述。
根據《一種含釩物料鈣化焙燒的方法》，為了能夠進一步提高鈣化焙燒的效率，並且能夠進一步提高后續的酸浸步驟中的酸浸取效率，從而進一步提高提釩效率，優選所述含釩物料和含鈣物料是粉狀的。該發明對其粒度並沒有特別的限定，但是為了使得所述含釩物料和含鈣物料能夠較為充分的混合，優選情況下，所述含釩物料的80-100重量％的粒度為0.1毫米以下，更優選為0.045-0.1毫米，更進一步優選為0.045-0.096毫米。優選情況下，所述含鈣物料的80-100重量％的粒度為0.18毫米以下，更優選為0.045-0.18毫米，更進一步優選為0.045-0.125毫米。
根據《一種含釩物料鈣化焙燒的方法》，所述生料優選為所述含釩物料和所述含鈣物料的混合物，其粒度由該混合物的粒度決定。此外，優選所述熟料的80-100重量％的粒度為4毫米以下，更優選為2毫米以下，更進一步優選為0.045-2毫米。
在《一種含釩物料鈣化焙燒的方法》中，由於採用的所述熟料和所述生料在鈣化焙燒條件下進行接觸反應，即可獲得物料不燒結、設備不粘結的有益效果，且釩的轉化率可以高達90％以上，因此，無需將再經過酸浸提釩處理後的尾料加入鈣化焙燒的物料中進行接觸，省去了2014年之前技術中對尾料中含有較多的硫酸鈣的處理，降低含釩物料提釩的成本。同時，也避免了因尾料的加入導致的不利因素。
根據《一種含釩物料鈣化焙燒的方法》，所述鈣化焙燒可以在該領域常用的各種鈣化焙燒爐中進行。例如：所述鈣化焙燒可以在多膛爐或迴轉窯中進行。
優選地，在《一種含釩物料鈣化焙燒的方法》的所述鈣化焙燒的方法中，所述接觸反應的條件包括：溫度為830-900℃，時間為1-6小時。更優選地，所述接觸反應的條件包括：溫度為850-880℃，時間為2-5小時。更進一步優選地，所述接觸反應的條件包括：溫度為850-880℃，時間為2-4小時。
以下將通過實施例對《一種含釩物料鈣化焙燒的方法》進行詳細描述。
以下實施例中：釩渣為含釩鐵水轉爐提釩過程中得來的釩渣；每個實施例中第一次焙燒中所使用的熟料為所用的生料在850℃下焙燒同樣時間的物料；釩的轉化率＝（從用於稀硫酸浸取的熟料中浸出的釩元素的量/該部分熟料中的釩元素的總量）×100％。
實施案例
實施例1
該實施例用於說明《一種含釩物料鈣化焙燒的方法》的含釩物料鈣化焙燒的方法。
將釩渣（以V2O5計，釩的含量為15.2重量％）磨細，其中粒度為0.096毫米以下的部分占95重量％；將石灰石（以CaO計，鈣的含量為52重量％）磨細，其中粒度為0.18毫米以下的部分占80重量％；按照釩渣與石灰石的重量比為100:19的比例進行混合以作為生料（生料中的鈣（以CaO計）與釩（以V2O5計）的重量比為0.65）。將生料和熟料與按重量比為4:6的比例進行混合以作為焙燒爐的爐料，其中，該熟料中的98重量％的粒度為4毫米以下。
按照16噸/小時的速度將混合好的爐料加入φ3.6米×90米迴轉窯中，將溫度設為870℃進行焙燒，焙燒3小時後出料，並將出料的部分熟料繼續用於與生料進行配料，其餘送入浸出工序進行硫酸浸出。連續運行2月，焙燒過程的溫度穩定，物料的溫度波動在870℃±10℃範圍內。熟料為砂狀，僅有很少的鬆散小塊，且稍加碾壓即為粉狀，迴轉窯內壁光滑，沒有結圈現象。釩的轉化率為88.67-91.34％，平均轉化率為90.01％。
實施例2
該實施例用於說明《一種含釩物料鈣化焙燒的方法》的含釩物料鈣化焙燒的方法。
將釩渣（以V2O5計，釩的含量為19.3重量％）磨細，其中粒度為0.096毫米以下的部分占94重量％；將石灰石（以CaO計，鈣的含量為52重量％）磨細，其中粒度為0.18毫米以下的部分占90重量％；按照釩渣與石灰石的重量比為100:26的比例進行混合以作為生料（生料中的鈣（以CaO計）與釩（以V2O5計）的重量比為0.7）。將生料和熟料與按重量比為1:1的比例進行混合以作為焙燒爐的爐料，其中，該熟料中的95重量％的粒度為2毫米以下。
按照25噸/小時的速度將混合好的爐料加入φ3.6米×90米迴轉窯中，將溫度設為890℃進行焙燒，焙燒5小時後出料，並將出料的部分熟料繼續用於與生料進行配料，其餘送入浸出工序進行硫酸浸出。連續運行2月，焙燒過程的溫度穩定，物料的溫度波動在890℃±10℃範圍內。熟料為砂狀，僅有很少的鬆散小塊且稍加碾壓即為粉狀，迴轉窯內壁光滑，沒有結圈現象。釩的轉化率為90.69-94.59％，釩的平均轉化率為92.08％。
實施例3
該實施例用於說明《一種含釩物料鈣化焙燒的方法》的含釩物料鈣化焙燒的方法。
將釩渣（以V2O5計，釩的含量為12.1重量％）磨細，其中粒度為0.096毫米以下的部分占85重量％；將石灰石（以CaO計，鈣的含量為53重量％）磨細，其中粒度為0.125毫米以下的部分占95重量％；按照釩渣與石灰石的重量比為100:11.5的比例進行混合以作為生料（生料中的鈣（以CaO計）與釩（以V2O5計）的重量比為0.5）。將生料和熟料與按重量比為4:1的比例進行混合以作為焙燒爐的爐料，其中，該熟料中的95重量％的粒度為2毫米以下。
按照25噸/小時的速度將混合好的爐料加入φ1.5米×42米迴轉窯中，將溫度設為880℃進行焙燒，焙燒2小時後出料，並將出料的部分熟料繼續用於與生料進行配料，其餘送入浸出工序進行硫酸浸出。連續運行1月，焙燒過程的溫度穩定，物料的溫度波動在880℃±10℃範圍內。熟料為砂狀，僅有很少的鬆散小塊且稍加碾壓即為粉狀，迴轉窯內壁光滑，沒有結圈現象。釩的轉化率為89.75-93.11％，釩的平均轉化率為90.56％。
榮譽表彰
2020年7月14日，《一種含釩物料鈣化焙燒的方法》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
