[发明专利]稀土草酸盐氧化焙烧工艺和装置

说明书

稀土草酸盐氧化焙烧工艺和装置属于由稀土草酸盐制取稀土氧化物工艺领域。

当前国内外由稀土草酸盐制取稀土氧化物工业生产过程多采用固定床焙烧工艺。国外技术先进国家多将稀土草酸盐置于石英盘内，令其在隧道窑内移动的固定床焙烧方式，要求自动化程度很高，盛装器皿均为石英制品，造价昂贵。国内多将稀土草酸盐置于瓷皿或刚玉坩埚中，放入马福炉内焙烧。因为是间歇操作，生产周期长，一般6小时焙烧一炉，耗电量高，通常电耗为20度电/公斤产品。盛装物料的瓷皿或刚玉坩埚因经受不住急冷急热的影响，使用4-5炉次，便破损报废;残渣混入成品之中影响产品质量。马福炉也因受频繁升温降温及分解出的酸性气氛影响，需经常更换炉丝。近年北京有色冶金设计研究总院在上海跃龙化工厂试制并投产了稀土氧化镧自动锻烧炉（86年No4《稀土》P.73），但未见详细资料发表。据了解仍属隧道窑焙烧设备。

从现有国内外固定床焙烧过程分析，物料是装入盘、皿、坩埚内，送入高温环境中焙烧的，一般接近单纯热分解状态，尤其采用马福炉焙烧，氧气向料层内部扩散更加困难。从化工角度看固定床焙烧工艺是落后的工艺，尽管国外采用先进自动化手段，但控制的对象是落后的工艺。我们的目的在于根本改变固定床焙烧工艺，主要使用传热、传质、化学反应效率高的流化床完成氧化焙烧过程，为保证产品质量要求，让流化床焙烧出的产品再经过移动床的焙烧，通过两种方式焙烧，达到节能降低成本和保证产品质量的目的。

本发明在于主要利用稀土草酸盐在高温下焙烧释放出的大量气体，使焙烧物呈现流态化状态。因为每个稀土草酸盐分子通常含有10个分子结晶水，草酸根热分解亦会释放出CO、CO₂等气体，可以用来作为物料流态化的载气和动力。而且这种气体是在焙烧过程中直接产生的，本身带有相当高的显热，因此利用稀土草酸盐焙烧产生的气体使焙烧物料本身流态化，就自然节省了能耗。

此外脱水后的稀土草酸盐在高温焙烧过程中视环境中氧分压的不同会产生C、CO、CO₂等物质。若在脱水后的稀土草酸盐焙烧过程中提供适量的氧，就可以使焙烧过程中产生的C和CO燃烧，这样既可以有反应热释放出来做为能量补偿，又可以加速生成稀土氧化物的反应速度，因此将适量的氧或空气送入流化床的下部形成氧化焙烧，这要比稀土草酸盐单纯热分解更容易形成稀土氧化物和节省能耗，这是本发明的第二个特点。

第三个特点在于利用物料在焙烧过程中比重不断增加，一般含十个结晶水分子的稀土草酸盐比重为2.3～2.6，焙烧生成的稀土氧化物比重一般为6.5～7.8。因此物料在流化床中焙烧到一定程度后会自然落入流化床底部，为使流化床保持足够的床层高度及其正常运行，必须随时把这种物料移出流化床。另一方面为了保证这种物料的焙烧质量就需要让这种物料在高温环境中“停留”足够长的时间，以转化成完全合格的稀土氧化物，这就必须有一段高温移动床与前述流化床相配合，使整个稀土草酸盐的氧化焙烧过程连续正常稳定进行。

本发明在一个竖管式反应器中同时实现了上述三个特点。此反应器中上部为流态化床，下部为移动床。焙烧物料从反应器顶部加入，并向流化床底部送入适量氧或空气，产品由反应器底部卸出，以完成高效的复合氧化焙烧过程。控制焙烧温度在稀土草酸盐的热分解温度以上，控制送氧量略高于稀土草酸盐氧化成稀土氧化物的理论需氧量，控制排料速度，以流化床床层压力为目标函数调整进料速度，即可进行省能的有效的稀土草酸盐的氧化焙烧，制造出合格的稀土氧化物。

为实现上述过程，本发明使用外加热式竖管式焙烧炉。其顶部装有护张段、加料器、尾气含“尘”回收系统，其底部配有卸料器。此外配备空气或氧气进气管。共同组成氧化焙烧装置。

本发明装置中外加热竖管式焙烧炉的外加热方式可采用电阻丝、硅碳棒、二硅化钼等电加热元件进行电加热，亦可使用其他间接加热方式如烧油、烧煤气等。焙烧竖炉主体使用高纯Al₂O₃或石英材质。外加热可使焙烧炉主体最高达到1200℃的高温。

焙烧炉顶部装有扩张段是使炉气中夹带的大部分粉状物料返回焙烧竖炉的重要装置，其材质可以使用耐热玻璃或不锈钢制做。

加料器采用连续均匀、进料量可调的给料器，如螺旋进料器、振动加料器等。加料入口可以按装在整个焙烧装置的顶部，也可以安装在扩张段的一侧。