一种焙烧脱氟装置及工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于矿物质原料的处理方法技术领域，涉及一种含氟矿物脱氟的处理新方法，尤其涉及一种焙烧脱氟装置及工艺。
【背景技术】
[0002]锂元素被誉为是21世纪的能源元素。锂及其化合物广泛应用于锂电池、陶瓷、玻璃、铝冶炼、医药等工业领域。近年来，随着锂离子电池在便携式电子设备、电动汽车、空间技术和国防工业领域的广泛应用，对锂的需求量日益增加。我国有丰富的理云母资源，其Li20含量一般在4-5%。因此，如何经济、高效地开发和利用锂云母矿石，对我国锂工业具有重要意义。
[0003]目前，工业上普遍采用石灰焙烧法从锂云母矿中提取锂，即将石灰石与锂云母按3:1的重量比例在球磨机内球磨、混合，然后经800?900°C高温焙烧成熟料，熟料再经水淬、细磨、浸出、过滤或离心分离获得浸出液和残渣，浸出液经蒸发、结晶和离心分离获得单水氢氧化锂。石灰焙烧法工艺简单，原料价格低廉，但存在浸出液中锂含量低、蒸发能耗高、锂的回收率低及石灰石配比高等缺点。人们先后开发了氯化焙烧法(ThermochimicaActa, 2000，362，25-35)、硫酸法(无机盐工业，2004，4，30-31)、硫酸盐法(MineralsEngineering, 2010，23，563-566)和压煮法(有色金属[冶炼部分]，2001，5，19-21)等新工艺从锂云母矿中提取锂。
[0004]锂云母矿中的锂是以氟铝硅酸盐的复杂形态存在，矿物结构十分致密，导致磨矿困难和锂的浸出率低。除氯化法外，其余工艺均需要预先对锂云母进行高温水蒸气焙烧转型、脱氟处理使与氟结合的锂、钾、铷及铯等有价元素转变为各自的氧化物。脱氟处理后其结构疏松、可磨性好，并且有利于提高锂的浸出率。因此，锂云母的焙烧脱氟预处理对锂云母的后续磨矿、浸出锂等加工处理具有重要作用。
[0005]锂云母矿脱氟过程水蒸气分压和焙烧温度在锂云母焙烧脱氟反应中水扮演了两个重要角色。文献(宜春锂云母焙烧过程的研究，矿业工程，1994，93，56-58)对比了空气和有水蒸气存在下的焙烧过程，发现水蒸气存在下能显著提高脱氟效率，认为高温水蒸气于红热的锂云母表面时，先吸咐在矿物表面上，然后离解成H+和0H _，并以HF形式逸出；水蒸气-锂云母反应体系主要受热力学因素(化学势)和锂云母结构(物理因素)的影响，大量水蒸气分压和高温下有利于锂云母中氟的脱除；而水蒸气向锂云母内部结构的扩散或含锂化合物的向外迀移均是影响水蒸气脱氟效率的关键。因此，水蒸气和锂云母矿粉的充分接触和反应是影响脱氟效率的重要因素。
[0006]现有技术如CN 201410247471.2、CN 201310239742.5、CN 201310062852.9、CN201210379229.1、CN 201210052443.6等普遍采用回转窑焙烧锂云母矿脱氟。但是，回转窑中水蒸气与锂云母料接触不充分，抑制了水蒸气在锂云母表面的吸附、向内扩散或含锂物质的迀移，导致其脱氟率低，严重时出现高温下炉料的结圈问题，影响设备的正常运转，如CN 201210052443.6中采用不锈钢回转窑反应器进行焙烧脱氟，在860°C的高温下进行水蒸气脱氟反应80min，其脱氟矿中F含量仍高达2.0wt%，脱氟率只有40% ;特别是，由于锂云母中低熔点物质的存在，使得在回转窑加工处理锂云母时，不可避免的出现高温下的炉料的熔融结圈问题，从而严重影响回转窑工艺的正常操作；若焙烧温度过低又会影响锂云母的脱氟效率；另外，能耗高、蒸气耗量大也是制约回转窑焙烧脱氟工业化应用和推广的不利因素。
[0007]另一方面，在对锂云母脱氟焙烧过程中，氟主要以HF形式逸出，若不加以处理直接排放到大气中，将对环境造成危害。因此，如何回收利用锂云母中的氟是锂云母脱氟焙烧工艺面临的问题。CN 102530874A公开了从锂云母脱氟尾气中制备HF和氟化物的方法，主要是采用碱溶液(氢氧化钠、石灰乳或氨水)吸收HF，经干燥脱水得到相应的氟盐，再经浓硫酸处理可以制备HF。该工艺简单、技术成熟，但该方法由于采用湿法碱液吸收，无法利用高温尾气的能量。
【发明内容】
[0008]针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种焙烧脱氟装置及工艺，所述焙烧脱氟装置具有脱氟效率高，蒸气耗量低，焙烧过程经济性好的优点，适合大规模连续工业生产。
[0009]为达此目的，本发明采用以下技术方案:
[0010]本发明的目的之一在于提供一种焙烧脱氟装置，所述装置包括进料系统、矿粉预热系统、水蒸气预热系统及流化床焙烧系统，流化床焙烧系统包括流化床焙烧炉，进料系统与矿粉预热系统相连，矿粉预热系统及水蒸气预热系统与流化床焙烧系统相连；
