一種制備高純?nèi)趸f的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及到一種制備高純?nèi)趸f的方法;屬于鉬化工產(chǎn)品生產(chǎn)制備技術領域。本發(fā)明以工業(yè)鉬焙砂為原料,在高溫水蒸氣攪動氣氛中,加熱并維持溫度在800?1000℃,經(jīng)連續(xù)揮發(fā)后,將混合蒸氣導入冷卻室經(jīng)兩段凝華制得高純?nèi)趸f。具體實施過程中涉及的主要設備包括升華爐,蒸汽鍋爐,冷卻室等。其中,冷卻室為兩段式,凝華過程可實現(xiàn)三氧化鉬的分段回收。本發(fā)明相對其他鉬焙砂升華法具有原料適應性強、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好的顯著優(yōu)勢,適于工業(yè)化應用。
【專利說明】
-種制備高純Ξ氧化結(jié)的方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及到一種制備高純Ξ氧化鋼的方法;屬于鋼化工產(chǎn)品生產(chǎn)制備技術領 域。
【背景技術】
[0002] Ξ氧化鋼是略帶淺綠色的白色粉末,加熱時變黃,冷卻后恢復,其密度為4.69g/ cm3,烙點為795°C,沸點為1155°C;在溫度高于600°C顯著升華,在800-1000°C的空氣氛圍 中,揮發(fā)物主要W(M〇〇3)3形式的聚合分子形式存在;在溶液中或加熱條件下,易于形成穩(wěn)定 的金屬鋼酸鹽。
[0003] 高純Ξ氧化鋼是生產(chǎn)鋼粉、陶瓷、玻璃、催化劑、染料等不可或缺的中間化合物,其 在冶金和化工生產(chǎn)中具有重大的意義?,F(xiàn)階段國內(nèi)主要通過般燒多鋼酸錠來制取高純Ξ氧 化鋼,但多鋼酸錠生產(chǎn)工藝流程長、成本高,且般燒制得的Ξ氧化鋼顆粒粗、分散性差,難W 滿足材料制備的要求。
[0004] 升華法由于流程短、產(chǎn)品粒度形貌可控性強,已越來越受到國內(nèi)的重視。主流的升 華法,通常是在900-110(TC的溫度下,依據(jù)Ξ氧化鋼易形成氣態(tài)Ξ聚合分子的升華特性,利 用空氣流或真空氣氛不斷帶走新生成的Ξ氧化鋼蒸氣,促使鋼賠砂逐步揮發(fā)。然而,當原料 中金屬雜質(zhì)含量較高時,Ξ氧化鋼的揮發(fā)速率將受到很大限制,產(chǎn)品的質(zhì)量也不能得到保 證。
[0005] 我國的鋼精礦普遍具有雜質(zhì)多、品位低的特點,其中W高鉛鋼精礦為原料的鋼礦 處理廠便多達數(shù)十家。鋼精礦氧化賠砂中,〔曰、1旨、加、化^6、3邸等雜質(zhì)主要^鋼酸鹽形式 存在。金屬鋼酸鹽烙點高,烙融相粘度大。升華法處理過程中,鋼酸鹽大量存在,造成烙池流 動性變差,升華效率降低,尤其當揮發(fā)進行到中后期,金屬鋼酸鹽W凝固態(tài)形式優(yōu)先析出, 直接隔絕殘留Ξ氧化鋼與空氣的接觸,極度延緩揮發(fā)進程。因而,對于我國低品位鋼賠砂, 在低于l〇〇〇°C的較低溫度下,很難實現(xiàn)鋼的高效揮發(fā)。但另一方面,若將升華溫度提升到 looorw上,鋼酸鉛又將發(fā)生顯著揮發(fā),使得產(chǎn)品質(zhì)量難W達標。
[0006] 綜上可知,受限于我國鋼礦貧雜、鉛高的資源特點,主流升華法由于生產(chǎn)效率低且 產(chǎn)品質(zhì)量差,難W得到推廣。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 為克服傳統(tǒng)鋼賠砂升華法制備Ξ氧化鋼工藝因原料適應性差帶來的局限,提供一 種制備高純Ξ氧化鋼的方法。
[000引本發(fā)明一種制備高純Ξ氧化鋼的方法,將鋼賠砂置于升華爐中,加熱至800-1000 °(:后通入水并保持鋼賠砂的受熱溫度為800-1000°C,得到水蒸氣與氣態(tài)Ξ氧化鋼;水蒸氣 與氣態(tài)Ξ氧化鋼輸送到冷卻室進行分段凝華,得到高純Ξ氧化鋼。
[0009]作為優(yōu)選方案,本發(fā)明一種制備高純Ξ氧化鋼的方法,將鋼賠砂置于升華爐中,加 熱至800-1000°C;同時,將140°C及其W上溫度的水蒸汽通過壓縮、鼓吹到烙池液面并保持 鋼賠砂的受熱溫度為800-1000°C,得到水蒸氣與氣態(tài)Ξ氧化鋼;水蒸氣與氣態(tài)Ξ氧化鋼輸 送到冷卻室進行分段凝華,得到高純Ξ氧化鋼。將140°C及其W上溫度的高溫水蒸汽通過壓 縮、鼓吹到烙池液面,能對烙池形成攬動;促進氣態(tài)Ξ氧化鋼的均勻生成,便于控制所得產(chǎn) 品的純度和形貌。
