一種焙燒脫氟裝置及工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于礦物質原料的處理方法技術領域，涉及一種焙燒脫氟裝置及工藝，尤其涉及一種鋰云母礦流化床焙燒脫氟裝置及工藝。
【背景技術】
[0002]鋰及其化合物是鋰電新能源材料的重要基礎原料。自然界中鋰資源的主要存方式為鹽湖鹵水和偉晶巖礦石。其中，鋰云母一般只產于偉晶巖礦石，是兩種最主要的工業鋰礦物之一。為了能有效利用鋰云母，國內外科學工作者進行了大量的研究工作，取得了許多從鋰云母中生產鋰鹽的經驗，但是自美國鉀堿及化學公司圣安東尼奧鋰廠于1966年停產以來，世界上尚未有大規模處理鋰云母生產鋰鹽的工廠。我國有豐富的理云母資源，其1^20含量一般在4-5%，如何高效、經濟的開發和利用這部分鋰資源，對我國鋰工業具有重要意義。
[0003]目前，鋰云母提鋰方法主要包括石灰石焙燒法、氯化焙燒法、硫酸法、硫酸鹽法和壓煮法。工業上，從鋰云母礦中提取鋰普遍采用石灰石焙燒法，即將石灰石與鋰云母按3:1的重量比例在球磨機內球磨、混合；經800?900°C高溫焙燒，再經水淬、細磨、浸出、過濾或離心分離獲得浸出液和殘渣，浸出液經蒸發、結晶和離心分離獲得單水氫氧化鋰。石灰石焙燒法具有工藝簡單，原料價格低廉等優勢，但存在石灰石配比高、鋰的回收率低、浸出液中鋰含量低及蒸發能耗高等缺點。硫酸鹽焙燒法常用于處理硅酸鹽礦物，但用于鋰云母提取鋰時，經過配料、造球、焙燒、稀硫酸浸出，浸出液經凈化、沉淀獲得碳酸鋰。硫酸法處理鋰云母礦需要預先水蒸氣脫氟焙燒，再加硫酸焙燒溶解。氯化焙燒法是采用氯化劑使鋰云母中的鋰及其他有價金屬轉化為氯化物。與石灰石焙燒法相比，硫酸法、壓煮法以及氯化焙燒法能耗低、鋰的浸出率高，具有取代石灰石法的趨勢。
[0004]由于鋰云母礦結構致密，鋰是以氟鋁硅酸鹽的復雜形態存在，使得磨礦和鋰的浸出十分困難。為了提高鋰的浸出率，需要預先對鋰云母進行高溫水蒸氣脫氟處理，脫氟處理后其結構疏松、可磨性好，有利于提高鋰的浸出率。在鋰云母焙燒脫氟過程中，水蒸氣分壓和焙燒溫度是主要因素。文獻(宜春鋰云母焙燒過程的研究，礦業工程，1994，93，56-58)結果顯示，水蒸氣存在下能顯著提高脫氟效率。認為高溫水蒸氣于紅熱的鋰云母表面時，先吸咐在礦物表面上，然后離解成H+和0H _，并以HF形式逸出。在水蒸氣-鋰云母反應體系中，主要受熱力學因素(化學勢)和鋰云母結構(物理因素)兩個方面的影響，大量水蒸氣分壓和高溫下有利于鋰云母中氟的脫除。而水蒸氣向鋰云母內部結構的擴散或含鋰化合物的向外迀移均是影響水蒸氣脫氟效率的關鍵。因此，水蒸氣和鋰云母礦粉的充分接觸和反應是影響脫氟效率的重要因素。
[0005]但現有的鋰云母脫氟焙燒方法(如CN201410247471.2、CN201310239742.5、CN201310062852.9、CN201210379229.1 及 CN201210052443.6 等)仍然采用回轉窯焙燒工藝。回轉窯工藝的主要問題有:
[0006](1)水蒸氣與鋰云母料接觸不充分，不利于水蒸氣在鋰云母表面的吸附、向內擴散或含鋰物質的迀移，從而導致其脫氟率低。如在CN201210052443.6專利中采用不銹鋼回轉窯反應器進行焙燒脫氟，在860°C高溫下進行水蒸氣脫氟反應80min，其脫氟礦中F含量仍高達2.0wt %，脫氟率只有40 %。
