一种硫酸稀土精矿回转窑焙烧装置的二次焙烧工艺

摘要

一种硫酸稀土精矿回转窑焙烧装置，是由焙烧窑燃烧系统的高温焙烧窑燃烧废气的排放，通过烟气排放管道进入低温焙烧窑中，废气的余热再利用，低温焙烧窑燃烧废气的排放进入打散干燥机中，废气的余热再利用，打散干燥机中的废气通过气固分离后排出；高温焙烧窑进口的废气通过气固分离后排出；焙烧窑系统的硫酸稀土精矿焙烧料在低温焙烧窑焙烧完成通过出口端进入高温焙烧窑的进口端，焙烧料在高温焙烧窑焙烧完成通过冷却机一侧的排料管排入溶解池。稀土精矿通过低温和高温二次充分的焙烧，提高稀土精矿分解，焙烧窑的余热循环利用，回收废气中的硫酸用于生产，减少了废渣，净化了空气，工艺连续性强，自动化程度高，劳动强度低，提高了生产。

说明书

技术领域

本发明涉及回转窑焙烧的稀土精矿，尤其是一种一种硫酸稀土精矿回转窑焙烧装置的二 次焙烧工艺。

背景技术

我国从20世纪70年代开始研发以浓硫酸焙烧法冶炼包头混合型稀土精矿，相继开发了 第一代、第二代、第三代硫酸法，其中浓硫酸高温强化焙烧法(三代酸法)从20世纪80年代 开始投入使用，已成为处理包头稀土精矿的主导工业生产技术，目前，90％的包头稀土精矿均 采用浓硫酸高温强化焙烧法处理。

浓硫酸高温强化焙烧法(三代酸法)主要工艺：先用回转式烘干机烘干稀土精矿，然后在 1吨50％稀土精矿中加入1.3～1.4吨的浓硫酸(92％以上)，充分混合后，进入回转窑焙烧 60～90min，物料经焙烧被逐步加热到800℃，稀土精矿与硫酸在回转窑内发生化学反应，稀 土矿物分解成可溶性盐类，经水溶解后进入溶液中，最终经分离得到各种稀土氧化物。

该工艺主要缺陷是：(1)钍以焦磷酸盐形式存在于废渣中，无法回收，造成钍资源的浪 费放射性超标；(2)窑尾产生大量废气，废气中含有HF、SO₂、SO₃、硫酸雾等多种有害成分， 导致废气处理技术难度大，工艺复杂，投资和运行费用高，鉴于上述的诸多原因，需要改进 稀土精矿焙烧窑的装置及其焙烧工艺。

发明内容

本发明为了解决稀土精矿与硫酸在回转窑一次逐渐加温焙烧的方法，其焙烧方法的废渣 中残留无法回收的有害物，窑尾产生大量高温的废气，废气中含有HF、SO₂、SO₃、硫酸雾等 多种有害成分，钍以焦磷酸盐形式存在于废渣中，无法回收，造成钍资源的浪费放射性超标， 废气净化的工艺复杂，投资和运行费用高，通过合理的设计，提供一种硫酸稀土精矿回转窑 焙烧装置的二次焙烧工艺，充分利用高温的废气的余热，使硫酸稀土从低温到高温的过程中 得以充分的分解，使稀土回收率达到96％以上，实现了稀土资源的充分利用，实现了稀土焙 烧过程中热耗的最低化。

