氧化粉状五氧化二钒的装置及片状五氧化二钒生产方法

摘要

本发明氧化粉状五氧化二钒的装置及片状五氧化二钒生产方法涉及氧化钒制片技术领域，具体涉及氧化粉状五氧化二钒的装置及片状五氧化二钒生产方法，包括中空的炉体和设置在炉体下方的下筒体，所述下筒体与炉体相连，所述炉体顶部设置有一炉盖，所述炉体内从上至下设置有若干个相互平行的氧化隔板，所述氧化隔板上均设置有物料通过孔；炉体顶部设置有一进料口，所述进料口通过物料输送装置连接有一出料口；本发明利用进料口设置在炉体顶部，电加热空气炉设置在炉体底部，物料自上而下，温度自下而上形成物料直接和温度逆流接触，致使物料自上进入炉体内就开始与余热接触加热；热利用率高，可以较好的防止粉尘外溢，密封性好，生产效率高。

说明书

技术领域

本发明涉及氧化钒制片技术领域，具体涉及氧化粉状五氧化二钒的装置及片状五氧化二钒生产方法。

背景技术

目前国内外传统的氧化钒生产采用反射炉熔化工艺，它只能生产片钒，不能生产粉钒，有一定的缺陷；该法是将湿钒（多钒酸铵、片钒酸铵、钒酸钠等）使用重油、煤气或天然气加热，于同一炉内在900～1150℃温度下完成脱离水、脱氨、氧化使之熔化，熔体经水冷却盘冷却成片，加料方式可一次性加完或边熔边加，传统的反射炉熔化工艺，用重油高温脱水、脱氨氧化、溶化制片，其反射炉熔化技术因熔化温度高，气流量大，熔体与大气直接接触，使得氧化钒蒸氧挥发损失大，环境污染严重，影响操作人员健康，反射炉和炉床腐蚀严重，往往生产不正常，产品质量不稳定，并且反射炉无法解决水分含量达60%左右的红钒（多钒酸铵）如何干燥这一技术难题原因在于：

第一，反射炉温度局部过高，温度不均匀，导致部分温度超过1000度以上，是五氧化二钒快速融化形成五氧化二钒气体，损失五氧化二钒，降低五氧化二钒回收率；

第二，在融化过程中，窑内气速超过大，干燥的五氧化二钒在未融化前因气流过大带走未脱氨的粉状的五氧化二钒微粒，形成半成品，影响回收率，且回收回来的粉状半成品还要加水搅拌后再次投入窑内，造成成本上升；

第三，利用反射炉只能生产片状五氧化二钒，不能生产粉状五氧化二钒；

第四，物料水分达40%左右的多钒酸铵或偏钒酸铵，在融化过程中物料以吨计，物料过多温度不均匀，物料过少成本过高，且表面温度达到1000度以上，只有从物料表面向内传导热量，内部温度过低，且含水的偏钒酸铵或多钒酸铵中有大量的水分和氨，在缺氧的情况下高温水分和氨转换成氢和氨气容易还原五氧化二钒中的五价钒，形成四价钒或三价钒；

第五：在融化过程中三价钒或四价钒经过时间的推移，越堆积越多，造成废品过多需停窑清窑。

另一类氧化钒制片方法是将湿钒先加强成粉状氧化钒、钒酸钠再经压片烧结而成，本技术压片量大、完整性差、烧结设备庞大、电耗多、成品片钒密度低、强度低，工业应用受到限制；氧化物通常随温度的升高，电阻迅速降低，逐渐由绝缘体变成导电体，在熔融状态下五氧化二钒一般均具有导电性。

电炉熔化氧化钒基本原理是根据氧化钒在熔化状态下具有导电性，通过熔体的电阻加热，达到粉料熔化的目的。氧化钒虽然熔点675℃，但要完成工业生产熔化要求，仍需要解决一系列的复杂问题。这些主要问题是：如何保证熔池温度及熔池温度的均匀、导电性长期稳定、炉衬和电极材料的耐腐蚀性等。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种结构简单，使用方便，防止粉尘溢出，密封性好，生产效率高，能耗低的氧化粉状五氧化二钒的装置及能生产粉钒和片钒，提高产品质量，有效解决水分含量达60%左右红钒的干燥这一技术难题，确保产品质量的片状五氧化二钒生产方法。

