专利名称：五氧化二钒的生产方法及其生产系统的制作方法
技术领域：
本发明属于钒化工生产领域，尤其是一种五氧化二钒的生产方法及其生产系统。
背景技术：
钒是一种稀有金属，全球90%以上的钒均以钒铁合金形式应用于钢铁工业中。片剂五氧化二钒是最重要的钒氧化物，也是生产钒合金的主要原料。一直以来，国内生产片剂五氧化二钒的方法多为“一步法”，即脱水、脱氨、熔化三个过程在同一座熔化炉内实现。这种方法多采用反射炉熔化APV，用重油或煤气为燃料加热炉内多钒酸铵，炉膛温度控制在900-1100°C左右，在高温条件下，滤饼表面一层层熔化并从出水口流出，在转动的水冷制片机上制成一定厚度的钒片。“一步法”生产片钒占地面积小、工序简化、设备少、一次性投资少、炉料适应性强，但由于为间歇性生产且反射炉为开放性炉型，使得生产效率低、钒收率低、能耗高、现场工作环境差、环保难以达到国家环保要求等弊端。公开号为CN 101691244A的中国发明专利申请公开一种微波煅烧多钒酸铵制取五氧化二钒的方法，工业饼状多钒酸铵经破碎后，装入频率为915Hz的工业微波炉的不锈钢容器内，依次进行微波干燥、煅烧和熔融后出炉水冷铸片，得到片状五氧化二钒。此种方法脱水、脱氨、熔化在一个系统内完成，没有独立的脱氨及氨回收装置，氨气外排造成环境污染。另外，因氨气释放较慢，氨气及其在高温下分解的还原性气体会将物料中的五价钒还原为低价钒，导致熔化温度高，钒烧损率高，合格率及钒回收率降低，工业化推广应用前景较小。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种钒收率高、能源利用率高、资源综合利用的五氧化二钒的生产方法；本发明还提供了一种用于该方法的生产系统。为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是其将工业钒酸铵滤饼打碎后连续加入干燥设备中，高温气体进行干燥；干燥后的钒酸铵进入煅烧设备进行脱氨氧化，得到粉状五氧化二钒或钒氧化物的混合物；所述的粉状五氧化二钒或钒氧化物的混合物进入熔化设备进行熔化铸片，即可得到片状五氧化二钒。本发明方法所述的工业钒酸铵滤饼为多钒酸铵滤饼或偏钒酸铵滤饼；所述工业钒酸铵滤饼的含水在25 50wt%，干燥后含水量不高于O. 5wt%。本发明方法所述的干燥设备为闪蒸干燥机或盘式干燥机；所述干燥温度为100 250。。。本发明方法所述的煅烧设备为回转窑；所述脱氨氧化的温度为300 650°C，压力为-10 -30Pa,时间为2 4小时。本发明方法所述的熔化设备为快速熔化炉；所述熔化温度为600 750°C，熔化压力不高于-10Pa。采用快速熔化炉，可使钒酸铵的熔化速度更快、熔化的炉温更低，从而有效地解决由于炉料过热汽化导致的钒烧损和扬尘损失。
本发明方法所述的煅烧设备进行脱氨氧化时，控制V2O4含量不高于2. 5wt%,即可获得粉状五氧化二钒；控制V2O4不高于10wt%，即可获得钒氧化物的混合物。本发明方法所述的高温气体为煅烧设备提供的加热烟气和熔化设备产生的高温尾气的混合物。这样，既减少了物料损失，又实现能源的重复利用。本发明方法所述干燥过程和脱氨氧化过程产生粉尘的经布袋除尘器回收；所述脱氨氧化过程产生的氨气经吸收塔吸收后制备铵盐；这样即可返回沉钒系统做沉钒剂使用，实现资源综合利用。