[0007](2)高溫下爐料的結圈等問題:由于鋰云母中低熔點物質的存在，使得在回轉窯加工處理鋰云母時，當焙燒溫度過高時，不可避免的出現爐料在爐壁熔融結圈，從而嚴重影響回轉窯工藝的正常操作；若焙燒溫度過低又會影響鋰云母的脫氟效率。
[0008](3)高溫脫氟尾氣的利用率低，存在能耗高、蒸汽耗量大及經濟性差的缺點，也是制約回轉窯焙燒脫氟工業化應用和推廣的不利因素。
[0009](4)氟資源回收利用不合理，在對鋰云母脫氟焙燒過程中，氟主要以HF形式逸出，若不加以處理直接排放到大氣中，將對環境造成危害。因此，如何回收利用鋰云母中的氟是鋰云母脫氟焙燒工藝面臨的問題。
[0010]CN 102530874A公開了從鋰云母脫氟尾氣中制備HF和氟化物的方法，采用堿溶液(氫氧化鈉、石灰乳或氨水)吸收HF，經干燥脫水得到相應的氟鹽，再經濃硫酸處理可以制備HF。該工藝簡單、技術成熟，但該方法由于采用濕法堿液吸收，無法利用高溫尾氣的能量。
【發明內容】
[0011]針對現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種焙燒脫氟裝置及工藝，所述焙燒脫氟裝置能夠實現原位固氟，固氟率達到95%以上，脫附率達到90%以上，并且水蒸氣耗量低，焙燒過程經濟性好，適合大規模連續工業生產。
[0012]為達此目的，本發明采用以下技術方案:
[0013]本發明的目的之一在于提供一種焙燒脫氟裝置，所述裝置包括物料混合系統、混合料預熱系統、水蒸氣預熱系統及流化床焙燒系統，流化床焙燒系統包括流化床焙燒爐，物料混合系統與混合料預熱系統相連，混合料預熱系統及水蒸氣預熱系統與流化床焙燒系統相連；
[0014]任選地，所述裝置還包括氣體吸收系統、冷卻系統和引風系統，氣體吸收系統和冷卻系統與流化床焙燒系統相連，引風系統與氣體吸收系統相連。
[0015]所述流化床焙燒系統包括進料閥、流化床焙燒爐、焙燒爐分離器和出料閥，所述流化床焙燒爐的進料口通過進料閥與物料混合系統相連，流化床焙燒爐的出料口通過出料閥與冷卻系統相連，焙燒爐分離器的進氣口與流化床焙燒爐的出氣口相連，焙燒爐分離器的出氣口與氣體吸收系統相連。
[0016]優選地，所述流化床焙燒爐為3-7級流化床反應器，優選為3-5級流化床反應器。
[0017]優選地，所述流化床焙燒爐的流化段設置有垂直內構件。
[0018]優選地，所述氣體分布板開孔方向為沿圓周的切線方向。
[0019]所述混合料預熱系統包括燃煤流化床、燃煤流化床分離器、旋風預熱器和旋風分離器，燃煤流化床的出氣口與燃煤流化床分離器的進氣口相連，旋風預熱器的進氣口與燃煤流化床分離器的出氣口相連，旋風預熱器的出氣口與旋風分離器的進氣口相連，旋風預熱器的生料進口與物料混合系統相連。
[0020]優選地，所述旋風預熱器為3-6級旋風預熱器。
[0021]優選地，所述旋風分離器的出料口與旋風預熱器的生料進口相連，旋風分離器的出氣口與布袋收塵器相連。
[0022]優選地，所述布袋收塵器經下料機與物料混合系統相連。
[0023]所述水蒸氣預熱系統包括蒸氣鍋爐和燃燒室，蒸氣鍋爐的出水口與燃燒室的進氣口相連，燃燒室的水蒸氣出氣口與流化床焙燒系統相連。
[0024]優選地，所述燃燒室的煙氣出氣口與混合料預熱系統或蒸氣鍋爐的進氣口相連。
[0025]優選地，所述蒸氣鍋爐的出氣口與引風系統相連。
[0026]所述物料混合系統包括料斗、螺旋加料器和混合倉，混合倉的出料口與料斗的進料口相連，料斗的出料口與螺旋加料器的進料口相連，螺旋加料器的出料口與混合料預熱系統相連。