本发明氧化粉状五氧化二钒的装置，包括中空的炉体和设置在炉体下方的下筒体，所述下筒体与炉体相连，所述炉体顶部设置有一炉盖，所述炉体内从上至下设置有若干个相互平行的氧化隔板，所述氧化隔板上均设置有物料通过孔；炉体顶部设置有一进料口，所述进料口通过物料输送装置连接有一出料口，所述出料口设置在下筒体的底部；所述物料输送装置设置在炉体内，并通过设置在炉盖上的电动机驱动；所述下筒体上还设置有若干个电加热空气炉，所述电加热空气炉中均设置有电加热装置，电加热空气炉均通过风道与下筒体相连，电加热空气炉上均连接有一送风机，所述炉体顶部还设置有一出风口；所述物料通过孔设置在隔板的边缘或中心处，相邻两氧化隔板的物料通过孔的位置不同，且顶层和底层氧化隔板的物料通过孔均位于氧化隔板的中心处，进料口设置在顶层氧化隔板上方。

优选地，物料输送装置包括设置在炉体内的中心转轴及若干个耙料杆，中心转轴的中心轴线与氧化隔板所在平面垂直，所述耙料杆呈水平设置，且一端与中心转轴固定相连，另一端延伸至氧化隔板的上方，并通过设置在其上的若干个耙料叶片与氧化隔板活动相连，所述耙料叶片与氧化隔板垂直，且均朝物料通过孔倾斜，耙料杆在中心转轴上从上到下依次设置，且每一层氧化隔板上至少设置有一个耙料杆，当中心转轴转动，耙料叶片推动物料向物料通过孔移动。

优选地，电加热装置为方形电加热器，且方形电加热器包括五组电加热管，所述加热管上分别连接有一控制器。

优选地，氧化隔板对应炉体的圆周面上均设置有一测温孔和一探视孔，所述测温孔和探视孔内均活动设置有一堵头；所述风道与下筒体连通处、出风口均设置有一温度检测调节装置；温度检测调节装置为铂热电阻。

优选地，中心转轴通过相连的联轴器和减速机与电动机相连；所述炉体、下筒体电加、热空气炉外均设置有保温层。

一种片状五氧化二钒生产方法，包括以下步骤：

第一步，原料红钒干燥；将原料红钒送入密封干燥塔内，并将干燥空气通入密封干燥塔与红钒接触，干燥后的红钒呈粉状并通过多级负压收尘的方式进入料仓；

第二步，红钒脱氨氧化；将干燥粉状红钒送入上述任意一项所述氧化粉状五氧化二钒的装置中进行氧化脱氨，得到粉状五氧化二钒；

第三步，电炉熔化，将粉状五氧化二钒输入电熔化炉中，至五氧化二钒熔化；

第四步，冷却制片，熔化后的五氧化二钒经由水冷制片转盘处理后得到片钒。

优选地，原料红钒为含50-60%水份的多钒酸铵，且所述原料红钒中：NH₃≤0.2%、V₂O₄＜3%、H₂O＜0.2%、(K₁Na)₂O＜1%、Si＜0.12%以及Fe＜0.25%。

优选地，第一步中负压收尘的方式采用旋风分离器进行，且旋风分离器设置为两个分别为一级旋风分离器和二级旋风分离器，一级旋风分离器对粉状红钒回收至料仓，排出的空气进入二级旋风分离器，再通过布袋收尘器排出废气，回收粉状红钒至料仓。

优选地，第三步中电熔化炉的熔化池设置呈Y型，且熔化池的内壁材料采用SiC整体捣制而成，熔化池中的电极为高纯光谱石墨。

优选地，电炉熔化的温度保持在750-850度。

本发明氧化粉状五氧化二钒的装置结构简单，利用进料口设置在炉体顶部，电加热空气炉设置在炉体底部，使温度与物料逆流运行，物料自上而下，温度自下而上形成物料直接和温度逆流接触，致使物料自上进入炉体内就开始与余热接触加热，物料每下一层，物料就进入下一个温度层；热利用率高，可以较好的防止粉尘外溢，密封性好，生产效率高。