[0010] 作為優(yōu)選方案,本發(fā)明一種制備高純Ξ氧化鋼的方法,揮發(fā)過程中,水蒸氣與氣態(tài) Ξ氧化鋼逐步上升,由升華爐上部導出,輸送到冷卻室進行分段凝華,制得高純Ξ氧化鋼。
[0011] 作為優(yōu)選方案,本發(fā)明一種制備高純Ξ氧化鋼的方法,所述鋼賠砂是通過下述方 案制備的:對鋼精礦進行氧化賠燒后獲得的鋼賠砂,所述鋼精礦預選為硫化鋼精礦;或所述 鋼賠砂為經(jīng)酸洗除雜、干燥處理后的鋼賠砂。
[0012] 作為優(yōu)選方案,本發(fā)明一種制備高純Ξ氧化鋼的方法,所述鋼賠砂中鋼的質(zhì)量百 分含量大于等于55% ;硫的質(zhì)量百分含量小于等于1%。其余化、MgJbXu、Fe、REE等雜質(zhì)的 質(zhì)量百分含量分別不超過5%。對于鹽酸酸洗處理的鋼賠砂,還需嚴格控制其殘氯的質(zhì)量百 分含量不超過0.05 %。
[0013] 為了提升揮發(fā)效率需對鋼賠砂進行破碎處理,對鋼賠砂進行破碎處理后裝入升華 爐中;破碎處理至粒度小于等于3mm的顆粒占鋼賠砂總質(zhì)量的80%及其W上。
[0014] 作為優(yōu)選方案,本發(fā)明一種制備高純Ξ氧化鋼的方法,當原料鋼品位低于60%時, 應選擇900-1000°C的高溫揮發(fā),在化內(nèi)可使鋼揮發(fā)率達80-90% ;當原料鋼品位在60% W上 時,控制升華溫度在800-900°C,可獲得純度更高的產(chǎn)品,進一步提升溫度至900-1000°C,在 0.5-1.化較短時間內(nèi),可實現(xiàn)賠砂中85-95%鋼的揮發(fā);當鉛含量高于0.5%時,應控制溫度 不超過950°C,避免鋼酸鉛的大量揮發(fā)。
[0015] 作為優(yōu)選方案,本發(fā)明一種制備高純Ξ氧化鋼的方法,高溫水蒸氣通過升華爐中 下部對烙池液面進行側(cè)吹,要求溫度大于等于140°C,體積流量控制在300-600m3A。
[0016] 作為優(yōu)選方案,本發(fā)明一種制備高純Ξ氧化鋼的方法,在初始揮發(fā)10-30min內(nèi),為 促進鋼的氧化及硫的脫除,需在水蒸氣中配入20-50%體積流量的熱空氣。此外,在W低品 位鋼賠砂為原料或大批量裝料條件下,烙池的攬動作用顯得尤為重要。本發(fā)明由此提出,在 揮發(fā)中后期,通過加大水蒸氣流量來強化烙池攬動(控制體積流量為450-600m3A)。所述初 始揮發(fā)10-30min內(nèi)是指當升華爐溫度升溫至800-1000°C的前10-30min。
[0017] 作為優(yōu)選方案,本發(fā)明一種制備高純Ξ氧化鋼的方法,所述冷卻室由相連的中溫 段冷卻室和低溫段冷卻室構(gòu)成;所述中溫段冷卻室采用漸冷方式,其進氣溫度為600-900 °C,出氣溫度為150-200°C,冷卻速率控制在10-25°C/s;所述低溫段冷卻室采用驟冷方式; 其出氣口的溫度小于等于70°C。
[0018] 本發(fā)明中,冷卻室所用冷卻介質(zhì)選自空氣、液氮或超純水中的至少一種。冷卻后需 進行干燥處理。兩段式冷卻的設計綜合考慮了水蒸氣對凝華過程的影響、產(chǎn)品質(zhì)量的提升 及余熱的利用。冷卻室熱交換器獲取的熱量可用于水蒸氣的制取及原料的預熱。
[0019] 本發(fā)明一種制備高純Ξ氧化鋼的方法,中溫段收集到產(chǎn)品純度大于等于99.9%; 低溫段收集到的產(chǎn)品純度大于等于99.8%。
[0020] 原理和優(yōu)勢
[0021] 本發(fā)明在800-1000°C升華爐內(nèi),由烙池逸出的Ξ氧化鋼Ξ聚分子化合物接觸到水 蒸氣,形成鋼的水合物,極大的降低了 Ξ氧化鋼在混合蒸氣中的分壓;在中溫冷卻段,鋼水
[0022] 合物逐步脫除氣態(tài)水,Ξ氧化鋼從中分離并完成凝華過程,部分細粒級顆粒則被卷入到低 溫冷卻段,Ξ氧化鋼的水合和脫水過程反應分別由式(1 )、( 2)所示。
[0023]