用于上述方法的生产系统采用下述结构所述的闪蒸干燥机或盘式干燥机、回转窑和快速熔化炉依次闭路连接；所述的回转窑的加热烟气和快速熔化炉的高温尾气混合后供闪蒸干燥机或盘式干燥机干燥工业钒酸铵滤饼。本发明系统所述快速熔化炉所用的能源介质为水煤气、发生炉煤气、转炉煤气和/或高炉煤气。本发明的基本反应如式一、式二、式三所示
(NH4)6V10O28 · nH20= (NH4) 6V10028+nH20 (式一)
(NH4) 6V10028=5V205+6NH3 t 十 3Η20 (式二)
V2O5 (粉)一V2O5 (熔)一V2O5(式三)
采用上述技术方案所产生的有益效果在于(I)钒酸铵的干燥脱水、煅烧脱氨、熔化铸片过程分别在三套设备内进行，可以根据干燥、脱氨和氧化不同功能段，对温度，炉料停留时间和供氧化气氛(热空气)按最佳条件进行有效的控制。使各功能段处于最佳条件下运行，从而达到系统稳定、优质、高产。(2)本方法生产五氧化二钒实现了连续生产，将煅烧和熔化设备产生的高温废气进行回收，用于干燥湿的钒酸铵，既实现了能源的二次利用，又使整个系统形成闭路循环，节省了能源。(3)粉尘在系统内经布袋除尘器吸收，避免含钒粉尘外溢和污染环境，提高系统钒收率。(4)煅烧设备产生的氨气经吸收塔吸收后制得铵盐，返回沉钒系统做沉钒剂使用，实现资源的综合利用。(5)在熔化设备的快速熔化设备，使钒酸铵的熔化速度更快、熔化的炉温更低，不仅节约能源，并且有效地解决由于炉料过热汽化导致的钒烧损和扬尘损失，且能源介质为煤气，环境友好。(6) —套装置能同时生产粉剂和片剂两种不同物理性状的产品。(7)易于实现大型工业化生产。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。图I是本发明系统的结构示意图。
具体实施例方式本五氧化二钒的生产系统以闪蒸干燥机或盘式干燥机、回转窑和快速熔化炉为主要设备组合；闪蒸干燥机或盘式干燥机、回转窑和快速熔化炉依次闭路连接；其中干燥由闪蒸干燥机或盘式干燥机完成，分解脱氨、氧化由回转窑实现，熔化在快速熔化炉内进行，并且回转窑的加热烟气、快速熔化炉外排的高温尾气通过烟气混合器混合后作为干燥机的热源。本系统回避了采用在非流态化脱氨氧化设备中不利于低价钒氧化为高价钒的特细钒酸铵和加大收尘系统负担的闪速干燥、气流干燥工艺设备的缺点。本系统选用快速熔化炉作为熔化设备，使炉温更加均匀稳定，气体速度更为缓和，从而有效地解决由于炉料过热汽化和扬尘损失。同时对高温烟气直接返回盘干机进行充分利用，并利用干燥机的沉降作用和湿多钒酸铵对烟气中粉尘的粘附捕集作用，使外排烟气中的含尘量和温度大大降低，有效地克服了原工艺能耗高、钒损失大、安全卫生条件差和污染环境的缺点。图I是本发明系统的结构示意图，下面结合图I对本方法的工艺步骤进一步详述多钒酸铵或偏钒酸铵滤饼(H20:25 50wt%)，经双螺旋混料机将大块料打碎，定量连续的投入干燥机内；物料(多钒酸铵或偏钒酸铵)在闪蒸干燥机或盘式干燥机内干燥，回转窑的加热烟气和快速熔化炉的高温尾气为干燥 热源，物料的水分由液相转换为气相，大部分钒尘吸附在湿的多钒酸铵或偏钒酸铵滤饼上，干燥产生的尾气经布袋收尘器收尘后排放。多钒酸铵或偏钒酸铵水分降至不高于O. 5wt%以下；然后通过溜管螺旋喂入回转窑，在温度为300 650°C，压力为-10 -30Pa的条件下脱氨氧化2 4小时，获得粉状五氧化二钒或钒氧化物的混合物。回转窑内产生高温烟气返回干燥设备用于干燥钒酸铵，粉尘经布袋除尘器回收，氨气经酸液吸收制得铵盐达标后排放。粉状五氧化二钒可直接出售，也可继续投入快速熔化炉制片。