一种用于液相氧化浸出铬铁矿的鼓泡塔三相反应装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于液相氧化浸出铬铁矿的鼓泡塔三相反应装置及方法，装置包括气体鼓入装置、气体缓冲罐、气体预热器、鼓泡塔三相反应器和蒸汽冷凝回收装置；其中鼓泡塔塔体高径比为3:1～50:1，外壳带有加热系统和保温系统，塔体底部设有进气口、气体分布器和出料口，气体分布器孔径应小于添加铬铁矿颗粒的粒径，塔内可以添加内构件来增加气液接触面积，塔体上部设有进料口和排气口，氧化性气体及其夹带的水蒸汽经过塔顶的冷凝器、气液分离器后，冷凝水自然回流或强制回流到塔内，过量的氧化性气体经气体缓冲罐后返回系统中。以上工艺及设备流程可用于液相氧化浸出铬铁矿，以实现铬铁矿、碱性浸出介质和氧化性气体的充分接触。
【专利说明】一种用于液相氧化浸出铬铁矿的鼓泡塔三相反应装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于液相氧化浸出铬铁矿的鼓泡塔三相反应装置及方法，属于铬化合物制备的【技术领域】。
【背景技术】
[0002]目前，铬酸钠(或铬酸钾)的制备方法可以分为焙烧法和液相氧化法，焙烧法包括有钙焙烧法和无钙焙烧法，其中有钙焙烧法因在烧结过程中会产生铬酸钙而使铬的利用率降低，同时铬酸钙在渣中会造成环境污染，因此这种方法正逐渐被无钙焙烧法所取代。无钙焙烧法在烧结过程中不添加钙，因此不会产生铬酸钙，从而铬的回收率会有所提高。但焙烧法生产铬酸盐的反应温度较高，在1000°c以上，反应过程能耗较高，操作环境恶劣，易产生含铬粉尘、废气等污染物。
[0003]液相氧化法生产铬酸盐的原理是铬铁矿与碱性溶液在氧化性气氛下发生气液固三相反应，铬铁矿中的铬被氧化进入溶液，同时铬铁矿中的铝也溶于碱液中，经过除杂后，结晶可以得到纯净的铬酸盐产品。相比于焙烧法，液相氧化法反应温度低，铬回收率高，因此是铬酸盐生产工艺的主要发展方向。目前液相氧化法使用的反应设备主要包括气升环流反应器、气动流化塔、高压反应釜等，工业放大困难或造价昂贵，不宜规模化，且设备维修和保养成本高，很难在大规模产业化过程中应用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术中液相氧化法反应设备工业放大困难或造价昂贵，不宜规模化，且设备维修和保养成本高的问题，提供一种用于液相氧化浸出铬铁矿的鼓泡塔三相反应装置及方法。
[0005]本发明的一种用于液相氧化浸出铬铁矿的鼓泡塔三相反应装置，包括:气体鼓入装置、气体缓冲罐、气体加热器、鼓泡塔三相反应器、蒸汽冷凝回收装置，其中鼓泡塔三相反应器塔体高径比为3:1?50:1，所述鼓泡塔三相反应器的外壳带有加热系统和保温系统，所述鼓泡塔三相反应器塔体底部设有进气口、气体分布器和出料口，气体分布器与进气口相联通，所述气体分布器的孔径小于铬铁矿颗粒的粒径；所述鼓泡塔三相反应器塔体上部设有进料口和排气口，由排气口排出的过量的氧化性气体及其夹带的水蒸气经过蒸汽冷凝器、气液分离器后，冷凝水通过自然回流或强制回流到鼓泡塔内，过量的氧化性气体经气体缓冲罐后返回循环利用。
[0006]本发明所述的一种用于液相氧化浸出铬铁矿的鼓泡塔三相反应装置中的蒸汽冷凝回收装置，可以先使用蒸汽冷凝器将水蒸汽冷凝下来，经气液分离器后再由增压泵将冷凝水强制回流到三相反应装置中，也可以将蒸汽冷凝器放置在三相反应装置顶部，二者管路直接连通，水蒸汽冷凝后得到的冷凝水自然回流到三相反应装置中。
[0007]优选的，所述塔内设置有内构件，用来增加气液接触面积，延长氧化性气体的停留时间。
[0008]优选的，为了增加氧化性气体与料浆的接触时间和接触面积，添加的内构件可以是塔板、折流板、散装填料、组合填料或其他类似物。
[0009]优选的，所述气体鼓入装置为气体泵、高压气体钢瓶、汇流排、鼓风机或压缩机。
[0010]优选的，所述气体分布器的孔径为15μηι?2000μηι。
[0011]优选的，三相反应器底部的气体分布器可以为简单的气体分布板，如陶瓷或金属烧结板等，也可以是结构较为复杂的气体分布环等使氧化性气体均匀进入鼓泡塔的装置。
[0012]本发明的一种用于液相氧化浸出铬铁矿的鼓泡塔三相反应方法包括以下步骤:
[0013]I)将铬铁矿和碱性溶液配制成矿浆，由鼓泡塔三相反应装置顶部加入到鼓泡塔三相反应装置中，加入的矿浆量为鼓泡塔三相反应装置有效容积的50%?100% ；
[0014]优选的，所述加入方式为连续或间歇式加入。