[0011]任选地，所述装置还包括气体吸收系统、冷却系统和引风系统，气体吸收系统和冷却系统与流化床焙烧系统相连，引风系统与气体吸收系统相连。
[0012]所述流化床焙烧系统包括进料阀、流化床焙烧炉、焙烧炉分离器和出料阀，所述流化床焙烧炉的进料口通过进料阀与进料系统相连，流化床焙烧炉的出料口通过出料阀与冷却系统相连，焙烧炉分离器的进气口与流化床焙烧炉的出气口相连，焙烧炉分离器的出气口与气体吸收系统相连。
[0013]优选地，所述流化床焙烧炉为3-7级流化床反应器，优选为3-5级流化床反应器。
[0014]优选地，所述流化床焙烧炉的流化段设置有垂直内构件。
[0015]优选地，所述气体分布板开孔方向为沿圆周的切线方向。
[0016]所述矿粉预热系统包括燃煤流化床、燃煤流化床分离器、旋风预热器和旋风分离器，燃煤流化床的出气口与燃煤流化床分离器的进气口相连，旋风预热器的进气口与燃煤流化床分离器的出气口相连，旋风预热器的出气口与旋风分离器的进气口相连，旋风预热器的生料进口与进料系统相连。
[0017]优选地，所述旋风预热器为3-6级旋风预热器。
[0018]优选地，所述旋风分离器的出料口与旋风预热器的生料进口相连，旋风分离器的出气口与布袋收尘器相连。
[0019]优选地，所述布袋收尘器经下料机与进料系统相连。
[0020]所述水蒸气预热系统包括蒸气锅炉和燃烧室，蒸气锅炉的出水口与燃烧室的进气口相连，燃烧室的水蒸气出气口与流化床焙烧系统相连。[0021 ] 优选地，燃烧室的烟气出气口与蒸气锅炉的进气口相连。
[0022]所述进料系统包括料斗和螺旋加料器，所述料斗的出料口与螺旋加料器的进料口相连，所述螺旋加料器的出料口与矿粉预热系统相连。
[0023]所述气体吸收系统包括气体吸收装置和气固分离器，气体吸收装置的进气口与流化床焙烧系统相连，气体吸收装置的出气口与气固分离器的进气口相连。
[0024]优选地，所述气固分离器的出气口通过水蒸气预热系统与引风系统相连，气固分离器的出料口与气体吸收装置相连。
[0025]优选地，所述气体吸收装置为固定床、流化床或移动床，优选为流化床。
[0026]优选地，所述气体吸收装置中装填有固氟剂。
[0027]优选地，所述固氟剂为碱金属氧化物、碱土金属氧化物、碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物中的任意一种或至少两种的组合。
[0028]优选地，所述冷却系统包括冷却流化床和冷却流化床分离器，冷却流化床的进料口与流化床焙烧系统相连，冷却流化床的出气口与冷却流化床分离器的进气口相连。
[0029]优选地，所述冷却流化床分离器的出气口与水蒸气预热系统相连，冷却流化床分离器的出料口与冷却流化床相连。
[0030]优选地，所述引风系统包括引风机。
[0031]作为优选的技术方案，所述装置包括进料系统、矿粉预热系统、流化床焙烧系统、水蒸气预热系统、气体吸收系统、冷却系统和引风系统；
[0032]进料系统包括料斗和螺旋加料器；矿粉预热系统包括燃煤流化床、燃煤流化床分离器、旋风预热器和旋风分离器；流化床焙烧系统包括进料阀、流化床焙烧炉、焙烧炉分离器和出料阀；水蒸气预热系统包括蒸气锅炉和燃烧室；气体吸收系统包括气体吸收装置和气固分离器；冷却系统包括冷却流化床和冷却流化床分离器；引风系统包括引风机；
[0033]料斗的出料口与螺旋加料器的进料口相连，螺旋加料器的出料口与旋风预热器的生料进口相连；燃煤流化床的出气口与燃煤流化床分离器的进气口相连，旋风预热器的进气口与燃煤流化床分离器的出气口相连，旋风预热器的出气口与旋风分离器的进气口相连，旋风预热器的出料口通过进料阀与流化床焙烧炉的进料口相连；
[0034]蒸气锅炉的出水口与燃烧室的进气口相连，燃烧室的水蒸气出气口与流化床焙烧炉的进气口相连，燃烧室的烟气出气口与蒸气锅炉的进气口相连，蒸气锅炉的出气口与引风机相连；
[0035]流化床焙烧炉的出料口通过出料阀与冷却流化床的进料口相连，冷却流化床的出气口与冷却流化床分离器的进气口相连，冷却流化床分离器的出气口与蒸气锅炉的进气口和燃烧室的进气口相连；
[0036]流化床焙烧炉的出气口与气体吸收装置的进气口相连，气体吸收装置的出气口与气固分离器的进气口相连，气固分离器的出气口与蒸气锅炉的进气口相连。
[0037]本发明的目的之二在于提供一种利用如上所述的装置进行脱氟的工艺，所述工艺包括如下步骤:
[0038](1)待脱氟物料从进料系统流入矿粉预热系统，进行预热，得到预热后的待脱氟物料；同时水蒸气预热系统产生预热后的水蒸气；
[0039](2)预热后的待脱氟物料和预热后的水蒸气进入流化床焙烧炉进行脱氟反应，得到脱氟物料和含氟气体；
[0040]任选地，进行步骤(3):将脱氟物料冷却回收，并将含氟气体净化。
[0041]步骤(1)所述待脱氟物料为含