一种氯化法生产粉钒的系统和方法与流程

本发明属于冶金、化工领域，特别涉及一种氯化法生产粉钒的系统和方法。

背景技术：

五氧化二钒粉体(粉钒)是一种重要的冶金化工材料，一直以来主要用于铁基合金添加剂，生产合金钢。近年来随着工业技术的快速发展，五氧化二钒在航空合金、储能材料、石油化工催化剂等领域的应用比例逐渐升高。尤其储能材料(全钒液流电池电解液、钒酸锂正极材料)和高性能航空合金(钒铝系、钒钛系合金)产业的快速发展对高品质高纯度的五氧化二钒产生了巨大的需求。

钒钛磁铁矿是生产五氧化二钒的主要原料。目前，工业上主要通过还原熔炼得到含钒铁水、进一步吹炼得到钒渣；其中钒渣氧化钙质量分数一般小于2.0％，氧化磷质量分数一般小于0.1％；然后钒渣通过“钠化焙烧-浸出-沉钒-煅烧分解”流程制备工业级五氧化二钒；工业级五氧化二钒通过反复溶解沉淀进一步去除杂质提升纯度。但是这种“钠化焙烧-水浸提钒”的工艺不能处理高钙钒渣。一般情况下，工业上含钒铁水经过转炉吹炼得到钒渣和半钢，但为了减轻半钢脱磷的负担，或为了生产低磷钢及超低磷钢，在含钒铁水吹炼钒渣的同时需要加入石灰等碱性造渣剂进行预除磷，进而得到低磷半钢和高钙高磷的钒渣，其中钒渣氧化钙质量分数为2.5-26％，氧化磷质量分数为0.1-1.3％。如果采用“钠化焙烧-水浸提钒”的工艺，钒渣中的钙和钒会形成非水溶性的钒酸钙或者含钙的钒青铜，大大降低钒的浸出率。资料显示钒渣中氧化钙小于2.0％时才对浸出影响较小。而高钙钒渣中的氧化钙一般远远高于这个值。针对这种高钙钒渣一些科研人员提出了“钙化焙烧-酸浸工艺”，即采用石灰石作为添加剂进行氧化焙烧，采用稀硫酸浸取，浸出液直接沉钒。由于酸浸选择性差，在浸取过程中杂质铁、铝、磷、锰等伴随钒进入溶液中。磷是钒酸性浸出液沉淀中的有害元素，在酸性体系内磷和钒形成稳定而又复杂的络合物磷钒系杂多酸以及它们的盐。而且还会与溶液中的铝离子和铁离子形成磷酸铝、磷酸铁沉淀，这些都会污染钒酸铵沉淀，严重影响酸性铵盐沉钒的进行。因此，开发利用含钙型钒渣制备高纯五氧化二钒粉体的技术具有重要的意义。

氯化提钒工艺因其较强的氯化选择性及易于精馏提纯的特点引起了人们的广泛关注。一些技术人员开始采用氯化工艺处理钒渣，并申请了技术专利。如中国专利cn101709388b公开了一种钒渣氯化焙烧分离钒的工艺，将钒渣氧化焙烧料、固体氯化剂与碳质还原剂按一定比例混合造球，送入回转窑焙烧使钒以氯化物的形式挥发出来，从而达到分离提取钒的目的。这种采用固体氯化剂结合回转窑焙烧的工艺存在效率低和不利于大规模操作的问题。而且该工艺未涉及三氯氧钒制备五氧化二钒的方法，并不是一个完整的制备五氧化二钒的技术。中国专利cn101845552b公开了一种钒渣梯度氯化回收有价元素的方法，将钒渣、固体盐、单质碳混合均匀在不同的温度下通入氯气依次进行钒、铁、铬和硅的氯化，以期达到分离富集这些元素的目的。该工艺同时采用固体氯化剂和气体氯化剂，流程复杂。而且该工艺未涉及三氯氧钒或四氯化钒制备五氧化二钒的方法，并不是一个完整的制备五氧化二钒的技术。伴随产生的氯化铁、氯化铬、氯化硅等难以有效利用。中国专利cn103130279b公开了一种以钒渣等含钒物质为原料，采用氯化法提取制备五氧化二钒的方法，通过含钒物质配碳氯化(采用固体氯化剂或气体氯化剂)、精馏提纯、液相水解或铵盐沉淀、烘干或煅烧制备得到五氧化二钒。该工艺只是给出了一种氯化提钒的原则工艺流程，关于钒渣选择性氯化以及由氯化物高效制备五氧化二钒等关键问题并没有给出实施性强的技术方案。而且这种“配碳氯化-提纯-液相水解或铵盐沉淀-煅烧”制备五氧化二钒的工艺流程，早在20世纪60年代，就由美国爱荷华州立大学的研究人员提出(journaloftheless-commonmetals,1960,2:29-35)。中国专利cn105986126b公开了一种钒渣高效氯化提钒的系统及方法，通过钒渣配碳氯化-蒸馏提纯-气相水解的工艺流程制备五氧化二钒。该工艺采用沸腾氯化技术，相对于固体氯化剂氯化呈现出较大的技术优势。而且采用气相水解的工艺由三氯氧钒制备五氧化二钒，相比较液相水解或铵盐沉淀，废水量大幅度降低，呈现出显著的技术优势。但是该工艺中的钒渣没有经过前处理直接进入氯化炉，将会导致钒氯化的选择性降低，大量有害的元素转化为氯化物，大大提高后续蒸馏提纯和氯化残渣处理的成本。氯化炉挥发出来的氯化烟气没有经过除尘处理直接进行换热，将会导致管路堵塞，严重影响生产。气相水解工艺将会产生大量的含钒盐酸，增大环保成本。而且氯化炉的热量平衡、高温氯化烟气及氯化残渣的显热没有很好的利用。