[0015]2)氧化性气体以0.1NmVh?2000Nm3/h的流量经过三相反应装置底部的气体分布器进入鼓泡塔三相反应装置中，反应后剩余的气体及夹带的水蒸汽经过冷凝、气液分离后，冷凝水回流至塔内，过量的氧化性气体经气体缓冲罐后返回系统中。
[0016]优选的，所述鼓泡塔内温度在150°C?400°C，塔内气体压力在1.0MPa?7.0MPa,反应时间为0.5h?8h。
[0017]优选的，氧化性气体经气体鼓入装置、气体缓冲罐、流量计鼓入。
[0018]3)所述鼓泡塔三相反应器的出料温度为80°C?150°C。
[0019]优选的，步骤I)中使用的碱性溶液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液,其质量浓度为20% ?80% ；
[0020]优选的，步骤2)中使用的氧化性气体包括空气、富氧空气、氧气和臭氧等；
[0021]优选的，步骤2)中所述的鼓泡塔内的三相反应温度为150°C?400°C，鼓泡塔内的气体压力为1.0MPa?7.0MPa,反应时间为0.5h?8h。
[0022]本发明采用采用鼓泡塔三相反应装置能够有效的降低反应压力，使得反应更加安全可靠，同时由气体搅拌来代替机械搅拌，降低了动力消耗，且剩余的氧化性气体可返回系统循环利用，大大提高了氧化性气体的利用率，具有广阔的工业化前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1、用于液相氧化浸出铬铁矿的鼓泡塔三相反应装置不意图。
[0024]附图标识:
[0025]1.气体泵；2.气体缓冲罐；3.气体预热器；4.鼓泡塔三相反应器；5.进气口 ；
6.气体分布器；7.出料口 ；8.进料口 ；9.排气口 ；10.冷凝器；11.气液分离器；12.增压泵；13.气体缓冲罐
【具体实施方式】
[0026]以下结合附图具体的实施例对本发明作进一步的说明。
[0027]参照图1，一种用于液相氧化浸出铬铁矿的鼓泡塔三相反应装置，包括:气体泵I (该气体鼓入装置还可以选择高压气瓶、汇流排、鼓风机、压缩机等)、气体缓冲罐2、气体加热器3、鼓泡塔三相反应器4、蒸汽冷凝回收装置，其中鼓泡塔三相反应器塔体高径比为3:1?50:1，所述鼓泡塔三相反应器4的外壳带有加热系统和保温系统，所述鼓泡塔三相反应器4塔体底部设有进气口 5、气体分布器6和出料口 7，气体分布器6与进气口 5相联通，所述气体分布器6的孔径小于铬铁矿颗粒的粒径；所述鼓泡塔三相反应器4塔体上部设有进料口 8和排气口 9，由排气口 9排出的过量的氧化性气体及其夹带的水蒸气经过蒸汽冷凝器10、气液分离器11后，冷凝水通过自然回流或经增压泵12加压后强制回流到鼓泡塔内，过量的氧化性气体气体缓冲罐13后返回循环利用。
[0028]按照图1的装置连接方式，氧化性气体通过气体储罐，经过气体分布器进入鼓泡塔三相反应装置内，鼓泡塔被外置的夹套加热，控制鼓泡塔三相反应装置内的温度，反应后的含有水蒸汽的气体经过反应器上端的排气口进入到冷凝器中，水蒸汽冷凝成液态水和反应剩余的氧化性气体进入气液分离罐，液态水通过增压泵打回到反应釜中，氧化性气体通过安全阀或放空阀返回到气体储罐中。
[0029]实施例1
[0030]铬铁矿250g，铬铁矿粒度小于50μπι (-300目)、碱矿比为4:1、NaOH浓度为60%，将碱液、铬铁矿配制成矿浆，从鼓泡塔三相反应装置上端加入到反应装置中，通入氧气作为氧化剂，气体流量为lNm3/h，控制鼓泡塔内总压为4MPa、控制反应装置内的温度为260°C，反应2h，经过鼓泡塔三相反应装置反应后的浸出液经过除杂、结晶可以得到较为纯净的铬酸钠产品。
[0031]实施例2
[0032]1#铬铁矿500g，铬铁矿粒度小于25 μ m(-500目)、碱矿比为4: l、NaOH浓度为60%，将碱液、铬铁矿配制成矿浆，从鼓泡塔三相反应装置上端加入到反应装置中，通入氧气作为氧化剂，控制鼓泡塔内总压为4.2MPa，控制反应装置内的温度为260°C，经过鼓泡塔三相反应装置反应4h后，铬铁矿的浸出率为43.7%。
[0033]实施例3
[0034]2#铬铁矿500g，铬铁矿粒度小于74 μ m(-200目)、碱矿比为4: l、NaOH浓度为60%，将碱液、铬铁矿配制成矿浆，从鼓泡塔三相反应装置上端加入到反应装置中，通入氧气作为氧化剂，通入氧气的压力为5.3MPa，控制鼓泡塔内总压为4.2MPa，控制反应装置内的温度为260°C，经过鼓泡塔三相反应装置反应4h后，铬铁矿的浸出率为94.78%。
[0035]实施例4