本发明片状五氧化二钒生产方法既可以生产粉钒也可以生产片钒，且通过对红钒的干燥，用二级旋风收尘进行收回物料，在用布袋收尘进行回收，最后进入干燥的物料仓储存；然后用多层氧化炉进行脱氨，形成粉状的五氧化二钒；再通过熔化电炉进行融化粉状的五氧化二钒进行制片，形成片状五氧化二钒，在电炉融化时，炉内下部加热，上部粉状五氧化二钒通过自然下落进行覆盖，下部融化到炉窑出口自然流出，上部物料通过自重下落，依次下部融化上部下落覆盖的循环方式进行，不会形成三价或四价钒，单纯的生产五价钒，且无粉钒外溢，提高回收率，解决了水分含量达60%左右红钒的干燥这一技术难题采用电加温熔化确保V₂O₅质量，粉钒、片钒含量均达到98%以上；本方法采用电炉加温，密封干燥氧化和多级收尘，解决了钒业界普遍存在V₂O₅干燥氧化过程生产轻细微粒有毒污染环境，毒害操作人员的难题，产品回收率达98%以上，损失率不到2%，提高产品的生产率，降低生产成本。

附图说明

图1为发明中氧化粉状五氧化二钒的装置结构示意图。

图2为图1中A-A剖视图。

图3为图1中B-B剖视图。

附图标记：1-出料口，2-保温层，3-风道，4-耙料叶片，5-耙料杆，6-中心转轴，7-进料口，8-物料通过孔，9-电动机，10-炉体，11-下筒体，12-电加热空气炉，13-出风口，14-氧化隔板。

具体实施方式

本发明氧化粉状五氧化二钒的装置，包括中空的炉体10和设置在炉体10下方的下筒体11，所述下筒体11与炉体10相连，所述炉体10顶部设置有一炉盖，所述炉体10内从上至下设置有若干个相互平行的氧化隔板14，所述氧化隔板14上均设置有物料通过孔8；炉体10顶部设置有一进料口7，所述进料口7通过物料输送装置连接有一出料口1，所述出料口1设置在下筒体11的底部；所述物料输送装置设置在炉体10内，并通过设置在炉盖上的电动机9驱动；所述下筒体11上还设置有若干个电加热空气炉12，所述电加热空气炉12中均设置有电加热装置，电加热空气炉12均通过风道与下筒体11相连，电加热空气炉12上均连接有一送风机，所述炉体10顶部还设置有一出风口13；所述物料通过孔8设置在隔板的边缘或中心处，相邻两氧化隔板14的物料通过孔8的位置不同，且顶层和底层氧化隔板14的物料通过孔8均位于氧化隔板14的中心处，进料口7设置在顶层氧化隔板14上方。

物料输送装置包括设置在炉体10内的中心转轴6及若干个耙料杆5，中心转轴6的中心轴线与氧化隔板14所在平面垂直，所述耙料杆5呈水平设置，且一端与中心转轴6固定相连，另一端延伸至氧化隔板14的上方，并通过设置在其上的若干个耙料叶片4与氧化隔板14活动相连，所述耙料叶片4与氧化隔板14垂直，且均朝物料通过孔8倾斜，耙料杆5在中心转轴6上从上到下依次设置，且每一层氧化隔板14上至少设置有一个耙料杆5，当中心转轴6转动，耙料叶片4推动物料向物料通过孔8移动。

电加热装置为方形电加热器，且方形电加热器包括五组电加热管，所述加热管上分别连接有一控制器。

氧化隔板14对应炉体10的圆周面上均设置有一测温孔和一探视孔，所述测温孔和探视孔内均活动设置有一堵头；所述风道与下筒体11连通处、出风口13均设置有一温度检测调节装置；温度检测调节装置为铂热电阻。