本发明为了实现上述的发明目的，采用如下的技术方案：一种硫酸稀土精矿回转窑焙烧 装置，是由稀土仓、铁粉仓、稀土计量称、铁粉计量称、输送机、打散干燥机、低温系统气 固分离器、干粉仓、干粉计量称、搅拌器、硫酸计量系统、喂料烟室、低温焙烧窑、低温窑 燃烧系统、低温系统收尘器、低温系统排风机、高温焙烧窑、高温窑燃烧系统、冷却机、高 温系统气固分离器、换热器、高温系统收尘器、高温系统排风机构成；高温焙烧窑进口端的 上方设置低温焙烧窑的出口端，低温焙烧窑进口端设置喂料烟室，喂料烟室上方设置进口， 喂料烟室的上方设置喂料系统，喂料系统的低温系统气固分离器下方设置干粉仓，干粉仓出 料口的下方设置干粉计量称，干粉计量称下方设置搅拌器，搅拌器一侧设置硫酸计量系统， 搅拌器与硫酸计量系统之间设置管道，搅拌器出料口的下方对应低温焙烧窑喂料烟室的进口； 喂料烟室进口的一侧设置打散干燥机，打散干燥机的一侧分别设置稀土仓和铁粉仓，稀土仓 出口的下方设置稀土计量称、铁粉仓出口的下方设置铁粉计量称，稀土仓和铁粉仓出料口的 下方与打散干燥机之间设置输送机，输送机一端对应打散干燥机一侧的进料口；打散干燥机 的上方分别设置高温管口和输送管口，高温管口与低温焙烧窑进口端之间设置管道，输送管 口与低温系统气固分离器之间设置管道；低温系统气固分离器的一侧设置低温系统收尘器， 低温系统气固分离器与低温系统收尘器之间设置管道，低温系统收尘器一侧设置低温系统排 风机，低温系统收尘器与低温系统排风机之间设置管道；低温焙烧窑出口端的中部设置低温 窑燃烧系统，高温焙烧窑出口端的中部设置高温窑燃烧系统，高温焙烧窑出口端与低温焙烧 窑出口端的之间设置烟气排放管道；低温焙烧窑的出口对应高温焙烧窑的进口设置物料管道， 高温焙烧窑进口的一侧设置高温系统气固分离器，高温焙烧窑进口上方的输送管口与高温系 统气固分离器之间设置设置管道；高温焙烧窑进口的一侧下方设置进口，高温系统气固分离 器下方设置出口，高温焙烧窑进口的余料进口与高温系统气固分离器的出口之间设置设置管 道；高温系统气固分离器一侧设置换热器，高温系统气固分离器上方设置管口，换热器上方 设置管口，高温系统气固分离器上方的管口与换热器上方的管口之间设置管道，换热器一侧 设置高温系统收尘器，高温系统收尘器与换热器之间设置管道，高温系统收尘器一侧设置高 温系统排风机，高温系统排风机与高温系统收尘器之间设置管道；高温焙烧窑出口的下方设 置冷却机，冷却机一侧设置出料口。

回转窑焙烧硫酸稀土精矿的低温焙烧窑的焙烧温度是200℃——500℃之间，低温焙烧窑 200℃——300℃的废气经低温窑燃烧系统补燃升温到400～450℃后通过管道排入打散干燥 机上方的高温管口，通过高温管口进入打散干燥机中的废气与稀土和铁粉进行打散悬浮换热， 打散干燥机的上方的另一输送管口与低温系统气固分离器之间设置管道，打散干燥机中稀土 和铁粉进行打散成为悬浮物时，通过管道进入低温系统气固分离器进行气固分离，分离后的 气体通过低温系统气固分离器上方的管道进入低温系统收尘器进行除尘，除尘后的废气通过 管道由低温系统排风机送入氢氟酸处理系统，脱去气体中的氟后达标排放。

打散干燥机中的稀土和铁粉进行悬浮换热的物料，通过管道进入低温系统气固分离器进 行气固分离，分离后的固体干粉，通过低温系统气固分离器下方出料口干粉仓，干粉仓出料 口的下方通过干粉计量称计量，进入下方设置搅拌器中，搅拌器与一侧的硫酸计量系统之间 设置管道，硫酸按计定的量通过管道输出，硫酸进入搅拌器与干粉搅拌，硫酸与干粉搅拌均 匀后通过管道进入喂料烟室的喂料室，通过喂料室送人低温焙烧窑进行低温焙；高温焙烧窑 的废气通过烟气排放管道进入低温焙烧窑中，通过低温窑燃烧系统控制低温焙烧窑的窑温， 物料通过低温焙烧窑的低温焙烧30min---60min后由出口端下方的出口排出进入高温焙烧窑 的进口；物料通过高温焙烧窑的高温焙烧30min---70min后由出口端下方的出口排出进入冷 却机，物料冷却机的冷却至120℃后，通过冷却机一侧的排料管排入溶解池。