综上所述，现有的氯化提钒工艺呈现了显著的技术优越性，但是还存在许多突出的问题：(1)氯化选择性较差，钒资源中钒元素氯化时，会导致其他铁、铬、钙、磷、钛、硅的氯化，导致精馏提纯和氯化残渣处理较为困难；(2)钒资源氯化焙烧属于强放热过程，氯化反应产生的热量除了可满足固体和气体反应物料的预热外，仍需要换热降温处理。而蒸馏和废水结晶则需要消耗大量的能量。前后工序的能量不能有效协调利用，将大大提高能源消耗，增加生产成本；(3)由钒氯化物(三氯氧钒)制备工业钒制品五氧化二钒缺乏高效清洁的技术路线，由于钒在盐酸溶液中具有较高的溶解度，直接液相水解会造成钒的回收率过低，而采用铵盐沉淀虽然可提高钒的沉淀率，但是会产生大量的氨氮废水；气相水解的工艺虽然避免产生氨氮分水，但是将带来大量的含钒盐酸，环境问题突出；(4)现有的氯化提钒工艺主要针对普通钒渣，对于高钙高磷型钒渣尚没有高效的氯化法提取技术。

因此，通过工艺技术创新，利用氯化法优良的选择性，并解决氯化过程的温度调控、全流程热量综合利用、三氯氧钒高效制备五氧化二钒、尾渣综合利用等关键技术难题，开发适用于多类型钒渣氯化法制备高纯五氧化二钒粉体的新工艺，实现钒渣高效清洁工业化利用。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出了一种氯化法生产粉钒的系统及方法，以实现钙磷的高效脱出、氯化过程温度调控及全流程热量综合利用，氯化尾渣的无害化处理，三氯氧钒高效制备五氧化二钒粉体。

为了达到这些目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明的氯化法生产粉钒的系统，包括氧化造粒工段1、脱钙工段2、混料工段3、氯化收尘工段4、淋洗沉降工段5、精制工段6、制粉工段7和氯化残渣处理工段8；

所述氧化造粒工段1包括钒渣料仓1-1、钒渣螺旋给料机1-2、氧化造粒流化床1-3和钒渣旋风收尘塔1-4；

所述脱钙工段2包括除钙搅拌釜2-1、除钙浆料沉降槽2-2、一号除钙洗涤过滤器2-3、除钙蒸发结晶器2-4、除钙加热器2-5、二号除钙洗涤过滤器2-6、一号除钙旋风预热器2-7、二号除钙旋风预热器2-8和碱洗塔2-9；

所述混料工段3包括脱钙钒渣料仓3-1、脱钙钒渣螺旋给料器3-2、碳源料仓3-3、碳源螺旋给料器3-4和流化床混料器3-5；

所述氯化收尘工段4包括氯化炉4-1、氯化炉换热器4-2、收尘塔4-3和收尘塔换热器4-4；

所述淋洗沉降工段5包括淋洗塔5-1、浆料泵5-2、淋洗塔换热器5-3、捕滴器5-4和淋洗浆料沉降槽5-5；

所述精制工段6包括再沸器6-1、再沸器换热器6-2、精馏塔6-3、高纯三氯氧钒冷凝器6-4和高纯三氯氧钒储罐6-5；

所述制粉工段7包括汽化器7-1、催化氧化反应器7-2、催化氧化换热器7-3、制粉软水储罐7-4、制粉软水循环泵7-5、高纯五氧化二钒料仓7-6和高纯五氧化二钒螺旋给料机7-7；

所述氯化残渣处理工段8包括水解脱氯流化床8-1、氯化残渣旋风除尘器8-2、水解脱氯换热器8-3；

所述钒渣料仓1-1底部的出料口与所述钒渣螺旋给料机1-2的进料口相连接；所述钒渣螺旋给料机1-2的出料口与所述氧化造粒流化床1-3的进料口通过管道相连接；所述氧化造粒流化床1-3底部的进气口与所述空气总管相连接；所述氧化造粒流化床1-3的排料口与所述除钙搅拌釜2-1的进料口通过管道相连接；所述氧化造粒流化床1-3的烟气出口与所述钒渣旋风收尘塔1-4的进气口通过管道相连接；所述钒渣旋风收尘塔1-4的出气口与尾气处理系统的进气口通过管道相连接；所述除钙搅拌釜2-1的进气口分别与所述除钙蒸发结晶器2-4的出气口、所述碱洗塔2-9的出气口通过管道相连接；所述除钙搅拌釜2-1的出气口与尾气处理系统的进气口通过管道相连接；所述除钙搅拌釜2-1的浆料出口与所述除钙浆料沉降槽2-2的进料口通过管道相连接；所述除钙浆料沉降槽2-2上清液出口与所述除钙蒸发结晶器2-4的进液口通过管道相连接；所述除钙浆料沉降槽2-2的浆料出口与所述一号除钙淋洗过滤器2-3的浆料入口通过管道相连接；所述一号除钙淋洗过滤器2-3的进水口与所述工艺水总管相连接；所述一号除钙淋洗过滤器2-3的淋洗液出口与所述除钙蒸发结晶器2-4的进液口通过管道相连接；所述除钙加热器2-5设置于所述除钙蒸发结晶器2-4的中部；所述除钙蒸发结晶器2-4的出料口与所述二号除钙洗涤过滤器2-6的进料口通过管道相连接；所述二号除钙洗涤过滤器2-6的进水口与所述工艺水总管相连接；所述二号除钙洗涤过滤器2-6的底流出口与所述除钙蒸发结晶器2-4的进液口通过管道相连接；所述一号除钙淋洗过滤器2-3的出料口与所述一号除钙旋风预热器2-7的进气口通过管道相连接；所述一号除钙旋风预热器2-7的尾气出口与尾气处理系统的进气口通过管道相连接；所述一号除钙旋风预热器2-7的粉尘出口与所述二号除钙旋风预热器2-8的进气口通过管道相连接；所述二号除钙旋风预热器2-8的进气口与所述氯化炉换热器4-2的出气口通过管道相连接；二号除钙旋风预热器2-8的出气口与所述一号除钙旋风预热器2-7的进气口通过管道相连接；二号除钙旋风预热器2-8的粉料出口与所述脱钙钒渣料仓3-1的进料口通过管道相连接；