[0036]2#铬铁矿500g，铬铁矿粒度小于74 μ m(-200目)、碱矿比为4: l、NaOH浓度为60%，将碱液、铬铁矿配制成矿浆，从鼓泡塔三相反应装置上端加入到反应装置中，通入氧气作为氧化剂，通入氧气的压力为5.3MPa，控制鼓泡塔内总压为4.2MPa，控制反应装置内的温度为270°C，使用另一种气体分布板，经过鼓泡塔三相反应装置反应4h后，铬铁矿的浸出率为31.91%。
[0037]本发明不局限于实施例中所描述的技术，实施例中的描述只是说明性的，并非限制性的，本发明的权限由权利要求所限定，基于本【技术领域】人员依据本发明所能够变化、重新组合等方法得到的与本发明相关的技术，都在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种用于液相氧化浸出铬铁矿的鼓泡塔三相反应装置，其特征在于，所述装置包括:气体鼓入装置、气体缓冲罐、气体加热器、鼓泡塔三相反应器、蒸汽冷凝回收装置，其中鼓泡塔三相反应器塔体高径比为3:1?50:1，所述鼓泡塔三相反应器的外壳设有加热系统和保温系统，所述鼓泡塔三相反应器塔体底部设有进气口、气体分布器和出料口，气体分布器与进气口相联通，所述气体分布器的孔径小于铬铁矿颗粒的粒径；所述鼓泡塔三相反应器塔体上部设有进料口和排气口，由排气口排出的过量的氧化性气体及其夹带的水蒸气经过蒸汽冷凝器、气液分离器后，冷凝水通过自然回流或强制回流到鼓泡塔内，过量的氧化性气体经气体缓冲罐后返回循环利用。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述蒸汽冷凝器设置于三相反应装置顶部，二者管路直接连通。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述鼓泡塔三相反应器内设置有内构件。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述内构件为塔板、折流板、散装填料或组合填料。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气体鼓入装置为气体泵、高压气体钢瓶、汇流排、鼓风机或压缩机。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气体分布器的孔径为15μπι?2000 μ m。
7.根据权利要求1或6所述的装置，其特征在于，所述气体分布器为陶瓷或金属烧结板或气体分布环。
8.一种液相氧化浸出铬铁矿的鼓泡塔三相反应方法，包括以下步骤: 1)将铬铁矿和碱性溶液配制成矿浆，由鼓泡塔三相反应装置顶部加入到鼓泡塔三相反应装置中，加入的矿浆量为鼓泡塔三相反应装置有效容积的50%?100% ； 2)氧化性气体以0.1NmVh?2000Nm3/h的流量经过三相反应装置底部的气体分布器进入鼓泡塔三相反应装置中，反应后剩余的气体及夹带的水蒸汽经过冷凝、气液分离后，冷凝水回流至塔内，过量的氧化性气体经气体缓冲罐后返回系统中； 3)所述鼓泡塔三相反应器的出料温度为80°C?150°C。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤I)矿浆加入方式为连续或间歇式加入。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述鼓泡塔内温度在150°C?400°C，塔内气体压力在1.0MPa?7.0MPa,反应时间为0.5h?8h。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，氧化性气体经气体鼓入装置、气体缓冲罐和流量计鼓入。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤I)中使用的碱性溶液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液，其质量浓度为20%?80%。
13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤2)中使用的氧化性气体为空气、富氧空气、氧气或臭氧。
【文档编号】C01G37/14GK104512928SQ201310459286
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】徐红彬, 石义朗, 张懿, 蔡再华, 付云枫, 程西川, 张洋, 石大学, 田磊, 陈小红, 张小飞, 刘静文 申请人:湖北振华化学股份有限公司, 中国科学院过程工程研究所