有益效果：(1)充分吸收了低温焙烧法和高温焙烧法的优点，解决了稀土提取过程中的 废气难处理、处理工艺复杂问题，实现清洁生产；

(2)结合了目前工业规模化连续化煅烧窑炉的先进成熟技术，利用废气热能实现物料干 燥，硫酸浓缩等，充分利用了余热资源，提高了热能利用率，该方法热耗可降低12％以上；

(3)尾气处理装置产生的硫酸回用于生产，与现有方法相比可减少10％硫酸用量；

(4)本工艺稀土精矿分解完全，稀土浸出率提高2～5％，最终产生的废渣可相应减少， 提高了资源利用率。

(5)工艺连续性强，自动化程度高，劳动强度低，易实现工业化生产。

本发明的稀土精矿硫酸分解处理新工艺——两步焙烧法。包括以下过程：(一)低温焙烧： (1)稀土精矿粉和铁粉按比例混合，在打散干燥机中被来自低温焙烧窑窑尾烟气余热烘干后 进入干粉储仓；(2)将干燥物料与浓硫酸按比例混合，搅拌均匀后连续喂入低温焙烧回转窑 内，物料被加热到300℃焙烧30～60min后连续送入高温焙烧窑内继续焙烧；(3)烟气余热用 于稀土精矿粉和铁粉原料干燥；烟气进入氢氟酸回收处理系统，处理后达标排放。(二)高温 焙烧：(1)来自低温焙烧窑的物料连续进入高温焙烧回转窑内继续焙烧30～70min，被逐步加 热到800℃完成焙烧分解。(2)产生高温烟气进入水-气换热器用于生产蒸汽，烟气降温后 进入除尘器除尘，然后进入硫酸回收处理系统，回收的硫酸用于前述生产；(3)焙烧料进入 冷却机，温度降至120℃后进入溶解池，转入下一工艺段；冷却用空气经换热升温后用作低 温焙烧窑助燃风。

我院在充分吸收现有稀土精矿浓硫酸高温强化焙烧法成熟技术的基础上，结合其他行业 的先进技术，经多年科技攻关，研究出了硫酸稀土焙烧新方法——两步焙烧法。其核心技术：

1).通过工艺流程优化，使稀土回收率达到96％以上，实现了稀土资源的充分利用。

利用两台回转窑(低温焙烧窑和高温焙烧窑)串联实现硫酸稀土分步连续焙烧，通过合 理控制两步焙烧时间和温度范围，使硫酸稀土从低温到高温的过程中得以分解完全，使稀土 回收率达到96％以上，实现了稀土资源的充分利用。

2).充分利用余热，实现了稀土焙烧过程中热耗的最低化。

利用低温焙烧窑烟气余热对稀土矿精粉和铁粉原料进行烘干；利用高温焙烧窑烟气副产 蒸汽；利用经冷却机换热后的空气作为低温焙烧窑的助燃风。对生产中的余热充分回收利用， 实现了稀土焙烧过程中热耗的最低化。

3)通过两步法焙烧技术，实现尾气分流分治、废气可用成分有效回收，简化了废气处 理工艺，更易实现废气达标排放。

低温焙烧段物料温度控制在300℃以下，完成精矿中氟碳铈矿、独居石、萤石、铁矿石、 硅石等矿物的与浓硫酸的化学反应，稀土矿可转化成可溶性的硫酸盐。在此阶段，氟盐几乎 全部和硫酸反应而生成HF气体进入烟气。低温焙烧过程中物料温度不超过300℃，而硫酸的 分解反应温度为328℃，避免了硫酸的分解产生SO₂、SO₃，因此窑尾烟气中主要有害成分为氟 化氢，可用氨吸收氟化氢生产氟化氢铵副产品，净化处理后达标排放。废气处理相对简单。