所述脱钙钒渣料仓3-1的出料口与所述脱钙钒渣螺旋给料器3-2的进料口相连接；所述脱钙钒渣螺旋给料器3-2的出料口与所述流化床混料器3-5的进料口通过管道相连接；所述碳源料仓3-3的出料口与所述碳源螺旋给料器3-4的进料口通过管道相连接；所述碳源螺旋给料器3-4的出料口与所述流化床混料器3-5的进料口通过管道相连接；所述流化床混料器3-5的进气口与所述氮气总管相连接；所述流化床混料器3-5的出料口与所述氯化炉4-1的进料口通过管道相连接；所述氯化炉4-1的进气口分别与氮气总管、循环氯气总管、氯气总管通过管道相连接；所述氯化炉4-1的氯化烟气出口与所述收尘塔4-3的气体入口通过管道相连接；所述氯化炉4-1的氯化残渣出口与所述水解脱氯流化床8-1的进料口通过管道相连接；所述氯化炉4-1顶部的浆料入口分别与所述淋洗浆料沉降槽5-5的底流口及所述再沸器6-1的底流口通过管道相连接；所述氯化炉换热器4-2设置于所属氯化炉4-1中部；所述氯化炉换热器4-2的进气口与压缩空气总管相连接；所述收尘塔4-3的气体出口与所述淋洗塔5-1的进气口通过管道相连接；所述收尘塔4-3顶部的浆料入口分别与所述淋洗浆料沉降槽5-5的底流口及所述再沸器6-1的底流口通过管路相连接；所述收尘塔4-3的排料口与所述水解脱氯流化床8-1的进料口通过管道相连接；所述收尘塔换热器4-4设置于所述收尘塔4-3的中部；所述收尘塔换热器4-4热流体出口与所述再沸器换热器6-2的热流入口通过管道相连接；所述收尘塔换热器4-4的热流体入口与所述制粉循环水泵7-5的流体出口通过管道相连接；所述浆料泵5-2设置于所述淋洗塔5-1的底部；所述淋洗塔换热器5-3设置于所述淋洗塔5-1的顶部；所述淋洗塔5-1的底流出口与所述淋洗浆料沉降槽5-5的入口通过管道相连接；所述淋洗塔5-1尾气出口与所述捕滴器5-4的气体入口通过管道相连接；所述捕滴器5-4的气体出口与所述碱洗塔2-9的进气口通过管道相连接；所述捕滴器5-4的液体出口与所述淋洗浆料沉降槽5-5的入口通过管道相连接；所述淋洗浆料沉降槽5-5的上清液出口与所述精馏塔6-3的进液口通过管道相连接；

所述精馏塔6-3的回流口与所述再沸器6-1的进液口通过管道相连接；所述再沸器6-1的出气口与所述精馏塔6-3的进气口通过管道相连接；所述再沸器换热器5-2设置于所述再沸器6-1的内部；所述再沸器换热器6-2热流体出口与所述催化氧化换热器7-3的热流体入口通过管道相连接；所述精馏塔6-3的高纯三氯氧钒气体出口与所述高纯三氯氧钒冷凝器6-4的气体入口通过管道相连接；所述高纯三氯氧钒冷凝器6-4的液体出口与所述高纯三氯氧钒储罐6-5的液体入口通过管道相连接；所述高纯三氯氧钒储罐6-5的出液口与所述催化氧化反应器7-2的三氯氧钒入口通过管道相连接；所述催化氧化换热器7-3设置于所述催化氧化反应器7-2中部；所述催化氧化换热器7-3的热流体出口与所述制粉软水储罐7-4的热流体入口通过管道相连接；所述制粉软水储罐7-4的热流体出口与所述制粉循环水泵7-5的流体入口通过管道相连接；所述催化氧化反应器7-2的尾气出口与氯气循环系统入口通过管道相连接；所述汽化器7-1的进料口分别与净化富氧空气总管、超纯水总管相连；所述汽化器7-1的出气口与所述催化氧化反应器7-2的进气口通过管道相连接；所述催化氧化反应器7-2的排料口与所述高纯五氧化二钒料仓7-6的进料口通过管道相连接；所述高纯五氧化二钒料仓7-6的排料口与所述高纯五氧化二钒螺旋给料机7-7的进料口相连接；