中心转轴6通过相连的联轴器和减速机与电动机9相连；所述炉体10、下筒体11电加、热空气炉外均设置有保温层2。

使用时，电加热空气炉12工作，然后将物料从进料口7加入后，进入首层氧化隔板14，电动机9驱动中心转轴6转动，耙料杆5随中心转轴6转动，耙料叶片4拨动物料，使物料朝物料通过孔8移动，在此过程中经电加热空气炉12加热的空气从电加热空气炉12通过风道3进入炉体10下相连的下筒体11，并经末层氧化隔板14逐层上首层氧化隔板14渗透，直至从出风口13排出，物料从首层移动至末层最后至出料口1，物料自上而下，温度自下而上形成物料直接和温度逆流接触，致使物料自上进入炉体10内就开始与余热接触加热，物料每下一层，物料就进入下一个温度层；热利用率高，产品质量好，且在物料移动过程中，炉体10均密封，有效防止粉尘外溢；利用风道3与下筒体11连通处、出风口13均设置有一温度检测调节装置，以及在测温孔中测量温度，通过调整与电加热空气炉12中的电加热器相连的控制器，实时对炉体10内的温度进行调控。探视孔用于观察物料的实时状态，在不使用探视孔和测温孔时均采用堵头实现密封。

一种片状五氧化二钒生产方法，包括以下步骤：

第一步，原料红钒干燥；将原料红钒送入密封干燥塔内，通过热风锅炉将空气加热至900度，再将加热至900度的空气通过换热器后得到300-400度的干燥空气，最后将干燥空气通入密封干燥塔与红钒接触，也可以采用闪蒸塔通入300-400度的干燥空气，对红钒进行干燥，干燥后的红钒呈粉状并通过多级负压收尘的方式进入料仓；

第二步，红钒脱氨氧化；将干燥粉状红钒从进料口7送入氧化粉状五氧化二钒的装置中进行氧化脱氨，得到粉状五氧化二钒；

第三步，电炉熔化，将粉状五氧化二钒输入电熔化炉中，至五氧化二钒熔化；

第四步，冷却制片，熔化后的五氧化二钒经由水冷制片转盘处理后得到片钒。

原料红钒为含50-60%水份的多钒酸铵，且所述原料红钒中：NH₃≤0.2%、V₂O₄＜3%、H₂O＜0.2%、(K₁Na)₂O＜1%、Si＜0.12%以及Fe＜0.25%。

第一步中负压收尘的方式采用旋风分离器进行，且旋风分离器设置为两个分别为一级旋风分离器和二级旋风分离器，一级旋风分离器对粉状红钒回收至料仓，排出的空气进入二级旋风分离器，再通过布袋收尘器排出废气，回收粉状红钒至料仓。

第三步中电熔化炉的熔化池设置呈Y型，且熔化池的内壁材料采用SiC整体捣制而成，熔化池中的电极为高纯光谱石墨。

电炉熔化的温度保持在750-850度。

红钒脱氨氧化时，电加热空气炉12工作，然后将物料从进料口7加入后，进入首层氧化隔板14，电动机9驱动中心转轴6转动，耙料杆5随中心转轴6转动，耙料叶片4拨动物料，使物料朝物料通过孔8移动，在此过程中经电加热空气炉12加热的空气从电加热空气炉12通过风道3进入炉体10下相连的下筒体11，并经末层氧化隔板14逐层上首层氧化隔板14渗透，直至从出风口13排出，物料从首层移动至末层最后至出料口1，物料自上而下，温度自下而上形成物料直接和温度逆流接触，致使物料自上进入炉体10内就开始与余热接触加热，物料每下一层，物料就进入下一个温度层，氧化隔板14共设计九层，物料温度由上到下，温度由低到高，最高温度控制在550℃，达到氧化和脱氨的效果而低于五氧化二钒的670度熔点，直到粉状干燥钒脱氨氧化成粉状V₂O₅，并将该粉状V₂O₅置入氧化粉钒仓；热利用率高，产品质量好，且在物料移动过程中，炉体10均密封，有效防止粉尘外溢；利用风道3与下筒体11连通处、出风口13均设置有一温度检测调节装置，以及在测温孔中测量温度，通过调整与电加热空气炉12中的电加热器相连的控制器，实时对炉体10内的温度进行调控。探视孔用于观察物料的实时状态，在不使用探视孔和测温孔时均采用堵头实现密封。