高温焙烧段物料温度在800℃以下，主要反应为硫酸的热分解、硫酸铁的逐级分解和焦 磷酸脱水，进一步除去铁、磷、钍等杂质，强化稀土矿的分解，提高稀土的回收率。窑尾废 气温度约500℃，主要是硫形成的SO₂、SO₃、硫酸雾等有害物质，废气经气——固分离后，进 入水——气换热器，用于生产蒸汽，同时将废气温度降至220℃。废气经过换热器后进入硫 酸处理系统，回收获得的硫酸产品用于生产，有效的降低了成本而且实现了废气的无害化处 理。

4).采用快速干燥技术，实现稀土精矿粉和铁粉原料的快速烘干，简化了工艺流程，节省 了投资成本，充分利用了余热。

低温焙烧回转窑尾部200～300℃的热烟气经补燃升温到400～450℃后与物料在打散干 燥机中进行悬浮换热，这一过程可以将含水12％左右的稀土精矿粉快速烘干，省去了传统的 回转式烘干机系统。

5)采用最新工业自动化控制技术和检测技术，有利于稳定工艺、设备运行状况、稳定产 品质量，降低劳动强度低，最大限度减少定员，节约人工成本。

本发明的流程是：

稀土仓、铁粉仓、内的物料分别经稀土计量秤和铁粉计量秤计量后由输送机喂入打散干 燥机中，来自低温焙烧窑尾部的200～250℃的热烟气经补燃升温到400～450℃后在打散干燥 机中与物料进行悬浮换热实现物料干燥。烟气经低温系统气固分离器实现气固分离，分离后 的物料进入干粉仓，含尘气体经过低温系统粉尘收尘器处理后，由低温系统排风机送入氢氟 酸处理系统脱去气体中的氟后达标排放。

干粉仓中的干燥物料按设定的喂料量经干粉计量秤计量后连续送入搅拌器，与此同时一 定比例的硫酸由硫酸计量系统进入搅拌器内，干燥物料和浓硫酸在搅拌器内搅拌均匀后连续 送入低温焙烧窑内进行低温焙烧。

低温焙烧后物料进入高温焙烧窑进行高温连续焙烧。在高温焙烧窑内物料被加热到 600～800℃，完成稀土矿分解。

高温焙烧窑窑尾烟气温度约500℃，经高温系统气固分离器气——固分离后进入换热器， 换热器出口废气温度约为220℃。废气经高温系统收尘器净化后，进入硫酸处理系统，回收 获得的硫酸继续用于生产。

在经过低温、高温60min～90min的连续焙烧后，焙烧料进入冷却机，在冷却机内物料从 约800℃被冷却到120℃，之后物料被送入溶解池，进入下一工艺段。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是：为本发明的总装结构示意图。

图1中：稀土仓1、铁粉仓2、稀土计量称3、铁粉计量称4、输送机5、打散干燥机6、 低温系统气固分离器7、干粉仓8、干粉计量称9、搅拌器10、硫酸计量系统11、喂料烟室 12、低温焙烧窑13、低温窑燃烧系统14、低温系统收尘器15、低温系统排风机16、高温焙 烧窑17、高温窑燃烧系统18、冷却机19、高温系统气固分离器20、换热器21、高温系统收 尘器22、高温系统排风机23。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：

实施例1：

如图所示；高温焙烧窑17进口端的上方设置低温焙烧窑13的出口端，低温焙烧窑13 进口端设置喂料烟室12，喂料烟室12上方设置进口，喂料烟室12的上方设置喂料系统，喂 料系统的低温系统气固分离器7下方设置干粉仓8，干粉仓8出料口的下方设置干粉计量称9， 干粉计量称9下方设置搅拌器10，搅拌器10一侧设置硫酸计量系统11，搅拌器10与硫酸计 量系统11之间设置管道，搅拌器10出料口的下方对应低温焙烧窑13喂料烟室12的进口； 喂料烟室12进口的一侧设置打散干燥机6，打散干燥机6的一侧分别设置稀土仓1和铁粉仓 2，稀土仓1出口的下方设置稀土计量称3、铁粉仓2出口的下方设置铁粉计量称4，稀土仓 1和铁粉仓2出料口的下方与打散干燥机6之间设置输送机5，输送机5一端对应打散干燥机 6一侧的进料口；打散干燥机6的上方分别设置高温管口和输送管口，高温管口与低温焙烧 窑13进口端之间设置管道，输送管口与低温系统气固分离器7之间设置管道；低温系统气固 分离器7的一侧设置低温系统收尘器15，低温系统气固分离器7与低温系统收尘器15之间 设置管道，低温系统收尘器15一侧设置低温系统排风机16，低温系统收尘器15与低温系统 排风机16之间设置管道。