所述水解脱氯换热器8-3的进水口与工艺水总管相连接；所述水解脱氯换热器8-3的水蒸气口与所述水解脱氯流化床8-1的水蒸气入口通过管道相连接；所述水解脱氯流化床8-1的空气入口与压缩空气总管相连接；所述水解脱氯流化床8-1的燃料入口与燃料总管相连接；所述水解脱氯流化床8-1设有脱氯渣排料口；所述水解脱氯流化床8-1的高温尾气出口与所述氯化残渣旋风除尘器8-2的进气口通过管道相连接；所述氯化残渣旋风除尘器8-2的气体出口与所述水解脱氯换热器8-3的高温烟气入口通过管道相连接；所述水解脱氯换热器8-3的高温烟气出口与盐酸吸收系统的进气口通过管道相连接。

本发明的基于上述系统的氯化法生产粉钒的方法，包括以下步骤：

所述钒渣料仓1-1中的钒渣经过所述钒渣螺旋给料机1-2进入所述氧化造粒流化床1-3中，与来自于空气总管的空气发生氧化反应，同时伴随颗粒长大；所述氧化造粒流化床1-3的操作温度为400℃～1000℃；反应尾气经所述钒渣旋风收尘塔1-4脱除粉尘后送尾气处理系统；氧化熟料和来自于所述除钙蒸发结晶器2-4的富二氧化碳蒸馏水一同进入所述除钙搅拌釜2-1中，与来自于所述碱洗塔2-9的富二氧化碳气体发生碳化反应，将氧化钙转为水溶性的碳酸盐；反应浆料进入所述除钙浆料沉降槽2-2处理，得到的上清液依次经所述除钙蒸发结晶器2-4蒸发结晶、所述二号除钙洗涤过滤器2-6洗涤过滤；过滤渣可用作造渣剂；所述除钙浆料沉降槽2-2的底流进入所述一号除钙洗涤过滤器2-3过滤，得到的过滤渣依次经一号除钙旋风预热器2-7、二号除钙旋风预热器2-8烘干预热后进入所述脱钙钒渣料仓3-1中；

所述脱钙钒渣料仓3-1中的脱钙钒渣通过所述脱钙钒渣螺旋给料器3-2进入所述流化床混料器3-5中；所述碳源料仓3-3中的碳源经所述碳源螺旋给料器3-4进入所述流化床混料器3-5中；配碳量为脱钙钒渣质量的5％～25％；在流化氮气的作用下与脱钙钒渣混合均匀一同进入所述氯化炉4-1中；来自于氮气总管的氮气、循环氯气总管的氯气、氯气总管的氯气从所述氯化炉4-1底部的进风口进入；维持脱钙钒渣和碳源流态化，同时与之发生氯化反应；氯化操作温度为280～950℃；反应生成的三氯氧钒烟气经所述收尘塔4-3除尘后送所述淋洗塔5-1淋洗；氯化尾渣送所述水解脱氯流化床8-1脱氯处理；来自于所述淋洗浆料沉降槽5-5的浆料及所述再沸器6-1的底流从所述氯化炉4-1的顶部喷入，用以调节反应温度；所述氯化炉换热器4-2用以辅助移出氯化反应的多余热量，用于预热烘干脱钙钒渣，实现节能降耗的目的；来自于所述淋洗浆料沉降槽5-5的浆料及所述再沸器6-1的底流从所述收尘塔4-3的顶部喷入，用以蒸发浆料及底流的固含，同时降低氯化烟气的温度；所述收尘塔4-3中的收尘渣送所述水解脱氯流化床8-1脱氯处理；所述收尘塔换热器4-4从所述收尘塔4-3中回收高温氯化烟气的显热，并为所述再沸器6-1及催化氧化反应器7-2提供热量，实现节能降耗；

所述淋洗塔5-1的淋洗尾气经所述捕滴器5-4回收液滴后送所述碱洗塔2-9处理；所述淋洗塔5-1淋洗得到的三氯氧钒浆料及所述捕滴器5-4回收的三氯氧钒液体送所述淋洗浆料沉降槽5-5沉降处理；得到的上清液经所述精馏塔6-3提纯后，通入所述催化氧化反应器7-2中；来自于净化富氧空气总管的空气及来自于超纯水总管的超纯水通过所述汽化器7-1预热汽化后送所述催化氧化反应器7-2中，与三氯氧钒发生催化氧化反应，得到富氯烟气和高纯五氧化二钒；催化氧化过程的反应温度为120℃～620℃；富氯烟气送氯气循环系统；高纯五氧化二钒送所述高纯五氧化二钒料仓7-6储存；来自于工艺水总管的工艺水经所述水解脱氯换热器8-3气化后与来自于压缩空气总管的空气一起送入所述水解脱氯流化床8-1中，维持氯化残渣的流态化，并与之发生水解脱氯反应；来自于燃料总管的燃料从所述水解脱氯流化床8-1底部的燃料入口进入，为反应提供热量；水解脱氯反应温度为500℃～900℃；粉料的平均停留时间为30～80分钟；脱氯尾渣含氯量在2％以内；脱氯尾渣送炼铁；脱氯尾气经所述氯化残渣旋风除尘器8-2脱除粉尘；之后经所述水解脱氯换热器8-3换热后送盐酸吸收系统处理。

优选地：钒渣含五氧化二钒8wt％～30wt％，氧化钙2.5wt％～26wt％，氧化磷0.1wt％～1.3wt％。

优选地：所述氧化造粒流化床1-3中的操作气速为0.05m～4.00m/s，钒渣的平均停留时间为30～120min。

优选地：所述脱钙工段2中钙的脱除率为96％以上。

优选地：所述碳源料仓3-3中的碳源是指冶金焦、石油焦和煤粉中的一种或几种。

优选地：在所述氯化炉4-1内，操作气速为0.04m～4.00m/s，进入风室内的氯气氮气混合气中氯气的摩尔分数为15％～100％，五氧化二钒的氯化率在95％以上，氧化钙的氯化率在5％以下，氧化磷的氯化率在1％以下。

