稀土溶液连续除硫酸根的装置及方法与流程

本发明涉及一种稀土湿法冶金技术，具体说，涉及一种稀土溶液连续除硫酸根的装置及方法。

背景技术：

在稀土湿法冶金过程中，稀土精矿分解通常采用浓硫酸高温焙烧，经水浸转型后得到氯化稀土溶液(so4^2-/reo百分比浓度0.1％-5％)，氯化稀土溶液在后续的稀土萃取分离生产过程中容易发生乳化现象，影响萃取的正常进行，也会造成最终稀土产品的so4^2-偏高。为了消除稀土溶液中so4^2-的影响，根据ba²⁺+so4^2-＝baso4↓的反应原理，稀土行业一直采用向溶液中加钡离子去除硫酸根，具体操作过程为：

将氯化稀土溶液打入单级反应槽体中，启动搅拌并通蒸汽加热，使反应槽中溶液温度控制在70-90℃。将氯化钡(碳酸钡)通过人工搬运的方式加入反应槽中，氯化钡(碳酸钡)的加入量为理论计算量的1.0-1.5倍。

续搅拌反应2h以上，反应完全后在70℃左右高温条件下用泵将反应槽中浆液打入过滤设备进行过滤分离，得到低硫酸根的氯化稀土溶液，作业周期在5-10小时。

采用上述工艺存在以下问题：一是能耗高且用能不均衡；二是劳动强度大；三是操作方式采用间歇式，自动化水平低；四是设备的利用率较低；五是人工加氯化钡存在重金属中毒危险。

鉴于上述工艺方法存在的问题，力求通过工艺设备的科学组合，发明一种能耗低，能够实现连续化生产，且实现过程控制和稳定质量的工艺方法及装备系统非常必要。

技术实现要素：

本发明所解决的技术问题是提供一种稀土溶液连续除硫酸根的装置及方法，能够实现去除硫酸根的连续生产，提高了设备利用率和产品一次合格率。

技术方案如下：

一种稀土溶液连续除硫酸根的装置，包括：

上料设备，用于将固体粉料定量连续送入连续沉淀槽；

连续沉淀槽，用于加热稀土溶液，并提供稀土溶液和固体粉料的反应空间，将反应后的稀土溶液送入热交换器降温；连续沉淀槽设置有进料口和出料口；级连续沉淀槽设置有温度传感器和蒸气入口，蒸气入口上设置有蒸气控制阀；温度传感器通过信号线连接总控制器，将连续沉淀槽内的温度信号传送到总控制器；

过滤设备，通过管路连接热交换器，用于接收并过滤稀土溶液中的硫酸钡；包括：第一过滤器、第二过滤器、第一进料阀门、第二进料阀门，第一过滤器、第二过滤器相并联，第一进料阀门设置在第一过滤器的进料端，第二进料阀门设置在第二过滤器的进料端；第一过滤器、第二过滤器设置有压力传感器，压力传感器通过信号线连接总控制器，将第一过滤器、第二过滤器内的压力信号发送给总控制器；

热交换器，通过管路分别连接第一级和最后一级的连续沉淀槽，以及过滤设备和流量控制器；将反应后的稀土溶液送入热交换器与反应前的稀土溶液进行换热降温；

流量控制器，用于控制进入热交换器的稀土溶液流量，包括：变频泵、电磁流量计、变频器，电磁流量计、变频器通过信号线连接总控制器；变频器控制变频泵的转速，进而控制进入热交换器的流量；电磁流量计将变频泵的流量信号发送给总控制器，总控制器控制变频器的输出频率；

总控制器，用于控制上料设备的固体粉料加入量；接收温度传感器的温度信号，控制蒸气控制阀的开度，控制蒸气的投入量来保持连续沉淀槽内的反应温度；控制流量控制器的稀土溶液流量；接收压力传感器的压力信号，控制第一过滤器、第二过滤器的排出硫酸钡。

进一步，从第一级连续沉淀槽开始，后面的连续沉淀槽的高度逐级降低，在连续沉淀槽内形成液位差。

进一步，热交换器设置有第一入口、第二入口、第一出口、第二出口，第一入口通过管路连接最后一级连续沉淀槽的出料口，第一出口通过管路分别连接第一进料阀门、第二进料阀门；第二入口通过管路连接流量控制器，第二出口通过管路连接第一级连续沉淀槽的进料口。

