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，涉及一种焙烧脱氟装置及工艺，尤其涉及一种锂云母矿流化床焙烧脱氟装置及工艺。
【背景技术】
[0002]锂及其化合物是锂电新能源材料的重要基础原料。自然界中锂资源的主要存方式为盐湖卤水和伟晶岩矿石。其中，锂云母一般只产于伟晶岩矿石，是两种最主要的工业锂矿物之一。为了能有效利用锂云母，国内外科学工作者进行了大量的研究工作，取得了许多从锂云母中生产锂盐的经验，但是自美国钾碱及化学公司圣安东尼奥锂厂于1966年停产以来，世界上尚未有大规模处理锂云母生产锂盐的工厂。我国有丰富的理云母资源，其1^20含量一般在4-5%，如何高效、经济的开发和利用这部分锂资源，对我国锂工业具有重要意义。
[0003]目前，锂云母提锂方法主要包括石灰石焙烧法、氯化焙烧法、硫酸法、硫酸盐法和压煮法。工业上，从锂云母矿中提取锂普遍采用石灰石焙烧法，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；经800?900°C高温焙烧，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。石灰石焙烧法具有工艺简单，原料价格低廉等优势，但存在石灰石配比高、锂的回收率低、浸出液中锂含量低及蒸发能耗高等缺点。硫酸盐焙烧法常用于处理硅酸盐矿物，但用于锂云母提取锂时，经过配料、造球、焙烧、稀硫酸浸出，浸出液经净化、沉淀获得碳酸锂。硫酸法处理锂云母矿需要预先水蒸气脱氟焙烧，再加硫酸焙烧溶解。氯化焙烧法是采用氯化剂使锂云母中的锂及其他有价金属转化为氯化物。与石灰石焙烧法相比，硫酸法、压煮法以及氯化焙烧法能耗低、锂的浸出率高，具有取代石灰石法的趋势。
[0004]由于锂云母矿结构致密，锂是以氟铝硅酸盐的复杂形态存在，使得磨矿和锂的浸出十分困难。为了提高锂的浸出率，需要预先对锂云母进行高温水蒸气脱氟处理，脱氟处理后其结构疏松、可磨性好，有利于提高锂的浸出率。在锂云母焙烧脱氟过程中，水蒸气分压和焙烧温度是主要因素。文献(宜春锂云母焙烧过程的研究，矿业工程，1994，93，56-58)结果显示，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。在水蒸气-锂云母反应体系中，主要受热力学因素(化学势)和锂云母结构(物理因素)两个方面的影响，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。
[0005]但现有的锂云母脱氟焙烧方法(如CN201410247471.2、CN201310239742.5、CN201310062852.9、CN201210379229.1 及 CN201210052443.6 等)仍然采用回转窑焙烧工艺。回转窑工艺的主要问题有:
[0006](1)水蒸气与锂云母料接触不充分，不利于水蒸气在锂云母表面的吸附、向内扩散或含锂物质的迀移，从而导致其脱氟率低。如在CN201210052443.6专利中采用不锈钢回转窑反应器进行焙烧脱氟，在860°C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 %。
[0007](2)高温下炉料的结圈等问题: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，当焙烧温度过高时，不可避免的出现炉料在炉壁熔融结圈，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。
[0008](3)高温脱氟尾气的利用率低，存在能耗高、蒸汽耗量大及经济性差的缺点，也是制约回转窑焙烧脱氟工业化应用和推广的不利因素。
[0009](4)氟资源回收利用不合理，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。
[0010]CN 102530874A公开了从锂云母脱氟尾气中制备HF和氟化物的方法，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】
[0011]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，所述焙烧脱氟装置能够实现原位固氟，固氟率达到95%以上，脱附率达到90%以上，并且水蒸气耗量低，焙烧过程经济性好，适合大规模连续工业生产。
[0012]为达此目的，本发明采用以下技术方案:
[0013]本发明的目的之一在于提供一种焙烧脱氟装置，所述装置包括物料混合系统、混合料预热系统、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，物料混合系统与混合料预热系统相连，混合料预热系统及水蒸气预热系统与流化床焙烧系统相连；
[0014]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。
[0015]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物料混合系统相连，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。
[0016]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。
[0017]优选地，所述流化床焙烧炉的流化段设置有垂直内构件。
[0018]优选地，所述气体分布板开孔方向为沿圆周的切线方向。
[0019]所述混合料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物料混合系统相连。
[0020]优选地，所述旋风预热器为3-6级旋风预热器。
[0021]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。
[0022]优选地，所述布袋收尘器经下料机与物料混合系统相连。
[0023]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。
[0024]优选地，所述燃烧室的烟气出气口与混合料预热系统或蒸气锅炉的进气口相连。
[0025]优选地，所述蒸气锅炉的出气口与引风系统相连。
[0026]所述物料混合系统包括料斗、螺旋加料器和混合仓，混合仓的出料口与料斗的进料口相连，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混合料预热系统相连。
[0027]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。
[0028]优选地，所述气固分离器的出气口与水蒸气预热系统相连，气固分离器的出料口与气体吸收装置相连。
[0029]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。
[0030]优选地，所述气体吸收装置中装填有固氟剂。
[0031]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。
[0032]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。
[0033]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。
[0034]优选地，所述引风系统包括引风机或压缩机。
[0035]优选地，所述引风系统通过水蒸气预热系统与气体吸收系统相连。
[0036]作为优选的技术方案，所述焙烧脱氟装置包括物料混合系统、混合料预热系统、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；
[0037]物料混合系统包括混合仓、料斗和螺旋加料器；混合料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或压缩机；
[0038]混合仓的出料口与料斗的进料口相连，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；
[0039]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，并且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；
[0040]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；
[0041 ] 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。
[0042]本发明的目的之二在于提供一种利用所述焙烧脱氟装置进行脱氟的工艺，所述工艺包括如下步骤:
[0043](1)待脱氟物料与脱氟剂在混合仓中混合后进入混合料预热系统进行预热，得到预热后的混合物料；同时水蒸气预热系统产生预热后的水蒸气；
[0044](2)预热后的混合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、固体氟化物和含氟气体；
[0045]任选地，进行步骤(3):将脱氟矿冷却回收，并将含氟气体净化。
[0046]步骤(1)所述的待脱氟物料为含锂矿物、含钾矿物或含铯矿物中的一种或至少两种的组合。
[0047]优选地，步骤⑴所述的待脱氟物料的粒径为50-500 μ m0
[0048]优选地，步骤(1)所述脱氟剂为Na、K、Ca或Mg的氧化