热态的粉状五氧化二钒或钒氧化物的混合物用螺旋输送机送至快速熔化炉，在600 750°C、不高于-IOPa的微负压下制得片状五氧化二钒。实施例I :五氧化二钒的生产方法采用下述工艺步骤。 将含水25wt%左右的多钒酸铵通过皮带秤计量，经双螺旋混料机将大块料打碎投入闪蒸干燥机内进行干燥，干燥热源来自煅烧脱氨系统加热烟气和熔化设备的高温尾气的混合气，干燥温度100 150°C，出料口取样化验物料含水为O. 50wt%o干钒酸铵投入煅烧脱氨系统，在温度为300 360°C，压力下为-20 -30Pa时，煅烧3h，得到钒氧化物的混合物，其成分为=V2O5 98. 68wt%, V2O4 1. 97wt%, K2CHNa2O :0. 49wt%，符合 YB/T5304-2006 标准要求，为粉状五氧化二钒。所得粉状五氧化二钒可直接销售，也可将其继续投入快速熔化铸片设备，高炉煤气加热至680 710°C、-6Pa的微负压力下熔化，得到片剂五氧化二钒V2O5:98. 81wt%, Si : O. 12wt%,Fe:0. 05wt%, S:0. 005wt%,P:0. 002wt%, K20+Na20:0. 71wt%0 产品合格率100%，钒收率99. 53%，标煤消耗439. 02千克标煤/吨钒。实施例2 :五氧化二钒的生产方法采用下述工艺步骤。将含水50wt%左右的偏钒酸铵通过皮带秤计量，经双螺旋混料机将大块料打碎投入盘式干燥机内进行逆流干燥，干燥热源来自煅烧脱氨系统加热烟气和熔化设备的高温尾气的混合气，干燥温度200 250°C，出料口取样化验物料含水为O. 35wt%。干钒酸铵投入煅烧脱氨系统，在温度为430 490°C，压力为-10 -15pa时，煅烧4h，得到钒氧化物的混合物，其成分为=V2O5 99. 25wt % ；V204 6. 28wt% ；K20+Na20 :0. 56wt%，将其继续投入快速熔化铸片设备，转炉煤气加热至710 750°C、-4Pa的微负压力下熔化，得到片剂五氧化二钒V2O5:98. 93wt%, Si : O. 20wt%, Fe: O. 18wt%, S:0. 005wt%,P:0. 010wt%, K20+Na20:0. 43wt%0 产品合格率100%，钒收率99. 65%，标煤消耗430. 87千克标煤/吨钒。实施例3 :五氧化二钒的生产方法采用下述工艺步骤。将含水35wt%左右的多钒酸铵通过皮带秤计量，经双螺旋混料机将大块料打碎投入闪蒸干燥机内进行逆流干燥，干燥热源来自煅烧脱氨系统加热烟气和熔化设备的高温尾气的混合气，干燥热源温度150 200°C，出料口取样化验物料含水为O. 42wt%。干钒酸铵投入煅烧脱氨系统，在温度为580 650°C，压力为-15 _20pa时，煅烧2h，得到钒氧化物的混合物， 其成分为:v205 98. 87wt % ；V204 2. 36wt% ；K20+Na20 :0. 51wt%，符合 YB/T5304-2006标准要求，为粉状五氧化二钒。所得粉状五氧化二钒可直接销售，也可将其继续投入快速熔化铸片设备，混合煤气加热至600 630°C、-9Pa的微负压力下熔化，得到片剂五氧化二钒，其成分为V205:99. 12wt%, Si:0. 10wt%, Fe:0. 05wt%, S:0. 005wt%, P:0. 006wt%,K20+Na20:0. 76wt%。产品合格率100%，钒收率99. 72 %，标煤消耗445. 22千克标煤/吨钒。实际运行结果现以河北某钒制品厂采用本五氧化二钒的生产方法及其生产系统为例，2011. 7 2011. 12的实际运行结果如下