进一步，第一过滤器、第二过滤器一个作为投运设备，另一个作为备用设备；当作为投运设备的第一过滤器内部压力达到设定压力，总控制器发出控制信号关闭第一进料阀门，开启第二进料阀门，备用设备第二过滤器投入工作；第一过滤器进入卸渣流程，将内部过滤得到的硫酸钡排出。

进一步，连续沉淀槽在顶端设置有固体投料口，固体粉料从固体投料口进入连续沉淀槽内部。

进一步，上料设备包括：提升机、拆包机、固体给料装置，提升机将包装好的固体粉料送到拆包机，拆包机将固体粉料与包装物的分离并且将固体粉料送入固体给料装置，固体粉料通过固体给料装置称量后进入连续沉淀槽。

一种稀土溶液连续除硫酸根的方法，包括：

流量控制器将稀土溶液送入热交换器加热，加热后的稀土溶液进入第一级连续沉淀槽，稀土溶液通过蒸气加热到70-95℃；

上料设备将固体粉料送入连续沉淀槽，连续沉淀槽内，稀土溶液中的硫酸根离子和钡离子反应，生成硫酸钡晶体；夹带硫酸钡晶体的稀土溶液依次流经n级连续沉淀槽后进入热交换器降温到50℃以下；

降温后的夹带硫酸钡晶体的稀土溶液进入过滤设备，将硫酸钡晶体分离并集中后排出，低硫酸根稀土溶液进入下道工序。

优选的，稀土溶液在第一级连续沉淀槽内通过蒸气加热，通过总控制器控制蒸气控制阀的开度，控制蒸气投入量，保持第一级连续沉淀槽内的反应温度在70-95℃。

优选的，上料设备按照1.0-1.5倍理论加入量来确定氯化钡加入量。

优选的，流量控制器将ph＝1.5-4的稀土溶液送入热交换器加热。

本发明技术效果包括：

本发明能够实现去除硫酸根的连续生产，提高了设备利用率和产品一次合格率，降低工人劳动强度；稳定产品质量，减少热能消耗，保证热能消耗持续稳定，降低企业出现用能高峰的风险；降低出料温度和过滤设施的老化速度；实现氯化钡(或者碳酸钡)的自动拆包、投料，避免操作人员与有毒原料的直接接触。

1.除硫酸根工艺首次实现连续化生产，在工艺控制水平上显著提升；工艺实现自动化控制，稳定了产品质量，提高劳动效率，降低劳动强度；

2.氯化钡物料实现自动拆包，密闭输送，自动计量，降低了安全风险。职工在控制室实现操作控制，杜绝了职工与腐蚀性有害气体直接接触的现象，提高了职工职业安全系数；

3.通过低温原料和高温产品的换热，回收热量，减少能源消耗，降低生产成本；

4.保证热能消耗持续稳定，降低企业出现用能高峰的风险；

5.产品温度的下降可降低后继过滤设施的老化速度，延长设备及备件的使用周期；

6.自动控制系统的应用生产线实现了粉体、流体物料的自动计量控制，提高了工艺控制水平，降低了操作难度，为实现在线分析检测提供操作环境。

附图说明

图1是本发明中稀土溶液连续除硫酸根的装置的结构示意图。

具体实施方式

以下描述充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践和再现。

如图1所示，是本发明中稀土溶液连续除硫酸根的装置的结构示意图。

稀土溶液连续除硫酸根的装置，其结构包括：上料设备1、多个相串联的连续沉淀槽2、温度传感器3、过滤设备4、热交换器5、流量控制器6、总控制器7。

上料设备1用于将固体粉料(氯化钡或者碳酸钡)送入连续沉淀槽2，包括：提升机11、拆包机12、固体给料装置13，提升机11将包装好的氯化钡送到拆包机12，拆包机12将氯化钡与包装物的分离并且将氯化钡送入固体给料装置13，氯化钡通过固体给料装置13称量后进入连续沉淀槽2。

