一种强化钒页岩磨矿与浸出效率的箱体式微波处理装置

摘要

本发明涉及一种强化钒页岩磨矿与浸出效率的箱体式微波处理装置。其技术方案是：顶板波源(8)、左侧板波源(2)、底板波源(4)和右侧板波源(6)与各自对应的顶板(1)的右边线、左侧板(3)的后边线、底板(5)的左边线和右侧板(7)的前边线的距离为a/4，顶板波源(8)、左侧板波源(2)、底板波源(4)和右侧板波源(6)位于各自对应的边线的垂直平分线；顶板波源(8)的矩形长边与顶板(1)的右边线垂直，左侧板波源(2)的矩形长边与左侧板(3)的后边线夹角为θ为0～45°，底板波源(4)的矩形长边与底板(5)的左边线平行，右侧板波源(6)的矩形长边与右侧板(7)的前边线夹角为90°‑θ。本发明处理周期短、能耗低、无碳排放和钒页岩可磨性与钒浸出率强化效果好。

说明书

技术领域

本发明属于钒页岩磨矿的箱体式微波处理装置技术领域。具体涉及一种强化钒页岩磨矿与浸出效率的箱体式微波处理装置。

背景技术

钒页岩(石煤钒矿)是我国特有的一类重要优势含钒资源，其钒储量超过其他国家钒储量之和，页岩提钒(页岩钒)已成为我国钒资源开发利用的重要途径和需求保障。微波作为一种清洁能源，在矿冶领域尤其是矿产资源高效提取方面得到了广泛关注，相应地，微波处理装置则为关注的重点之一。

Yuan Yizhong等人(Yuan,Y.Z.,Zhang,Y.M.,Liu,T.,et al.Optimization ofmicrowave roasting-acid leaching process for vanadium extraction from shalevia response surface methodology[J].Journal ofCleanerProduction,2019,234:494-502.)采用微波高温反应器对钒页岩进行微波焙烧处理，以强化页岩钒的浸出效率，发现最优的工艺参数为微波功率1500W，微波焙烧温度785℃，微波焙烧时间28min，与常规焙烧-酸浸工艺相比，焙烧温度降低115℃，焙烧时间缩短32min。该方法与常规焙烧-酸浸方法相比，虽在一定程度上降低焙烧温度和缩短焙烧时间，但785℃下焙烧28min的焙烧制度仍然存在处理温度高和处理周期长的问题；另外，根据碳的反应可知，在该焙烧制度下，钒页岩中碳几乎可以完全燃烧，这将带来严重的碳排放问题。说明采用微波高温反应器对钒页岩焙烧处理的技术存在处理周期长、能耗高和碳排放高的缺点。

汪劲鹏(汪劲鹏.微波介入页岩钒浸出反应体系的过程强化机理研究[D].武汉科技大学,2018.)采用微波溶液化学反应器对钒页岩进行微波强化浸出研究。发现在其他相同的浸出条件下，微波辐照浸出时间90min后，钒浸出率较常规浸出方式提高了9.75％。该方法尽管无需对钒页岩进行高温焙烧，能够避免碳的排放问题，但该过程微波辐照时间长达90min，微波处理能耗仍然较高；并且在最佳条件下，钒浸出率仅提升9.75％，提升效果并不理想。说明采用微波溶液化学反应器对钒页岩进行微波强化浸出的技术，存在处理周期长、能耗高和钒浸出率提升程度小的缺点。

王俊鹏等人(王俊鹏,姜涛,刘亚静,薛向欣.微波预处理对钒钛磁铁矿磨矿动力学的影响[J].东北大学学报(自然科学版),2019,40(5):663-667)采用顶部单波导类型的微波工作站对钒钛磁铁矿进行处理，在微波功率为4kW，处理时间为2min的情况下，钒钛磁铁矿的破碎速率最高提升约90％。依托该类设备强化钒矿物可磨性，虽然处理时间较短，但由于是单管顶部的形式，需要较高的微波功率，这也将带来较大的处理能耗；并且钒矿物可磨性提升程度不大，仅约为90％。说明采用此类微波装置处理钒矿物存在微波功率大，能耗高和钒矿物可磨性提升程度小的缺点。