优选地：在所述催化氧化反应器7-2中，通入水蒸气是通入三氯氧钒质量的0.05％～12％，通入洁净富氧空气中含氧量体积分数为29％～97％，高纯五氧化二钒的纯度为99.5％以上。

本发明通过流化床氧化造粒处理，实现钒渣矿相重整及矿粒长大；通过二氧化碳固钙处理实现钒渣脱钙；通过选择性氯化将钒渣中的钒转化为气态三氯氧钒，将钒渣中的铁、锰、磷、钛、硅等大部分杂质留在氯化残渣中，实现钒和其他杂质的有效分离。气态的三氯氧钒依次经过除尘-淋洗-沉降-精馏纯化-催化氧化等工序制备得到高纯五氧化二钒粉体(粉钒)。氯化残渣经过气相水解脱氯处理，脱氯渣返回炼铁。

相对于现有技术，本发明具有如下突出的优点：

(1)钒渣经过氧化造粒处理，进行矿相重整，实现钒铁分离，大大提高钒的氯化选择性，实现与其他杂质的有效分离；同时伴随矿粒长大，有利于提高流态化质量，实现高效氯化；

(2)所述钒渣经过脱钙工段的处理，钙的脱除率在96％以上，实现钒钙的高效分离，并同步实现固定二氧化碳的目的；

(3)脱钙钒渣与碳源首先在流化床混料器中按预定比例充分混合，然后再进入氯化炉反应，保证了反应原料配比的一致性及混合的均匀性，以实现高效稳定的氯化；

(4)钒渣的配碳氯化是强放热反应，本发明中设置的氯化炉换热器可以将多余的热量移出，用于脱钙钒渣的烘干预热，实现节能降耗，降低生产成本；

(5)通过选择性氯化，实现钒和磷、以及其他杂质的高效分离；

(6)本发明中设有收尘塔换热器用于回收高温氯化烟气的部分显热，并为再沸器及催化氧化反应器提供热量，实现节能降耗，降低生产成本；

(7)本发明中的氯化残渣采用水解脱氯流化床脱氯处理，处理后的尾渣可以炼铁，实现尾渣综合利用；

(8)本发明中通过富氧空气配加少量水实现三氯氧钒的催化氧化，得到高纯五氧化二钒以及富氯尾气，实现氯气再循环，大大降低生产及环保成本。

采用本发明的利用多类型钒渣氯化法生产粉钒的技术，可有效提高氯化选择性，实现与其他杂质高效分离，同时实现氯化渣的综合处理和氯气的有效循环，而且实现高温氯化烟气的显热回收利用，具有效率高、能耗低、无污染、产品质量良好等优点，可有效提高钒渣氯化法制备五氧化二钒技术的经济效益和社会效益。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步阐释，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施列一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制；

图1为本发明的氯化法生产粉钒系统的配置示意图。

附图标记：

1氧化造粒工段；

1-1钒渣料仓1-2钒渣螺旋给料机

1-3氧化造粒流化床1-4钒渣旋风收尘塔；

2脱钙工段；

2-1除钙搅拌釜2-2除钙浆料沉降槽

2-3一号除钙洗涤过滤器2-4除钙蒸发结晶器

2-5除钙加热器2-6二号除钙洗涤过滤器

2-7一号除钙旋风预热器2-8二号除钙旋风预热器

2-9碱洗塔；

3混料工段；

3-1脱钙钒渣料仓3-2脱钙钒渣螺旋给料器

3-3碳源料仓3-4碳源螺旋给料器

3-5流化床混料器；

4氯化收尘工段；

4-1氯化炉4-2氯化炉换热器

4-3收尘塔4-4收尘塔换热器；

5淋洗沉降工段；

5-1淋洗塔5-2浆料泵

5-3淋洗塔换热器5-4捕滴器

5-5淋洗浆料沉降槽；

6精制工段；

6-1再沸器6-2再沸器换热器

6-3精馏塔6-4高纯三氯氧钒冷凝器

6-5高纯三氯氧钒储罐；

7制粉工段；

7-1汽化器7-2催化氧化反应器

7-3催化氧化换热器7-4制粉软水储罐

7-5制粉软水循环泵7-6高纯五氧化二钒料仓

7-7高纯五氧化二钒螺旋给料机；

8氯化残渣处理工段；

8-1水解脱氯流化床8-2氯化残渣旋风除尘器

8-3水解脱氯换热器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。值得说明的是，实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。图1为本发明的一种氯化法生产粉钒的系统和方法示意图。

实施例1

结合图1，本实施例所使用的一种氯化法生产粉钒的系统，包括氧化造粒工段1、脱钙工段2、混料工段3、氯化收尘工段4、淋洗沉降工段5、精制工段6、制粉工段7和氯化残渣处理工段8；

氧化造粒工段1包括钒渣料仓1-1、钒渣螺旋给料机1-2、氧化造粒流化床1-3和钒渣旋风收尘塔1-4；

脱钙工段2包括除钙搅拌釜2-1、除钙浆料沉降槽2-2、一号除钙洗涤过滤器2-3、除钙蒸发结晶器2-4、除钙加热器2-5、二号除钙洗涤过滤器2-6、一号除钙旋风预热器2-7、二号除钙旋风预热器2-8和碱洗塔2-9；

