Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ СМЕШИВАНИЯ И НАТРИРУЮЩЕГО ОБЖИГА ВАНАДИЙСОДЕРЖАЩЕГО МАТЕРИАЛА

Ссылка на родственную заявку

По настоящей заявке испрашивается приоритет в соответствии с заявкой на патент Китая №201410216338.0 под названием «Способ смешивания и натрирующего обжига ванадийсодержащего материала», поданной 21 мая 2014 года, содержание которой полностью и в частности включено в настоящий документ посредством отсылки.

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу смешивания и натрирующего обжига ванадийсодержащего материала.

Уровень техники

Ванадиевые продукты обычно получают путем извлечения ванадия из солей натрия; т.е. ванадийсодержащие материалы и соли натрия, такие как Na₂CO₃ или Na₂SO₄, измельчаются и перемешиваются до однородного состояния, после чего полученная смесь подвергается окислительному обжигу при высокой температуре с целью получения пятивалентного ванадия, который соединяется с натрием для образования водорастворимого химического соединения, такого как ванадиевокислый натрий. Далее указанное химическое соединение выщелачивается водой с тем, чтобы ванадий был переведен в раствор. Затем ванадий осаждается из раствора, после чего он может использоваться для получения различных ванадиевых продуктов.

Однако в процессе обжига, описанного выше, материал имеет обыкновение спекаться, что часто приводит к образованию настыли на поду, прилипанию к зубьям скребков и прочим нежелательным явлениям во вращающихся обжиговых печах, многоподовых печах для обжига или другом оборудовании для обжига. Во избежание указанных проблем часто необходимо понижать температуру обжига, что приводит, соответственно, к снижению показателя конверсии при обжиге. Обычно считается, что спекание и прилипание материала к оборудованию обусловлено, главным образом, легкоплавкими веществами, которые образуются в процессе реакции. Легкоплавкие вещества переводятся в жидкую фазу при температуре обжига, а материал спекается в комки вокруг жидкофазных веществ как «снежки». Обычное решение этой проблемы предусматривает добавление хвостов с целью сокращения процентной доля легкоплавких веществ за счет уменьшения общего содержания ванадия в шихтовом материале, благодаря чему можно уменьшить спекание и прилипание, регулировать эти процессы, а также повысить скорость извлечения ванадия. Обычно содержание ванадия в клинкере регулируется в пределах около 5% масс. Но даже в этом случае часто наблюдается спекание и прилипание материала, хотя и не так часто. Показатель конверсии ванадия при обжиге составляет всего 82-85%, а в среднем он ниже 84%.

Помимо этого добавление хвостов для обжига обуславливает множество недостатков: после переработки клинкера путем мокрого дробления и выщелачивания диаметр его частиц существенно уменьшается; при возврате клинкера для подготовки материала средний размер частиц материала, загружаемого в печь, будет уменьшен; кроме того, некоторое количество остатков периодически подвергается повторной переработке; соответственно, постепенно увеличивается пропорциональная доля очень мелких твердых частиц, и время от времени возникают определенные сложности, например, с осветлением, фильтрацией и сепарацией раствора. Более того, поскольку значительное количество материала возвращается транспортировочным оборудованием в печь для обжига после его переработки в выщелачивающих и фильтрующих устройствах, потребление энергии в производственном процессе будет увеличено.

Проведя тщательное исследование, автор изобретения пришел к следующему выводу: хотя в процессе обжига образуется некоторое количество легкоплавких веществ, не они являются главной причиной спекания и прилипания материала к оборудованию; на самом деле основная причина спекания заключается в следующем: поскольку процесс обжига представляет собой процесс окислительной реакции, вещества с низкой валентностью в ванадийсодержащем материале испускают в ходе окислительной реакции большое количество теплоты; и, - так как тепло, вырабатываемое во время сгорания топлива, накладывается на тепло реакции, выделяемое в процессе окисления материала, - температура в зоне материала, где локализуется реакция окисления, резко возрастает и выходит за пределы температурного диапазона, требуемого для выполнения процесса в этой зоне; следовательно, легкоплавкие вещества в указанной зоне материала будут расплавляться и спекаться в комки или блоки по мере движения материала. При понижении температуры до уровня ниже точки плавления легкоплавких веществ эти легкоплавкие вещества будут отвердевать, и часть материала будет прилипать к оборудованию, образуя настыль. Таким образом, ключом к решению проблемы спекания и прилипания материала является регулирование тепла реакции с целью установления равномерной и установившейся реакции материала, а также для предотвращения выхода температуры из-под контроля.

Сущность изобретения

Для устранения недостатков предшествующего уровня техники, т.е. неконтролируемости температуры, частой цементации материала и образования настыли, а также низкого показателя конверсии ванадия в процессе обжига ванадийсодержащего материала с добавками, настоящее изобретение предлагает способ смешивания и натрирующего обжига ванадийсодержащего материала.