[0027]所述氣體吸收系統包括氣體吸收裝置和氣固分離器，氣體吸收裝置的進氣口與流化床焙燒系統相連，氣體吸收裝置的出氣口與氣固分離器的進氣口相連。
[0028]優選地，所述氣固分離器的出氣口與水蒸氣預熱系統相連，氣固分離器的出料口與氣體吸收裝置相連。
[0029]優選地，所述氣體吸收裝置為固定床、流化床或移動床，優選為流化床。
[0030]優選地，所述氣體吸收裝置中裝填有固氟劑。
[0031]優選地，所述固氟劑為堿金屬氧化物、堿土金屬氧化物、堿金屬氫氧化物或堿土金屬氫氧化物中的任意一種或至少兩種的組合。
[0032]優選地，所述冷卻系統包括冷卻流化床和冷卻流化床分離器，冷卻流化床的進料口與流化床焙燒系統相連，冷卻流化床的出氣口與冷卻流化床分離器的進氣口相連。
[0033]優選地，所述冷卻流化床分離器的出氣口與水蒸氣預熱系統相連，冷卻流化床分離器的出料口與冷卻流化床相連。
[0034]優選地，所述引風系統包括引風機或壓縮機。
[0035]優選地，所述引風系統通過水蒸氣預熱系統與氣體吸收系統相連。
[0036]作為優選的技術方案，所述焙燒脫氟裝置包括物料混合系統、混合料預熱系統、流化床焙燒系統、水蒸氣預熱系統、氣體吸收系統、冷卻系統和引風系統；
[0037]物料混合系統包括混合倉、料斗和螺旋加料器；混合料預熱系統包括燃煤流化床、燃煤流化床分離器、旋風預熱器和旋風分離器；流化床焙燒系統包括進料閥、流化床焙燒爐、焙燒爐分離器和出料閥；水蒸氣預熱系統包括蒸氣鍋爐和燃燒室；氣體吸收系統包括氣體吸收裝置和氣固分離器；冷卻系統包括冷卻流化床和冷卻流化床分離器；引風系統包括引風機或壓縮機；
[0038]混合倉的出料口與料斗的進料口相連，料斗的出料口與螺旋加料器的進料口相連，螺旋加料器的出料口與旋風預熱器的生料進口相連；燃煤流化床的出氣口與燃煤流化床分離器的進氣口相連，旋風預熱器的進氣口與燃煤流化床分離器的出氣口相連，旋風預熱器的出氣口與旋風分離器的進氣口相連，旋風預熱器的出料口通過進料閥與流化床焙燒爐的進料口相連；
[0039]蒸氣鍋爐的出水口與燃燒室的進氣口相連，燃燒室的水蒸氣出氣口與流化床焙燒爐的進氣口相連，并且燃燒室的煙氣出氣口與蒸氣鍋爐的進氣口相連，蒸氣鍋爐的出氣口與引風機相連；
[0040]流化床焙燒爐的出料口通過出料閥與冷卻流化床的進料口相連，冷卻流化床的出氣口與冷卻流化床分離器的進氣口相連，冷卻流化床分離器的出氣口與蒸氣鍋爐的進氣口和燃燒室的進氣口相連；
[0041 ] 流化床焙燒爐的出氣口與氣體吸收裝置的進氣口相連，氣體吸收裝置的出氣口與氣固分離器的進氣口相連，氣固分離器的出氣口與蒸氣鍋爐的進氣口相連。
[0042]本發明的目的之二在于提供一種利用所述焙燒脫氟裝置進行脫氟的工藝，所述工藝包括如下步驟:
[0043](1)待脫氟物料與脫氟劑在混合倉中混合后進入混合料預熱系統進行預熱，得到預熱后的混合物料；同時水蒸氣預熱系統產生預熱后的水蒸氣；
[0044](2)預熱后的混合物料和預熱后的水蒸氣進入流化床焙燒爐進行脫氟反應，得到脫氟物、固體氟化物和含氟氣體；
[0045]任選地，進行步驟(3):將脫氟礦冷卻回收，并將含氟氣體凈化。
[0046]步驟(1)所述的待脫氟物料為含鋰礦物、含鉀礦物或含銫礦物中的一種或至少兩種的組合。
[0047]優選地，步驟⑴所述的待脫氟物料的粒徑為50-500 μ m0
[0048]優選地，步驟(1)所述脫氟劑為Na、K、Ca或Mg的氧化