混料工段3包括脱钙钒渣料仓3-1、脱钙钒渣螺旋给料器3-2、碳源料仓3-3、碳源螺旋给料器3-4和流化床混料器3-5；

氯化收尘工段4包括氯化炉4-1、氯化炉换热器4-2、收尘塔4-3和收尘塔换热器4-4；

淋洗沉降工段5包括淋洗塔5-1、浆料泵5-2、淋洗塔换热器5-3、捕滴器5-4和淋洗浆料沉降槽5-5；

精制工段6包括再沸器6-1、再沸器换热器6-2、精馏塔6-3、高纯三氯氧钒冷凝器6-4和高纯三氯氧钒储罐6-5；

制粉工段7包括汽化器7-1、催化氧化反应器7-2、催化氧化换热器7-3、制粉软水储罐7-4、制粉软水循环泵7-5、高纯五氧化二钒料仓7-6和高纯五氧化二钒螺旋给料机7-7；

氯化残渣处理工段8包括水解脱氯流化床8-1、氯化残渣旋风除尘器8-2、水解脱氯换热器8-3；

钒渣料仓1-1底部的出料口与钒渣螺旋给料机1-2的进料口相连接；钒渣螺旋给料机1-2的出料口与氧化造粒流化床1-3的进料口通过管道相连接；氧化造粒流化床1-3底部的进气口与空气总管相连接；氧化造粒流化床1-3的排料口与除钙搅拌釜2-1的进料口通过管道相连接；氧化造粒流化床1-3的烟气出口与钒渣旋风收尘塔1-4的进气口通过管道相连接；钒渣旋风收尘塔1-4的出气口与尾气处理系统的进气口通过管道相连接；除钙搅拌釜2-1的进气口分别与除钙蒸发结晶器2-4的出气口、碱洗塔2-9的出气口通过管道相连接；除钙搅拌釜2-1的出气口与尾气处理系统的进气口通过管道相连接；除钙搅拌釜2-1的浆料出口与除钙浆料沉降槽2-2的进料口通过管道相连接；除钙浆料沉降槽2-2上清液出口与除钙蒸发结晶器2-4的进液口通过管道相连接；除钙浆料沉降槽2-2的浆料出口与一号除钙淋洗过滤器2-3的浆料入口通过管道相连接；一号除钙淋洗过滤器2-3的进水口与工艺水总管相连接；一号除钙淋洗过滤器2-3的淋洗液出口与除钙蒸发结晶器2-4的进液口通过管道相连接；除钙加热器2-5设置于除钙蒸发结晶器2-4的中部；除钙蒸发结晶器2-4的出料口与二号除钙洗涤过滤器2-6的进料口通过管道相连接；二号除钙洗涤过滤器2-6的进水口与工艺水总管相连接；二号除钙洗涤过滤器2-6的底流出口与除钙蒸发结晶器2-4的进液口通过管道相连接；一号除钙淋洗过滤器2-3的出料口与一号除钙旋风预热器2-7的进气口通过管道相连接；一号除钙旋风预热器2-7的尾气出口与尾气处理系统的进气口通过管道相连接；一号除钙旋风预热器2-7的粉尘出口与二号除钙旋风预热器2-8的进气口通过管道相连接；二号除钙旋风预热器2-8的进气口与氯化炉换热器4-2的出气口通过管道相连接；二号除钙旋风预热器2-8的出气口与一号除钙旋风预热器2-7的进气口通过管道相连接；二号除钙旋风预热器2-8的粉料出口与脱钙钒渣料仓3-1的进料口通过管道相连接；

脱钙钒渣料仓3-1的出料口与脱钙钒渣螺旋给料器3-2的进料口相连接；脱钙钒渣螺旋给料器3-2的出料口与流化床混料器3-5的进料口通过管道相连接；碳源料仓3-3的出料口与碳源螺旋给料器3-4的进料口通过管道相连接；所述碳源螺旋给料器3-4的出料口与所述流化床混料器3-5的进料口通过管道相连接；流化床混料器3-5的进气口与氮气总管相连接；流化床混料器3-5的出料口与氯化炉4-1的进料口通过管道相连接；氯化炉4-1的进气口分别与氮气总管、循环氯气总管、氯气总管通过管道相连接；氯化炉4-1的氯化烟气出口与收尘塔4-3的气体入口通过管道相连接；氯化炉4-1的氯化残渣出口与水解脱氯流化床8-1的进料口通过管道相连接；氯化炉4-1顶部的浆料入口分别与淋洗浆料沉降槽5-5的底流口及再沸器6-1的底流口通过管道相连接；氯化炉换热器4-2设置于所属氯化炉4-1中部；氯化炉换热器4-2的进气口与压缩空气总管相连接；收尘塔4-3的气体出口与淋洗塔5-1的进气口通过管道相连接；收尘塔4-3顶部的浆料入口分别与淋洗浆料沉降槽5-5的底流口及再沸器6-1的底流口通过管路相连接；收尘塔4-3的排料口与水解脱氯流化床8-1的进料口通过管道相连接；收尘塔换热器4-4设置于收尘塔4-3的中部；收尘塔换热器4-4热流体出口与再沸器换热器6-2的热流入口通过管道相连接；收尘塔换热器4-4的热流体入口与制粉循环水泵7-5的流体出口通过管道相连接；浆料泵5-2设置于淋洗塔5-1的底部；淋洗塔换热器5-3设置于淋洗塔5-1的顶部；淋洗塔5-1的底流出口与淋洗浆料沉降槽5-5的入口通过管道相连接；淋洗塔5-1尾气出口与捕滴器5-4的气体入口通过管道相连接；捕滴器5-4的气体出口与碱洗塔2-9的进气口通过管道相连接；捕滴器5-4的液体出口与淋洗浆料沉降槽5-5的入口通过管道相连接；淋洗浆料沉降槽5-5的上清液出口与精馏塔6-3的进液口通过管道相连接；