实施例2：

如图所示；低温焙烧窑13出口端的中部设置低温窑燃烧系统14，高温焙烧窑17出口端 的中部设置高温窑燃烧系统18，高温焙烧窑17出口端与低温焙烧窑13出口端的之间设置烟 气排放管道；低温焙烧窑13的出口对应高温焙烧窑17的进口设置物料管道，高温焙烧窑17 进口的一侧设置高温系统气固分离器20，高温焙烧窑17进口上方的输送管口与高温系统气 固分离器20之间设置设置管道；高温焙烧窑17进口的一侧下方设置进口，高温系统气固分 离器20下方设置出口，高温焙烧窑17进口的余料进口与高温系统气固分离器20的出口之间 设置设置管道；高温系统气固分离器20一侧设置换热器21，高温系统气固分离器20上方设 置管口，换热器21上方设置管口，高温系统气固分离器20上方的管口与换热器21上方的管 口之间设置管道，换热器21一侧设置高温系统收尘器22，高温系统收尘器22与换热器21 之间设置管道，高温系统收尘器22一侧设置高温系统排风机23，高温系统排风机23与高温 系统收尘器22之间设置管道；高温焙烧窑17出口的下方设置冷却机19，冷却机19一侧设 置出料口。

实施例3：

本发明的回转窑焙烧硫酸稀土精矿的低温焙烧窑13的焙烧温度是200℃——500℃之间， 低温焙烧窑13200℃——300℃的废气经低温窑燃烧系统14补燃升温到400～450℃后通过管 道排入打散干燥机6上方的高温管口，通过高温管口进入打散干燥机6中的废气与稀土和铁 粉进行打散悬浮换热，打散干燥机6的上方的另一输送管口与低温系统气固分离器7之间设 置管道，打散干燥机6中稀土和铁粉进行打散成为悬浮物时，通过管道进入低温系统气固分 离器7进行气固分离，分离后的气体通过低温系统气固分离器7上方的管道进入低温系统收 尘器15进行除尘，除尘后的废气通过管道由低温系统排风机16送入氢氟酸处理系统，脱去 气体中的氟后达标排放。

实施例4：

本发明的打散干燥机6中的稀土和铁粉进行悬浮换热的物料，通过管道进入低温系统气 固分离器7进行气固分离，分离后的固体干粉，通过低温系统气固分离器7下方出料口干粉 仓8，干粉仓8出料口的下方通过干粉计量称9计量，进入下方设置搅拌器10中，搅拌器10 与一侧的硫酸计量系统11之间设置管道，硫酸按计定的量通过管道输出，硫酸进入搅拌器 10与干粉搅拌，硫酸与干粉搅拌均匀后通过管道进入喂料烟室12的喂料室，通过喂料室送 人低温焙烧窑13进行低温焙。

实施例5：

本发明的高温焙烧窑17的废气通过烟气排放管道进入低温焙烧窑13中，通过低温窑燃 烧系统14控制低温焙烧窑13的窑温，物料通过低温焙烧窑13的低温焙烧30min---60min 后由出口端下方的出口排出进入高温焙烧窑17的进口；物料通过高温焙烧窑17的高温焙烧 30min---70min后由出口端下方的出口排出进入冷却机19，物料冷却机19的冷却至120℃ 后，通过冷却机19一侧的排料管排入溶解池。