电炉熔化氧化钒时，即将氧化粉钒仓内的粉状V₂O₅送入电炉电极熔化池，在电炉融化时，炉内下部加热，上部粉状五氧化二钒通过自然下落进行覆盖，下部融化到炉窑出口自然流出，上部物料通过自重下落，依次下部融化上部下落覆盖的循环方式进行，不会形成三价或四价钒，单纯的生产五价钒，并在电控装置的控制下调节到预设的熔化温度将粉状V₂O₅熔化，将熔化后的粉状V₂O₅由电炉电极熔化池的下出口全部放出到水冷制片转盘，电炉电极熔化池内将留有预定量的熔体为下一次启动使用，放完后则停电并进行电炉电极熔化池体和电炉电极熔化池口的保温，整个炉膛全面加热融化五氧化二钒；电熔化炉的熔化池设置呈Y型，改变电流方向是电流向炉膛中间方向接触，且熔化池的内壁材料采用SiC整体捣制而成，延长炉窑使用寿命，熔化池中的电极为高纯光谱石墨，防腐蚀、强度高、使用寿命长的目的。

电阻系数是熔化过程的重要参数，影响电阻系数一般主要决定熔化工作温度。但实际工作中测定表明，原料中NH₃、K₂O、Na₂O、H₂O、V₂O₄成份对电阻系数、熔池工作时间长短和电极材料的种类也有影响。在一定温度范围内氧化钒整融体电阻随温度升高而成正比例地下降。高纯光谱石墨测得结果为0.0275欧/℃，不锈钢为0.021欧/℃比石墨电极下降快23.06%；电极材料不同熔池电阻不同，不锈钢大于石墨或在电阻相同条件下，电极材料不同则熔融体温度不同。根据P=>2/m公式计算，高纯石墨于700℃和780℃时氧化钒电阻系数分别为8457欧m²/m和4846欧m²/m，不锈钢电极在800℃和900℃时分别为7542和4000。这些都无法达到好的效果。因此所述的电炉电极熔化池的电极的材料采用新1号复合材料电极即高纯光谱石墨，该材料的电阻系数为6500～8000欧m²/m。

正常选定熔化温度除了考虑电炉炉衬和电极的防腐蚀因素外，还有氧化钒蒸汽压、能耗、产品中V₂O₄含量，具体的因素如下分析：

（1）氧化钒熔融体蒸气压

氧化钒熔融体蒸汽压与温度的关系见表1。从表中看出合理选择炉温可以大大降低其蒸汽压损失，随着温度升高氧化钒蒸汽压迅速增大，1200℃为700℃时的264倍，实际工作温度考虑低于900℃比较理想，有利于减少蒸发损失，氧化钒蒸汽压与温度关系如表1所示：

（2）能耗

工艺原则上在满足生产要求条件下能耗越低越好。熔化温度高则消耗能量多，但相应的产量提高了。能耗大小与熔化温度的关系是主要的。与炉子的保温措施、散热情况及环境温度也有关系。新炉子过好的保温方法是不必要的，甚至有害的。经测得的能耗与温度关系见表2。从表中看出适当的高的熔化温度产量高、能耗低。不同的电炉，控制相应的温度可以达到最佳的能耗值，最佳的熔化温度决定于生产过程中综合因素的平衡。

（3）产品中V₂O₄含量

V₂O₄成份一般不作为产品质量指标，但V₂O₄的含量可以达到调整片钒产品品位的目的。当产品品位低时，则提高V₂O₄品位使总V₂O₅品位提高一些，主要是“O”调节作用。在产品达到质量标准条件下，则V₂O₄越低越好，V₂O₄全部转化成V₂O₅则实际增重计算值0.96%。产品片钒中V₂O₄含量与温度关系见表3。从表3中看出降低温度可以达到产品增重的目的。

综合上述，所述的调节到预设的熔化温度将粉状V₂O₅熔化的熔化温度范围为750～850℃。这样既符合正常的熔化要求，也满足低蒸汽压、低能耗、低V₂O₄的目的，有利于减少腐蚀，是较为理想的温度范围。

所述的收尘的方式采用多级除尘器负压收尘。由于干燥钒成粉状，钒尘多，故采用多级除尘器负压收尘。该方式既解决了钒尘损失问题，又确保操作人员不受污染。

通过本发明的上述步骤进行了八组实验，得到如表4所示的八组片钒成品的性能数据：