一种锂辉石矿粉悬浮焙烧炉装置及焙烧方法

技术领域

本发明属于新能源制造技术领域，特别涉及一种锂辉石矿粉悬浮焙烧炉装置及焙烧方法。

背景技术

锂是重要能源金属。据统计，2020年全球锂盐产能约为73万吨；随着新能源汽车和锂电池的快速发展，开发一种新型高效环保节能的锂辉石矿粉焙烧装置，迫在眉睫。

目前以锂辉石为原料生产锂盐工艺中，矿石焙烧设备多采用回转窑，少数采用隧道窑。采用回转窑生产时，能耗高、占地面积大、投资大、排渣量大、污染物处理难；采用隧道窑生产时，流程复杂、效率低，自动化程度差，污染严重。无论是采用回转窑还是隧道窑焙烧锂辉石矿粉，单套设备最大年处理量为10~12万吨，同时要求锂辉石矿粉粒度为20~80mm之间，特别是回转窑由于高温区温度难于监测，锂辉石矿粉高温焙烧后出现大量结块，因此焙烧后必须增加磨粉装置对焙烧料进行再加工，方可满足浸出提锂工序的要求。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种锂辉石矿粉悬浮焙烧炉装置及焙烧方法。

本发明的锂辉石矿粉悬浮焙烧炉装置包括分散干燥器1、第一分离器2、旋风预热器3、悬浮焙烧炉4、第二分离器5、相变反应器6、旋风冷却器7、粉体余热锅炉8、废气净化器9和引风机10；分散干燥器1上设有矿粉进料口；分散干燥器1的进气口通过管道与旋风预热器3出气口连通；分散干燥器1出料口与第一分离器2进料口连通；第一分离器2的出料口通过进料管道与旋风预热器3的进料口连通；旋风预热器3的出料口与悬浮焙烧炉4的进料口连通；悬浮焙烧炉4的出料口与第二分离器5的进料口连通；第二分离器5的出料口与相变反应器6的进料口连通；相变反应器6的出料口通过系统吸风管道与旋风冷却器7的进料口连通，且系统吸风管道上设有进气口用于吸入空气；旋风冷却器7的出料口与粉体余热锅炉8的进料口连通；悬浮焙烧炉4下部设有燃料进口用于通入燃料；相变反应器6底部设有流化风进口用于通入流化风；第一分离器2的出气口与废气净化器9进气口连通；废气净化器9出气口与引风机10进气口连通；第二分离器5的出气口与进料管道连通。

上述装置中，粉体余热锅炉8底部设有焙烧料出料口。

上述装置中，粉体余热锅炉8设有进水口和蒸汽出口与粉体余热锅炉8内部的换热管道连通，或者与粉体余热锅炉8的冷却夹套连通。

上述装置中，旋风预热器3的出气口与分散干燥器1的进气口连通。

上述装置中，旋风冷却器7的出气口与悬浮焙烧炉4底部的进气口连通。

上述装置中，废气净化器9为袋式收尘器或静电收尘器。

上述装置中，分散干燥器1为文丘里干燥器、闪速干燥器或烘干打散机。

本发明的锂辉石矿粉悬浮焙烧方法是采用上述装置，按以下步骤进行：

（1）将锂辉石原矿石制成矿粉；矿粉粒径≤0.08mm；将矿粉A连续定量送入分散干燥器1的矿粉进料口；

（2）从分散干燥器1底部的进气口通入450~500℃的热气，热气与矿粉混合，将矿粉分散干燥，并预热生成干燥后矿粉；干燥后矿粉随同热气从分散干燥器1的出料口排出，进入第一分离器2，并在第一分离器2内与气体分离；在启动引风机的条件下，干燥后矿粉随来自第二分离器5的热气进入旋风预热器3；

（3）干燥后矿粉在旋风预热器3内，与来自第二分离器5的热气换热，形成预热矿粉，从旋风预热器3的出料口排出，进入悬浮焙烧炉4；

（4）通过悬浮焙烧炉4底部的进气口通入热气，通过悬浮焙烧炉4的燃料进口通入燃料B，燃料在炉膛内燃烧对预热矿粉加热，预热矿粉受气流作用悬浮；部分预热矿粉受热后晶型转化，生成预相变矿粉，随同热气从悬浮焙烧炉4上部的出料口排出，进入第二分离器5；

（5）进入第二分离器5的预相变矿粉继续发生晶型转化，然后与气体分离，然后进入相变反应器6；

（6）通过相变反应器6底部的流化风进口通入流化风C，预相变矿粉在相变反应器6继续晶型转化直至相变完成，生成全相变矿粉；

（7）全相变矿粉随同流化风从相变反应器6上部的出料口进入系统吸风管道；在启动引风机的条件下，系统内部形成负压，空气G从进气口被吸入并进入系统吸风管道，全相变矿粉随同空气被送入旋风冷却器7；全相变矿粉在旋风冷却器7内与空气分离，并自然降温生成预降温矿粉进入粉体余热锅炉8；