Для достижения указанной цели настоящее изобретение предлагает способ смешивания и натрирующего обжига ванадийсодержащего материала, включающий: смешивание сырьевого материала с клинкером и последующий обжиг полученной смеси; при этом сырьевой материал представляет собой смесь ванадийсодержащего материала с добавкой соли натрия, а клинкер представляет собой обожженный ванадийсодержащий материал; при этом в процессе смешивания сырьевого материала с клинкером массовое соотношение сырьевого материала к клинкеру составляет 20:80-90:10.

При использовании способа обжига, раскрытого в настоящем изобретении, температура в процессе обжига поддерживается на установившемся уровне и легко поддается регулированию, а материал не спекается и не прилипает к оборудованию; кроме того, существенно улучшен показатель конверсии ванадия при обжиге; помимо этого за счет того, что сырьевой материал и клинкер характеризуются одинаковым химическим составом, исключено попадание в смесь каких-либо вредных элементов или компонентов, благодаря чему отсутствует какое-либо негативное воздействие на систему в целом.

Прочие характеристики и преимущества настоящего изобретения будут подробно описаны ниже в привязке к вариантам его осуществления.

Подробное описание изобретения

Варианты реализации настоящего изобретения будут подробно раскрыты ниже. Следует понимать, что описанные в настоящем документе варианты осуществления заявленного изобретения служат исключительно для описания и разъяснения настоящего изобретения, но не должны рассматриваться как ограничивающие его объем.

Настоящее изобретение предлагает способ смешивания и натрирующего обжига ванадийсодержащего материала, включающий: смешивание сырьевого материала с клинкером и последующий обжиг полученной смеси; при этом сырьевой материал представляет собой смесь ванадийсодержащего материала с добавкой соли натрия, а клинкер представляет собой обожженный ванадийсодержащий материал; при этом в процессе смешивания сырьевого материала с клинкером массовое соотношение сырьевого материала к клинкеру составляет 20:80-90:10.

Согласно настоящему изобретению сырьевой материал может содержать 5-50 массовых процентов (% масс.) добавки соли натрия; предпочтительно содержит 10-40% масс. добавки соли натрия, более предпочтительно содержит 10-30% масс. добавки соли натрия. Остальная часть сырьевого материала представляет собой ванадийсодержащий материал.

Согласно настоящему изобретению нет никаких ограничений в отношении солей натрия, используемых в качестве добавки; иначе говоря, для реализации заявленного изобретения могут быть применены любые добавки солей натрия, широко используемые в уровне техники. В предпочтительном варианте добавка соли натрия может представлять собой неорганическую соль натрия. Неорганическая соль натрия может быть выбрана из группы, включающей карбонат натрия, бикарбонат натрия, сульфат натрия, хлорид натрия и т.д. В оптимальном варианте добавка соли натрия представляет собой карбонат натрия. При выборе карбоната натрия в качестве указанной добавки, карбонат натрия и ванадийсодержащий материал подвергаются окислительному обжигу при высокой температуре, в результате чего ванадий превращается в пятивалентный ванадий, а полученный пятивалентный ванадий соединяется с натрием для образования водорастворимого химического соединения, такого как ванадат натрия; при этом в ходе реакции в воздух выпускается углекислый газ, который не загрязняет окружающую среду.

Основная задача способа смешивания и натрирующего обжига ванадийсодержащего материала, описанного в настоящем изобретении, заключается в превращении ванадиевых компонентов (например, V₂O₅) ванадийсодержащего материала в водорастворимые химические соединения, такие как ванадат натрия, чтобы из ванадийсодержащего материала можно было извлечь ванадий. Таким образом, нет никаких ограничений в отношении химического состава ванадийсодержащего материала по настоящему изобретению; иначе говоря, для реализации заявленного изобретения может применяться любой обычный ванадийсодержащий материал, содержащий ванадиевые компоненты. В частности, ванадийсодержащий материал может содержать 1-40% масс. V₂O₅, предпочтительно содержит 10-30% масс. V₂O₅.

Согласно настоящему изобретению размер частиц ванадийсодержащего материала может составлять 0,125 мм или меньше, предпочтительно в диапазоне от 0,045 до 0,125 мм.

Согласно настоящему изобретению клинкер представляет собой продукт, полученный напрямую в результате обжига сырьевого материала; в альтернативном варианте клинкер может представлять собой продукт, полученный в результате обжига смеси клинкера с сырьевым материалом; т.е. продукт процесса обжига (продукт, полученный в результате обжига смеси сырьевого материала с клинкером) повторно перерабатывается и вновь используется в качестве материала для реализации способа смешивания и натрирующего обжига ванадийсодержащего материала.

Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения способ смешивания и натрирующего обжига ванадийсодержащего материала предусматривает, что во время первого обжига клинкер может представлять собой продукт, полученный напрямую в результате обжига сырьевого материала, или же продукт обжига других закладок; кроме того, во время последующего обжига повторно перерабатывается и вновь используется в качестве клинкера продукт предыдущего процесса обжига (т.е. продукт обжига смеси сырьевого материала с клинкером).

Согласно настоящему изобретению размер частиц клинкера, используемого в процессе обжига, может составлять 4 мм или меньше, а в предпочтительном варианте - 1 мм или меньше.

Согласно настоящему изобретению процесс обжига может быть реализован любым обычным способом, известным на данном этапе развития техники; например, в качестве шихтового материала может быть использована смесь сырьевого материала с клинкером, которая загружается в печь для последующего обжига. Нет никаких особых ограничений и в отношении печи для обжига; иными словами, при реализации настоящего изобретения может быть использована любая печь для обжига обычного типа. В одном из вариантов осуществления заявленного изобретения печь для обжига представляет собой 10-подовую печь для обжига диаметром 6,25 м, но этот вариант не ограничен указанными параметрами. Также нет никаких особых ограничений в отношении скорости загрузки шихтового материала в печь для обжига; скорость загрузки шихтового материала может составлять, к примеру, 1-10 т/ч.

Согласно настоящему изобретению температура обжига может составлять 740-820°С, предпочтительно 760-800°С.

Настоящее изобретение будет подробно проиллюстрировано далее на следующих примерах.

В представленных далее примерах показатель конверсии ванадия при обжиге рассчитывается по следующей формуле:

Показатель конверсии ванадия = (количество водорастворимого ванадия в клинкере / общее количество ванадия в клинкере)×100%.

Примеры

Пример 1

Этот пример приведен с целью иллюстрации способа смешивания и натрирующего обжига ванадийсодержащего материала согласно настоящему изобретению.

Для получения ванадийсодержащего материала измельчите ванадиевый шлак с 10,7% масс. V₂O₅ до тех пор, пока размер частиц не станет равным 0,125 мм или меньше; возьмите 100 массовых частей ванадийсодержащего материала и добавьте к ним 14 массовых частей карбоната натрия, после чего перемешайте указанные материалы до получения однородной смеси, используемой в дальнейшем в качестве сырьевого материала; затем в сырьевой материал добавьте клинкер (массовое соотношение сырьевого материала к клинкеру должно составлять 8:2) и перемешайте материалы до получения однородной смеси, используемой в дальнейшем в качестве шихтового материала (при этом клинкер представляет собой ванадийсодержащий материал, полученный непосредственно в процессе обжига сырьевого материала в течение двух часов в многоподовой (10-подовой) печи для обжига диаметром 6,25 м при температуре 780°С, а размер его частиц составляет 3 мм); загрузите шихтовый материал в многоподовую (10-подовую) печь для обжига диаметром 6,25 м со скоростью 8 т/ч, после чего выполните обжиг при температуре 780°С в течение двух часов с целью получения продукта обжига; и переместите указанный продукт обжига в выщелачивающую камеру для его выщелачивания.

На последующей стадии непрерывного технологического процесса для подготовки шихтового материала клинкер заменяется таким же количеством продукта обжига.

Путем наблюдений и замеров было установлено, что температура в процессе обжига поддерживается на установившемся уровне, а максимальный диапазон изменения температуры составляет 770°С-790°С; обожженный клинкер представлен в виде песка с очень незначительным количеством небольших отдельных частиц, и он может быть без труда измельчен до порошкообразного состоянии под небольшим давлением; при этом 95% частиц обожженного клинкера или больше имеют размер менее 2 мм; внутренняя стенка многоподовой печи для обжига является гладкой; на мешальной лопасти и зубьях скребка отсутствует прилипший материал; а средний показатель конверсии ванадия при обжиге составляет 90,64%.

Пример 2

Этот пример приведен с целью иллюстрации способа смешивания и натрирующего обжига ванадийсодержащего материала согласно настоящему изобретению.