综上所述，现有的钒页岩微波处理装置存在处理周期长、能耗高、碳排放高和钒页岩可磨性与钒浸出效率提升程度小的技术缺陷。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种处理周期短、能耗低、无碳排放、钒页岩可磨性好和钒浸出率强化效果优异的强化钒页岩磨矿与浸出效率的箱体式微波处理装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

所述强化钒页岩磨矿与浸出效率的箱体式微波处理装置是由4个正方形平板围成的腔体和4个波源组成，四个正方形平板分别为顶板、左侧板、底板和右侧板，四个正方形平板的边长为a；4个波源相同，每个波源均由1个磁控管和1个波导组成，4个波源根据所在平板的位置分别为顶板波源、左侧板波源、底板波源和右侧板波源，每个波源在正方形平板的安装面为矩形。

顶板的上平面装有顶板波源，顶板波源的安装面中心O1位于顶板的右边线的垂直平分线，顶板波源的安装面中心O1与顶板的右边线的距离为a/4；顶板波源的矩形长边与顶板的右边线垂直。

左侧板装有左侧板波源，左侧板波源的安装面中心O2位于左侧板的后边线的垂直平分线，左侧板波源的安装面中心O2与左侧板的后边线的距离为a/4；左侧板波源的矩形长边与左侧板的后边线夹角为θ＝0～45°。

底板的下平面装有底板波源，底板波源的安装面中心O3位于底板的左边线的垂直平分线，底板波源的安装面中心O3与底板的左边线的距离为a/4；底板波源的矩形长边与底板的左边线平行。

右侧板装有右侧板波源，右侧板波源的安装面中心O4位于右侧板的前边线的垂直平分线，右侧板波源的安装面中心O4与右侧板的后边线的距离为a/4；右侧板波源的矩形长边与右侧板的前边线夹角为90°-θ。

所述矩形的长边边长l为a/6～a/3

由于采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

1、本发明从微波的复合物理场属性出发，基于微波处理装置腔体中电-磁-热-应力复合物理场的仿真模拟以及实验验证，对强化钒页岩磨矿与浸出效率的箱体式微波处理装置(以下简称“箱体式微波处理装置”)的腔体及波源进行布局优化，在四个正方形板所构成的腔体外壁的不同位置和不同角度分别装有各自对应的波源，实现了腔体内复合物理场的优化分布，充分发挥微波对钒页岩异相解离的诱导强化作用。试验证明：本装置能够在2～4min内且在碳的燃烧温度以下实现钒页岩的高效预处理，使得钒页岩可磨性(以破碎速率)提高了180％以上，同时使磨矿能耗(包括微波预处理能耗在内)降低了35％以上，处理周期短和能耗低。

2、本发明针对钒页岩的特殊矿物属性，在复合物理场仿真模拟的基础上，通过对箱体式微波处理装置腔体和波源的位置及其角度的特殊设计，在钒页岩微波预处理过程中，激发微波有质动力效应，耦合钒页岩中含钒云母脱羟反应过程，强化对含钒云母晶格结构的有效破坏，使得钒浸出率在同等浸出条件下提高12％以上，对钒浸出率具有显著强化作用。

3、本发明在钒页岩微波处理过程中，由于处理温度低于碳的燃烧温度，并且处理周期短，在整个钒页岩处理过程中无碳排放，微波处理装置能够与“双碳”目标下页岩钒全湿法提取工艺相融合。

因此，本发明具有处理周期短、能耗低、钒页岩可磨性与钒浸出率强化效果好和无碳排放的特点。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图；