固体给料装置13包括料仓、失重秤和螺旋输送机，完成固体物料氯化钡的存储、计量和输送。

固体物料氯化钡的给定量是根据按照ba²⁺+so4^2-＝baso4↓的反应原理，首先按照稀土溶液每小时的输入量和稀土溶液中so4^2-的来确定理论加入量，并按照1.0-1.5倍理论加入量来确定氯化钡加入量。总控制器7通过控制固体给料装置13来控制氯化钡加入量。固体给料装置13给连续沉淀槽2中加入氯化钡，可以采用单级加入，也可多级加入。

连续沉淀槽2用于加热稀土溶液，并提供稀土溶液和氯化钡的反应空间；连续沉淀槽2设置有进料口21和出料口22，连续沉淀槽2内部在进料口21的位置设置有挡板23。多个连续沉淀槽2相串联时，上一级连续沉淀槽2的出料口22通过管路连接下一级连续沉淀槽2的进料口21。第一级连续沉淀槽2上设置有温度传感器3和蒸气入口24，蒸气入口24上设置有蒸气控制阀25。温度传感器3通过信号线连接总控制器7，将第一级连续沉淀槽2内的温度信号传送到总控制器7。稀土溶液在第一级连续沉淀槽2内通过蒸气加热至70-95℃，通过总控制器7控制蒸气控制阀25的开度，控制蒸气投入量，保持第一级连续沉淀槽2内的反应温度。为保证温度，也可在第2级或以后几级连续沉淀槽2增加蒸气加热点。

连续沉淀槽2在顶端设置有固体投料口，氯化钡从固体投料口进入连续沉淀槽2内部。稀土溶液依次流经串联的第一级到第n级的连续沉淀槽2。

稀土溶液、氯化钡、硫酸钡的混合溶液利用挡板23从连续沉淀槽2底部进入，经过搅拌，从连续沉淀槽2顶部出料口22流出，逐级流入下一级连续沉淀槽2，直至流到第n级连续沉淀槽2，连续沉淀槽2的有效体积/溶液流量*(n-1)代表反应时间，实际生产中可根据ba²⁺+so4^2-＝baso4↓的反应完全程度选择级数。

连续沉淀槽2中，挡板23使液体流向实现下进上出，并顺序连接。液体和形成的沉淀颗粒由第一级向第n级逐级流通。进一步，从第一级连续沉淀槽2开始，后面的连续沉淀槽2的高度逐级降低，能够利用高度差形成液位差，更利于反应的溶液向下一级流动。

过滤设备4通过管路连接热交换器5，用于过滤稀土溶液中的硫酸钡；包括：第一过滤器41、第二过滤器42、第一进料阀门43、第二进料阀门44，第一过滤器41、第二过滤器42相并联，第一进料阀门43设置在第一过滤器41的进料端，第二进料阀门44设置在第二过滤器42的进料端。

第一过滤器41、第二过滤器42设置有压力传感器，压力传感器通过信号线连接总控制器7，将第一过滤器41、第二过滤器42内的压力信号发送给总控制器7。

第一过滤器41、第二过滤器42一个是投运设备，一个是备用设备。当投运设备第一过滤器41内部压力达到设定压力，说明需要卸渣时，总控制器7发出控制信号关闭第一进料阀门43，开启第二进料阀门44，备用设备第二过滤器42投入工作。第一过滤器41进入卸渣流程，将内部过滤得到的硫酸钡排出。第一过滤器41、第二过滤器42处理后的溶液为低硫酸根稀土溶液，低硫酸根稀土溶液进入下道工序，硫酸钡渣进入无害化处理工序。

热交换器5设置有第一入口、第二入口、第一出口、第二出口，第一入口通过管路连接第n级连续沉淀槽2的出料口，第一出口通过管路分别连接第一进料阀门43、第二进料阀门44；第二入口通过管路连接流量控制器6，第二出口通过管路连接第一级连续沉淀槽2的进料口21。连续沉淀槽2处理后稀土溶液进入热交换器5，加热准备投料给第一级连续沉淀槽2的稀土溶液，加热后的稀土溶液进入第一级连续沉淀槽2，降温后(50℃以下)的低硫酸根稀土溶液进入第一过滤器41、第二过滤器42进行过滤。

流量控制器6通过管路连接第二入口，用于控制进入热交换器5的稀土溶液流量。稀土溶液ph＝1.5-4，按照设备处理能力设定稀土溶液的给入量，控制进入热交换器5的流量。