精馏塔6-3的回流口与再沸器6-1的进液口通过管道相连接；再沸器6-1的出气口与精馏塔6-3的进气口通过管道相连接；再沸器换热器5-2设置于再沸器6-1的内部；再沸器换热器6-2热流体出口与催化氧化换热器7-3的热流体入口通过管道相连接；精馏塔6-3的高纯三氯氧钒气体出口与高纯三氯氧钒冷凝器6-4的气体入口通过管道相连接；高纯三氯氧钒冷凝器6-4的液体出口与高纯三氯氧钒储罐6-5的液体入口通过管道相连接；高纯三氯氧钒储罐6-5的出液口与催化氧化反应器7-2的三氯氧钒入口通过管道相连接；催化氧化换热器7-3设置于催化氧化反应器7-2中部；催化氧化换热器7-3的热流体出口与制粉软水储罐7-4的热流体入口通过管道相连接；制粉软水储罐7-4的热流体出口与制粉循环水泵7-5的流体入口通过管道相连接；催化氧化反应器7-2的尾气出口与氯气循环系统入口通过管道相连接；汽化器7-1的进料口分别与净化富氧空气总管、超纯水总管相连；汽化器7-1的出气口与催化氧化反应器7-2的进气口通过管道相连接；催化氧化反应器7-2的排料口与高纯五氧化二钒料仓7-6的进料口通过管道相连接；高纯五氧化二钒料仓7-6的排料口与高纯五氧化二钒螺旋给料机7-7的进料口相连接；

水解脱氯换热器8-3的进水口与工艺水总管相连接；水解脱氯换热器8-3的水蒸气口与水解脱氯流化床8-1的水蒸气入口通过管道相连接；水解脱氯流化床8-1的空气入口与压缩空气总管相连接；水解脱氯流化床8-1的燃料入口与燃料总管相连接；水解脱氯流化床8-1设有脱氯渣排料口；水解脱氯流化床8-1的高温尾气出口与氯化残渣旋风除尘器8-2的进气口通过管道相连接；氯化残渣旋风除尘器8-2的气体出口与水解脱氯换热器8-3的高温烟气入口通过管道相连接；水解脱氯换热器8-3的高温烟气出口与盐酸吸收系统的进气口通过管道相连接。

实施例2

采用实施例1所述系统，本实施例提供一种氯化法生产粉钒的方法，包括以下步骤：

钒渣料仓1-1中的钒渣经过钒渣螺旋给料机1-2进入氧化造粒流化床1-3中，与来自于空气总管的空气发生氧化反应，同时伴随颗粒长大；氧化造粒流化床1-3的操作温度为400℃～1000℃；反应尾气经钒渣旋风收尘塔1-4脱除粉尘后送尾气处理系统；氧化熟料和来自于除钙蒸发结晶器2-4的富二氧化碳蒸馏水一同进入除钙搅拌釜2-1中，与来自于碱洗塔2-9的富二氧化碳气体发生碳化反应，将氧化钙转为水溶性的碳酸盐；反应浆料进入除钙浆料沉降槽2-2处理，得到的上清液依次经除钙蒸发结晶器2-4蒸发结晶、二号除钙洗涤过滤器2-6洗涤过滤；过滤渣可用作造渣剂；除钙浆料沉降槽2-2的底流进入一号除钙洗涤过滤器2-3过滤，得到的过滤渣依次经一号除钙旋风预热器2-7、二号除钙旋风预热器2-8烘干预热后进入脱钙钒渣料仓3-1中；

脱钙钒渣料仓3-1中的脱钙钒渣通过脱钙钒渣螺旋给料器3-2进入流化床混料器3-5中；碳源料仓3-3中的碳源经碳源螺旋给料器3-4进入流化床混料器3-5中；配碳量为脱钙钒渣质量的5％～25％；在流化氮气的作用下与脱钙钒渣混合均匀一同进入氯化炉4-1中；来自于氮气总管的氮气、循环氯气总管的氯气、氯气总管的氯气从氯化炉4-1底部的进风口进入；维持脱钙钒渣和碳源流态化，同时与之发生氯化反应；氯化操作温度为280～950℃；反应生成的三氯氧钒烟气经收尘塔4-3除尘后送淋洗塔5-1淋洗；氯化尾渣送水解脱氯流化床8-1脱氯处理；来自于淋洗浆料沉降槽5-5的浆料及再沸器6-1的底流从氯化炉4-1的顶部喷入，用以调节反应温度；氯化炉换热器4-2用以辅助移出氯化反应的多余热量，用于预热烘干脱钙钒渣，实现节能降耗的目的；来自于淋洗浆料沉降槽5-5的浆料及再沸器6-1的底流从收尘塔4-3的顶部喷入，用以蒸发浆料及底流的固含，同时降低氯化烟气的温度；收尘塔4-3中的收尘渣送水解脱氯流化床8-1脱氯处理；收尘塔换热器4-4从收尘塔4-3中回收高温氯化烟气的显热，并为再沸器6-1及催化氧化反应器7-2提供热量，实现节能降耗；