Для получения ванадийсодержащего материала измельчите ванадиевый шлак с 14,7% масс. V₂O₅ до тех пор, пока размер частиц не станет равным 0,1 мм или меньше; возьмите 100 массовых частей ванадийсодержащего материала и добавьте к ним 19 массовых частей карбоната натрия, после чего перемешайте указанные материалы до получения однородной смеси, используемой в дальнейшем в качестве сырьевого материала; затем в сырьевой материал добавьте клинкер (массовое соотношение сырьевого материала к клинкеру должно составлять 6:4) и перемешайте материалы до получения однородной смеси, используемой в дальнейшем в качестве шихтового материала (при этом клинкер представляет собой ванадийсодержащий материал, полученный непосредственно в процессе обжига сырьевого материала в течение двух с половиной часов в многоподовой (10-подовой) печи для обжига диаметром 6,25 м при температуре 760°С, а размер его частиц составляет 1,5 мм); загрузите шихтовый материал в многоподовую (10-подовую) печь для обжига диаметром 6,25 м со скоростью 6 т/ч, после чего выполните обжиг при температуре 760°С в течение двух с половиной часов с целью получения продукта обжига; и переместите указанный продукт обжига в выщелачивающую камеру для его выщелачивания.

Путем наблюдений и замеров было установлено, что температура в процессе обжига поддерживается на установившемся уровне, а максимальный диапазон изменения температуры составляет 760°С-770°С; обожженный клинкер представлен в виде песка с очень незначительным количеством небольших отдельных частиц, и он может быть без труда измельчен до порошкообразного состоянии под небольшим давлением; при этом 95% частиц обожженного клинкера или больше имеют размер менее 2 мм; внутренняя стенка многоподовой печи для обжига является гладкой; на мешальной лопасти и зубьях скребка отсутствует прилипший материал; а средний показатель конверсии ванадия при обжиге составляет 91,21%.

Пример 3

Этот пример приведен с целью иллюстрации способа смешивания и натрирующего обжига ванадийсодержащего материала согласно настоящему изобретению.

Для получения ванадийсодержащего материала измельчите ванадиевый шлак с 18,9% масс. V₂O₅ до тех пор, пока размер частиц не станет равным 0,125 мм или меньше; возьмите 100 массовых частей ванадийсодержащего материала и добавьте к ним 25 массовых частей карбоната натрия, после чего перемешайте указанные материалы до получения однородной смеси, используемой в дальнейшем в качестве сырьевого материала; затем в сырьевой материал добавьте клинкер (массовое соотношение сырьевого материала к клинкеру должно составлять 5:5) и перемешайте материалы до получения однородной смеси, используемой в дальнейшем в качестве шихтового материала (при этом клинкер представляет собой ванадийсодержащий материал, полученный непосредственно в процессе обжига сырьевого материала в течение двух с половиной часов в многоподовой (10-подовой) печи для обжига диаметром 6,25 м при температуре 800°С, а размер его частиц составляет 0,5 мм); загрузите шихтовый материал в многоподовую (10-подовую) печь для обжига диаметром 6,25 м со скоростью 4 т/ч, после чего выполните обжиг при температуре 800°С в течение двух с половиной часов с целью получения продукта обжига; и переместите указанный продукт обжига в выщелачивающую камеру для его выщелачивания.

Путем наблюдений и замеров было установлено, что температура в процессе обжига поддерживается на установившемся уровне, а максимальный диапазон изменения температуры составляет 790°С-810°С; обожженный клинкер представлен в виде песка с очень незначительным количеством небольших отдельных частиц, и он может быть без труда измельчен до порошкообразного состоянии под небольшим давлением; при этом 95% частиц обожженного клинкера или больше имеют размер менее 2 мм; внутренняя стенка многоподовой печи для обжига является гладкой; на мешальной лопасти и зубьях скребка отсутствует прилипший материал; а средний показатель конверсии ванадия при обжиге составляет 93,43%.

Рассмотрев вышеприведенные примеры, можно прийти к следующему выводу: при использовании способа перемешивания и натрирующего обжига ванадийсодержащего материала, раскрытого в настоящем изобретении, температура в процессе обжига поддерживается на установившемся уровне и легко поддается регулированию, а материал не спекается и не прилипает к оборудованию; при этом существенно увеличен показатель конверсии ванадия при обжиге.

Хотя выше описаны некоторые предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, заявленное изобретение не ограничивается характеристиками, указанными в этих вариантах реализации настоящего изобретения. Специалисты в данной области техники могут модифицировать техническую схему заявленного изобретения и вносить в него определенные изменения без отступления от сущности настоящего изобретения. Однако все эти модификации и изменения должны входить в защищенный объем заявленного изобретения.

Кроме того, следует отметить, что конкретные технические признаки, описанные выше в вариантах осуществления настоящего изобретения, могут быть объединены в любой приемлемой форме при условии отсутствия противоречий. Во избежание ненужного повторения некоторые конкретные комбинации в настоящем изобретении не описаны.

Более того, разные варианты реализации заявленного изобретения могут свободно объединяться по мере необходимости при условии, что полученные комбинации не отходят от идеи и сущности настоящего изобретения. Однако такие комбинации также должны рассматриваться как входящие в объем, раскрытый в настоящем изобретении.