流量控制器6包括：变频泵、电磁流量计、变频器，电磁流量计、变频器通过信号线连接总控制器7；变频器控制变频泵的转速，进而控制进入热交换器5的流量。电磁流量计将变频泵的流量信号发送给总控制器7，总控制器7控制变频器的输出频率。

总控制器7内嵌有控制程序，用于控制固体给料装置13的氯化钡加入量；接收温度传感器3的温度信号，控制蒸气控制阀25的开度，控制蒸气的投入量来保持连续沉淀槽2内的反应温度；控制进入热交换器5中的稀土溶液流量；接收第一过滤器41、第二过滤器42上压力传感器的压力信号，控制第一过滤器41、第二过滤器42的排出硫酸钡。

稀土溶液连续除硫酸根的方法，具体步骤如下：

步骤1：流量控制器6将稀土溶液送入热交换器5加热，加热后的稀土溶液进入第一级连续沉淀槽2，稀土溶液通过蒸气加热到70-95℃；

上料设备1按照1.0-1.5倍理论值确定氯化钡或者碳酸钡加入量，并连续给料。

稀土溶液在第一级连续沉淀槽2内通过蒸气加热，通过总控制器7控制蒸气控制阀25的开度，控制蒸气投入量，保持第一级连续沉淀槽2内的反应温度在70-95℃。

步骤2：上料设备1将氯化钡粉料送入连续沉淀槽2，连续沉淀槽2内，稀土溶液中的硫酸根离子和钡离子反应，生成硫酸钡晶体；夹带硫酸钡晶体的稀土溶液依次流经n级连续沉淀槽2后进入热交换器5降温到50℃以下；

步骤3：降温后的夹带硫酸钡晶体的稀土溶液进入过滤设备4，将硫酸钡分离并集中后排出，低硫酸根稀土溶液进入下道工序。

实施例1

氯化稀土原料液中so4^2-/reo＝0.10％，reo＝2.1mol/l，原料液温度19℃。共6级反应槽体，原料液给定流量8m³/h，计算后氯化钡给定量10kg/h。启动第1到第6级的搅拌，原料液由料液流量控制系统给料，首先进入第6级与热料进行热交换，原料液温度由19℃上升到43℃，热料由71℃下降到46℃，换热后的原料液进入到第1级继续加热，加热到了92℃流入第2级，自动给料系统控制氯化钡加入量为10kg/h，由第2级加入，反应的溶液逐级流入到第6级，降温后的热料打入板框进行过滤，得到低硫酸根稀土溶液。该条件控制运行48小时后取样，低硫酸根稀土溶液中so4^2-/reo为0.01％。

实施例2

氯化稀土原料液中so4^2-/reo＝0.13％，reo＝2.1mol/l，原料液温度20℃。共6级反应槽体，原料液给定流量10m³/h，计算后氯化钡给定量15.6kg/h。启动第1到第6级的搅拌，原料液由料液流量控制系统给料，首先进入第6级与热料进行热交换，原料液温度由20℃上升到41℃，热料由72℃下降到45℃，换热后的原料液进入到第1级继续加热，加热到了90℃流入第2级，自动给料系统控制氯化钡加入量为15.6kg/h，由第2级加入，反应的溶液逐级流入到第6级，降温后的热料打入板框进行过滤，得到低硫酸根稀土溶液。该条件控制运行48小时后取样，低硫酸根稀土溶液中so4^2-/reo为0.007％。

实施例3

氯化稀土原料液中so4^2-/reo＝0.2％，reo＝2.1mol/l，原料液温度20℃。共6级反应槽体，原料液给定流量10m³/h，计算后氯化钡给定量21.67kg/h。启动第1到第6级的搅拌，原料液由料液流量控制系统给料，首先进入第6级与热料进行热交换，原料液温度由20℃上升到42℃，热料由72℃下降到45℃，换热后的原料料进入到第1级继续加热，加热到了90℃流入第2级，自动给料系统控制氯化钡加入量为21.67kg/h，由第2级加入，反应的溶液逐级流入到第6级，降温后的热料打入板框进行过滤，得到低硫酸根稀土溶液。该条件控制运行48小时后取样，低硫酸根稀土溶液中so4^2-reo＝0.01％。

应当理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。