淋洗塔5-1的淋洗尾气经捕滴器5-4回收液滴后送碱洗塔2-9处理；淋洗塔5-1淋洗得到的三氯氧钒浆料及捕滴器5-4回收的三氯氧钒液体送淋洗浆料沉降槽5-5沉降处理；得到的上清液经精馏塔6-3提纯后，通入催化氧化反应器7-2中；来自于净化富氧空气总管的空气及来自于超纯水总管的超纯水通过汽化器7-1预热汽化后送催化氧化反应器7-2中，与三氯氧钒发生催化氧化反应，得到富氯烟气和高纯五氧化二钒；催化氧化过程的反应温度为120℃～620℃；富氯烟气送氯气循环系统；高纯五氧化二钒送高纯五氧化二钒料仓7-6储存；来自于工艺水总管的工艺水经水解脱氯换热器8-3气化后与来自于压缩空气总管的空气一起送入水解脱氯流化床8-1中，维持氯化残渣的流态化，并与之发生水解脱氯反应；来自于燃料总管的燃料从水解脱氯流化床8-1底部的燃料入口进入，为反应提供热量；水解脱氯反应温度为500℃～900℃；粉料的平均停留时间为30～80分钟；脱氯尾渣含氯量在2％以内；脱氯尾渣送炼铁；脱氯尾气经氯化残渣旋风除尘器8-2脱除粉尘；之后经水解脱氯换热器8-3换热后送盐酸吸收系统处理。

实施例3

本实施例以炼钢钒渣为原料，其中五氧化二钒的质量分数为8％，氧化钙的质量分数为2.5％，氧化磷的质量分数为0.1％，处理量为1.3t/h，经氧化造粒、脱钙处理、混料、氯化收尘、淋洗沉降、精制、制粉等工序制备得到高纯五氧化二钒产品，并通过余热利用、残渣处理实现工业余能利用及残渣脱氯处理。

在所述氧化造粒流化床1-3内，氧化焙烧温度为400℃，操作气速为0.05m/s,钒渣的平均停留时间为30min；所述脱钙工段2中，钙的脱除率为96％；在所述流化床混料器3-5内，冶金焦配加量为脱钙钒渣质量的5％；氯化炉氯化温度为280℃，氯化炉操作气速为0.04m/s，进入风室内的氯气氮气混合气中氯气的摩尔分数为15％，五氧化二钒的氯化率在95％，氧化磷的氯化率在1％；在催化氧化反应器内，催化氧化过程通入水蒸气是三氯氧钒质量的0.05％，反应温度为120℃，通入的富氧空气中氧气的质量分数为29％，钒的直收率达94％，高纯五氧化二钒产品的纯度达99.5wt％(2n5)；在所述水解脱氯流化床中，反应温度为500℃，粉料的停留时间为30min，脱氯尾渣含氯量在2％。

实施例4

本实施例以高钙高磷型钒渣为原料，其中五氧化二钒的质量分数为30％，氧化钙的质量分数为26％，氧化磷的质量分数为1.3％，处理量为2.6t/h，经氧化造粒、脱钙处理、混料、氯化收尘、淋洗沉降、精制、制粉等工序制备得到高纯五氧化二钒产品，并通过余热利用、残渣处理实现工业余能利用及残渣脱氯处理。

在所述氧化造粒流化床1-3内，氧化焙烧温度为1000℃，操作气速为4m/s,钒渣的平均停留时间为120min；所述脱钙工段2中，钙的脱除率为98％；在所述流化床混料器3-5内，石油焦配加量为脱钙钒渣质量的25％；氯化炉氯化温度为950℃，氯化炉操作气速为4m/s，进入风室内的氯气氮气混合气中氯气的摩尔分数为50％，五氧化二钒的氯化率在98％，氧化磷的氯化率在0.5％；在催化氧化反应器内，催化氧化过程通入水蒸气是三氯氧钒质量的12％，反应温度为620℃，通入的富氧空气中氧气的质量分数为97％，钒的直收率达96％，高纯五氧化二钒产品的纯度达99.95wt％(3n5)；在所述水解脱氯流化床中，反应温度为900℃，粉料的停留时间为80min，脱氯尾渣含氯量在1％。

实施例5

本实施例以高钙高磷型钒渣为原料，其中五氧化二钒的质量分数为20％，氧化钙的质量分数为10％，氧化磷的质量分数为0.8％，处理量为6.6t/h，经氧化造粒、脱钙处理、混料、氯化收尘、淋洗沉降、精制、制粉等工序制备得到高纯五氧化二钒产品，并通过余热利用、残渣处理实现工业余能利用及残渣脱氯处理。

在所述氧化造粒流化床1-3内，氧化焙烧温度为600℃，操作气速为1m/s,钒渣的平均停留时间为60min；所述脱钙工段2中，钙的脱除率为97％；在所述流化床混料器3-5内，煤粉配加量为脱钙钒渣质量的15％；氯化炉氯化温度为650℃，氯化炉操作气速为1m/s，氯化介质为纯氯气，五氧化二钒的氯化率在97％，氧化磷的氯化率在0.3％；在催化氧化反应器内，催化氧化过程通入水蒸气是三氯氧钒质量的5％，反应温度为320℃，通入的富氧空气中氧气的质量分数为60％，钒的直收率达95％，高纯五氧化二钒产品的纯度达99.995wt％(4n5)；在所述水解脱氯流化床中，反应温度为700℃，粉料的停留时间为40min，脱氯尾渣含氯量在0.5％。

本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

当然，本发明还可以有多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明的公开做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。