图2是图1的俯视示意图；

图3是图1的左视示意图；

图4是图1的仰视示意图；

图5是图1的右视示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对其保护范围的限制：

实施例1

一种强化钒页岩磨矿与浸出效率的箱体式微波处理装置。

所述强化钒页岩磨矿与浸出效率的箱体式微波处理装置如图1～图5所示，是由4个正方形平板围成的腔体和4个波源组成，四个正方形平板分别为顶板1、左侧板3、底板5和右侧板7，四个正方形平板的边长为a；4个波源相同，每个波源均由1个磁控管和1个波导组成，4个波源根据所在平板的位置分别为顶板波源8、左侧板波源2、底板波源4和右侧板波源6，每个波源在正方形平板的安装面为矩形。

如图2所示，顶板1的上平面装有顶板波源8，顶板波源8的安装面中心O1位于顶板1的右边线的垂直平分线，顶板波源8的安装面中心O1与顶板1的右边线的距离为a/4；顶板波源8的矩形长边与顶板1的右边线垂直。

如图3所示，左侧板3装有左侧板波源2，左侧板波源2的安装面中心O2位于左侧板3的后边线的垂直平分线，左侧板波源2的安装面中心O2与左侧板3的后边线的距离为a/4；左侧板波源2的矩形长边与左侧板3的后边线夹角θ＝30°。

如图4所示，底板5的下平面装有底板波源4，底板波源4的安装面中心O3位于底板5的左边线的垂直平分线，底板波源4的安装面中心O3与底板5的左边线的距离为a/4；底板波源4的矩形长边与底板5的左边线平行。

如图5所示，右侧板7装有右侧板波源6，右侧板波源6的安装面中心O4位于右侧板7的前边线的垂直平分线，右侧板波源6的安装面中心O4与右侧板7的后边线的距离为a/4；右侧板波源6的矩形长边与右侧板7的前边线夹角为60°。

所述矩形的长边l＝3a/12。

实施例2

一种强化钒页岩磨矿与浸出效率的箱体式微波处理装置。除下述技术参数外，其余同实施例1：

左侧板波源2的矩形长边与左侧板3的后边线夹角θ＝45°。

右侧板波源6的矩形长边与右侧板7的前边线夹角为45°。

所述矩形的长边＝2a/12。

实施例3

一种强化钒页岩磨矿与浸出效率的箱体式微波处理装置。除下述技术参数外，其余同实施例1：

左侧板波源2的矩形长边与左侧板3的后边线夹角θ＝0°。

右侧板波源6的矩形长边与右侧板7的前边线夹角为90°。

所述矩形的长边l＝4a/12。

本具体实施方法与现有技术比较具有如下积极效果：

1、本具体实施方式从微波的复合物理场属性出发，基于微波处理装置腔体中电-磁-热-应力复合物理场的仿真模拟以及实验验证，对强化钒页岩磨矿与浸出效率的箱体式微波处理装置(以下简称“箱体式微波处理装置”)的腔体及波源进行布局优化，在四个正方形板所构成的腔体外壁的不同位置和不同角度分别装有各自对应的波源，实现了腔体内复合物理场的优化分布，充分发挥微波对钒页岩异相解离的诱导强化作用。试验证明：本装置能够在2～4min内且在碳的燃烧温度以下实现钒页岩的高效预处理，使得钒页岩可磨性(以破碎速率)提高了180％以上，同时使磨矿能耗(包括微波预处理能耗在内)降低了35％以上，处理周期短和能耗低。

2、本具体实施方式针对钒页岩的特殊矿物属性，在复合物理场仿真模拟的基础上，通过对箱体式微波处理装置腔体和波源的位置及其角度的特殊设计，在钒页岩微波预处理过程中，激发微波有质动力效应，耦合钒页岩中含钒云母脱羟反应过程，强化对含钒云母晶格结构的有效破坏，使得钒浸出率在同等浸出条件下提高12％以上，对钒浸出率具有显著强化作用。

3、本具体实施方式在钒页岩微波处理过程中，由于处理温度低于碳的燃烧温度，并且处理周期短，在整个钒页岩处理过程中无碳排放，微波处理装置能够与“双碳”目标下页岩钒全湿法提取工艺相融合。

因此，本具体实施方式具有处理周期短、能耗低、钒页岩可磨性与钒浸出率强化效果好和无碳排放的特点。