[0024] 與其他鋼賠砂升華法相比,在升華過程中,本發(fā)明通過鼓入水蒸氣生成Ξ氧化鋼 水合物并對烙池造成攬動,極大提升了鋼賠砂的升華速率;凝華過程中,本發(fā)明采用中溫漸 冷結(jié)合低溫驟冷,而非傳統(tǒng)一步驟冷方式,產(chǎn)品純度得到有效保證。綜合來看,本發(fā)明具備 原料適應性強、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好的顯著優(yōu)勢。
【具體實施方式】
[0025] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步解釋和說明,本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍不受 W下實施例限制。
[0026] 實施例1、2W及對比例1中所用鋼賠砂是對硫化鋼精礦氧化賠燒后獲得的鋼賠砂, 實施例3和對比例2所用鋼賠砂是再經(jīng)酸洗、干燥處理后的鋼賠砂。
[0027] 鋼賠砂經(jīng)破碎處理至粒度小于等于3mm的顆粒占鋼賠砂總質(zhì)量的80%及其W上。 [002引實施例1:
[0029] 將一種含饑 4.52%、Ca 3.26%、Fe 1.69%、Mo 56.74%、S 0.96%的鋼賠砂裝入 升華爐,在140°C水蒸氣鼓動氣氛下,維持溫度在950°C左右,經(jīng)化揮發(fā)后,在150-500°C中溫 冷卻段收集到Ξ氧化鋼純度達99.9%,低溫冷卻段收集到產(chǎn)品純度達99.8%,鋼揮發(fā)率為 85.77%。
[0030] 在本實施例中,高溫水蒸氣通過升華爐中下部對烙池液面進行側(cè)吹,在初始揮發(fā) 20min內(nèi)水蒸氣中配入40 %體積流量的熱空氣;并控制鼓入氣體的體積流量為350m3/h。
[0031] 在本實施例中,冷卻室由相連的中溫段冷卻室和低溫段冷卻室構(gòu)成;所述中溫段 冷卻室采用漸冷方式,其進氣溫度為870°C,出氣溫度為180°C,冷卻速率控制在25°C/s;所 述低溫段冷卻室采用驟冷方式;其出氣口的溫度小于等于60°C。
[0032] 實施例2:
[0033] 將一種含饑 〇.63%、Ca 1.26%、Cu 0.51%、Fe 1.44%、Mo 60.35%、S 0.55%的 鋼賠砂置于升華爐中,維持升華溫度在90(TC左右,在14(TC水蒸氣鼓動氣氛中揮發(fā)1.化后, 在中低溫冷卻段收集到Ξ氧化鋼純度均達99.9%,鋼揮發(fā)率達89.26%。
[0034] 在本實施例中,高溫水蒸氣通過升華爐中下部對烙池液面進行側(cè)吹,在初始揮發(fā) 15min內(nèi)水蒸氣中配入30 %體積流量的熱空氣;并控制鼓入氣體的體積流量為400m3/h。
[0035] 在本實施例中,冷卻室由相連的中溫段冷卻室和低溫段冷卻室構(gòu)成;所述中溫段 冷卻室采用漸冷方式,其進氣溫度為835°C,出氣溫度為170°C,冷卻速率控制在20°C/s;所 述低溫段冷卻室采用驟冷方式;其出氣口的溫度小于等于50°C。
[0036] 實施例3:
[0037] 將一種含饑 〇.14%、Ca 0.17%、Fe 0.38%、Cu 0.22%、M〇 63.76%、S 0.23%、 Cl ο.027%的鋼賠砂裝入升華爐,在140°C水蒸氣鼓動氣氛下,維持升華溫度在950°C左右, 經(jīng)化揮發(fā)后,在中、低溫冷卻段收集到Ξ氧化鋼純度均達99.9%,鋼揮發(fā)率達92.51 %。
[0038] 在本實施例中,高溫水蒸氣通過升華爐中下部對烙池液面進行側(cè)吹,在初始揮發(fā) 15min內(nèi)水蒸氣中配入30 %體積流量的熱空氣;并控制鼓入氣體的體積流量為450m3/h。
[0039] 在本實施例中,冷卻室由相連的中溫段冷卻室和低溫段冷卻室構(gòu)成;所述中溫段 冷卻室采用漸冷方式,其進氣溫度為875°C,出氣溫度為180°C,冷卻速率控制在25°C/s;所 述低溫段冷卻室采用驟冷方式;其出氣口的溫度小于等于55°C。
[0040] 對比例1:
[0041] 原料和其他條件均勻?qū)嵤├? 一致;W相同體積流量熱空氣取代水蒸汽對烙池進 行側(cè)吹,揮發(fā)出的鋼蒸氣在冷卻室中采用液氮驟冷,進氣溫度為870°C,出氣溫度為35°C;收 集到產(chǎn)品純度為99.7%,但鋼揮發(fā)率僅為71.26%。
[0042] 對比例2:
[0043] 原料和其他條件均勻?qū)嵤├?-致;W相同體積流量熱空氣取代水蒸汽對烙池進 行側(cè)吹,揮發(fā)出的鋼蒸氣在冷卻室中采用液氮驟冷,進氣溫度為875°C,出氣溫度為40°C;收 集到產(chǎn)品純度為99.8%,而鋼揮發(fā)率僅為82.04%。
【主權(quán)項】
1. 一種制備高純?nèi)趸f的方法,其特征在于:將鉬焙砂置于升華爐中,加熱至800-1000 °C后通入水并保持鉬焙砂的受熱溫度為800-1000 °C,得到水蒸氣與氣態(tài)三氧化鉬;水 蒸氣與氣態(tài)三氧化鉬輸送到冷卻室進行分段凝華,得到高純?nèi)趸f。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備高純?nèi)趸f的方法,其特征在于:將鉬焙砂置于升 華爐中,加熱至800-1000°C ;同時,將140°C及其以上溫度的水蒸汽通過壓縮、鼓吹到熔池液 面并保持鉬焙砂的受熱溫度為800-1000 °C,得到水蒸氣與氣態(tài)三氧化鉬;水蒸氣與氣態(tài)三 氧化鉬輸送到冷卻室進行兩段凝華,得到高純?nèi)趸f。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備高純?nèi)趸f的方法,其特征在于:所述鉬焙砂是通 過下述方案制備的:對鉬精礦進行氧化焙燒后獲得的鉬焙砂,所述鉬精礦預選為硫化鉬精 礦;或所述鉬焙砂為經(jīng)酸洗除雜、干燥處理后的鉬焙砂。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備高純?nèi)趸f的方法,其特征在于:所述鉬焙砂中鉬 的質(zhì)量百分含量大于等于55%,硫的質(zhì)量百分含量小于等于1%,其余0 &、1%113、〇1、?6的質(zhì) 量百分含量分別不超過5 %,氯的百分含量不超過0.05 %。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備高純?nèi)趸f的方法,其特征在于:對鉬焙砂進行破 碎處理后裝入升華爐中;所述破碎處理是將鉬焙砂破碎至粒度小于等于3mm的顆粒占鉬焙 砂總質(zhì)量的80%及其以上。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備高純?nèi)趸f的方法,其特征在于: 當原料鉬品位低于60 %時,控制加熱溫度為900-1000°C ; 當原料鉬品位在60 %及其以上時,控制加熱溫度為800-950 °C ; 當鉛含量高于〇. 5 %時,控制溫度不超過950 °C。7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備高純?nèi)趸f的方法,其特征在于: 所述水蒸氣通過升華爐中下部對熔池液面進行側(cè)吹,側(cè)吹時,控制水蒸氣的體積流量 控制在 300-600m3/h。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種制備高純?nèi)趸f的方法,其特征在于:在初始揮發(fā)的 10-30min內(nèi),為促進鉬的氧化及硫的脫除,在水蒸氣中配入20-50%體積流量的熱空氣。9. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種制備高純?nèi)趸f的方法,其特征在于:所述冷卻室 由相連的中溫段冷卻室和低溫段冷卻室構(gòu)成;所述中溫段冷卻室采用漸冷方式,其進氣溫 度為600-900°(:,出氣溫度為150-200°(:,冷卻速率控制在10-25°(:/8 ;所述低溫段冷卻室采 用驟冷方式;其出氣口的溫度小于等于70°C。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種制備高純?nèi)趸f的方法,其特征在于:中溫段收集到 產(chǎn)品純度大于等于99.9%;低溫段收集到的產(chǎn)品純度大于等于99.8%。
【文檔編號】C01G39/02GK105948122SQ201610279388
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月29日
【發(fā)明人】李光輝, 彭志偉, 姜濤, 張元波, 孫虎, 羅駿, 張鑫, 范曉慧, 李騫, 楊凌志, 郭宇峰, 徐斌, 陳許玲, 楊永斌, 甘敏, 孫榮
【申請人】中南大學