1、产品合格率
本方法和系统从根本上解决了产品中低价钒含量高的现象，产品合格率100%，表I为2011年7 12月该厂片剂五氧化二钒各月平均成分，表2为部分粉剂五氧化二钒的成分。表I :本方法生产片剂五氧化二钒的化学成份(Wt)
权利要求
1.一种五氧化二钒的生产方法，其特征在于其将工业钒酸铵滤饼打碎后连续加入干燥设备中，高温气体进行干燥；干燥后的钒酸铵进入煅烧设备进行脱氨氧化，得到粉状五氧化二钒或钒氧化物的混合物；所述的粉状五氧化二钒或钒氧化物的混合物进入熔化设备进行熔化铸片，即可得到片状五氧化二钒。
2.根据权利要求I所述的五氧化二钒的生产方法，其特征在于所述的工业钒酸铵滤饼为多钒酸铵滤饼或偏钒酸铵滤饼；所述工业钒酸铵滤饼的含水在25 50wt%，干燥后含水量不高于O. 5wt%。
3.根据权利要求I所述的五氧化二钒的生产方法，其特征在于所述的干燥设备为闪蒸干燥机或盘式干燥机；所述干燥温度为100 250°c。
4.根据权利要求I所述的五氧化二钒的生产方法，其特征在于所述的煅烧设备为回转窑；所述脱氨氧化的温度为300 650°C，压力为-10 -30Pa，时间为2 4小时。
5.根据权利要求I所述的五氧化二钒的生产方法，其特征在于所述的熔化设备为快速熔化炉；所述熔化温度为600 750°C，熔化压力不高于-10Pa。
6.根据权利要求I所述的五氧化二钒的生产方法，其特征在于所述的煅烧设备进行脱氨氧化时，控制V2O4含量不高于2. 5wt%,即可获得粉状五氧化二钒；控制V2O4不高于.10wt%,即可获得钒氧化物的混合物。
7.根据权利要求I一 6所述的任意一种五氧化二钒的生产方法，其特征在于所述的高温气体为煅烧设备提供的加热烟气和熔化设备产生的高温尾气的混合物。
8.根据权利要求I一 6所述的任意一种五氧化二钒的生产方法，其特征在于所述干燥过程和脱氨氧化过程产生的粉尘经布袋除尘器回收；所述脱氨氧化过程产生的氨气经吸收塔吸收后制备铵盐。
9.用于权利要求7所述的五氧化二钒的生产方法的生产系统，其特征在于所述的闪蒸干燥机或盘式干燥机、回转窑和快速熔化炉依次闭路连接；所述的回转窑的加热烟气和快速熔化炉的高温尾气混合后供闪蒸干燥机或盘式干燥机干燥工业钒酸铵滤饼。
10.根据权利要求9所述的五氧化二钒的生产系统，其特征在于所述快速熔化炉所用的能源介质为水煤气、发生炉煤气、转炉煤气和/或高炉煤气。
全文摘要
本发明公开了一种五氧化二钒的生产方法及其生产系统，该方法是将工业钒酸铵滤饼打碎后连续加入干燥设备中，高温气体进行干燥；干燥后的钒酸铵进入煅烧设备进行脱氨氧化，得到粉状五氧化二钒或钒氧化物的混合物；所述的粉状五氧化二钒或钒氧化物的混合物进入熔化设备进行熔化铸片，即可得到片状五氧化二钒。本方法将多钒酸铵或偏钒酸铵的干燥脱水、煅烧脱氨、熔化铸片过程分别在三套设备内进行，可以根据干燥、脱氨和氧化不同功能段，对温度，炉料停留时间和供氧化气氛(热空气)按最佳条件进行有效的控制，从而使各功能段处于最佳条件下运行，从而达到稳定、优质、高产。本方法可用于生产片状和粉状五氧化二钒，金属钒收率均大于99%。
文档编号C01G31/02GK102616848SQ20121004578
公开日2012年8月1日 申请日期2012年2月27日 优先权日2012年2月27日
发明者付美玲, 侯建宇, 刘树军, 李秀雷, 白云龙, 豆长宏, 马瑞峰 申请人:河北钢铁股份有限公司承德分公司