（8）在粉体余热锅炉8内部的换热管道通入热水E的情况下，或者粉体余热锅炉8的冷却夹套通入热水E的情况下，热水与预降温矿粉进行换热，热水生成蒸汽F从蒸汽出口排出，预降温矿粉生成低温矿粉（焙烧料D）从粉体余热锅炉8底部的焙烧料出料口排出。

上述的步骤（1）中，矿粉中水的质量含量≤20%。

上述的步骤（2）中，干燥后矿粉中水的质量含量≤2%，温度为150~200℃。

上述的步骤（3）中，来自第二分离器5的热气温度1000~1100℃。

上述的步骤（3）中，预热矿粉的温度为450~500℃。

上述的步骤（4）中，进入悬浮焙烧炉4内的燃料与温度750~800℃的热气混合后燃烧，控制悬浮焙烧炉4内的温度为1000~1100℃。

上述的步骤（4）中，晶型转化是锂辉石由α晶型转化为β晶型。

上述的步骤（4）中，β晶型锂辉石占全部锂辉石质量的25~30%。

上述的步骤（4）中，预热矿粉在悬浮焙烧炉4内的停留时间为2~5s。

上述的步骤（5）中，预相变矿粉中β晶型锂辉石占全部锂辉石质量的50~60%。

上述的步骤（6）中，全相变矿粉中β晶型锂辉石占全部锂辉石质量的99%以上。

上述的步骤（6）中，通入流化风是采用罗茨风机供风。

上述的步骤（6）中，相变反应器6内温度为950~1050℃。

上述的步骤（6）中，预相变矿粉在相变反应器6内停留时间为10~15min。

上述的步骤（7）中，旋风冷却器7内的温度为750~800℃。

上述的步骤（8）中，低温矿粉的温度≤80℃。

上述的步骤（3）中，在旋风预热器3内经过换热的热气，从旋风预热器3的出气口排出，通入分散干燥器1底部的进气口。

上述的步骤（5）中，从第二分离器5分离出的换热后气体，从第二分离器5的出气口排出，通入旋风预热器3的进料口。

上述的步骤（7）中，从旋风冷却器7内分离出的换热后气体，从旋风冷却器7的出气口排出，通入悬浮焙烧炉4底部的进气口。

上述的步骤（2）中，从第一分离器2分离出的气体，从第一分离器2的出气口排出，进入废气净化器9；废气净化器9出气口与引风机10进气口连通；在启动引风机10的情况下，进入废气净化器9被分离成废气部分和粉尘部分；废气H部分随引风机10排出；粉尘部分从废气净化器9底部排出后，通入旋风预热器3与矿粉混合。

本发明的方法采用粉体矿物流态化悬浮焙烧原理，可处理粒度为0.075~0.08mm以下的锂辉石矿粉，焙烧时间短，温度控制精准，不会造成矿粉结块；悬浮焙烧炉装置中设置相变反应器，使α型锂辉石充分的转变为β型锂辉石，晶型转化率可达99%以上；焙烧料冷却采用粉体余热锅炉联产蒸汽，充分的回收余热。

本发明的一种锂辉石矿粉悬浮焙烧炉装置及焙烧方法，其优点是：

1、流程简单，单套装置处理能力大，单台装置年处理能力可达到100万吨，且占地面积小，节约建设投资；

2、反应速度快，效率高，锂辉石矿粉从进入装置到焙烧料出料时间为15~20min，为回转窑焙烧时间的20%；

3、充分利用余热，热耗低，处理每吨锂辉石矿粉为60~70kgce，为回转窑热耗的50%；

4、焙烧温度控制灵活且稳定，控制温差＜10℃，焙烧料质量稳定，自动化水平高；

5、不产出废渣，废气集中便于处理，环境友好。

本发明具有流程简单、处理量大、占地面积小、反应速度快、效率高、能耗低、投资小且无废渣产出、废气集中便于处理等优点。

附图说明

图1、本发明的锂辉石矿粉悬浮焙烧炉装置结构示意图；

图中：1、分散干燥机，2、第一分离器，3、旋风预热器，4、悬浮焙烧炉，5、第二分离器，6、相变反应器，7、旋风冷却器，8、粉体余热锅炉，9、废气净化器，10、引风机，A、锂辉石矿粉，B、燃料，C、流化风，D、焙烧料，E、热水，F、蒸汽，G、空气，H、废气。

具体实施方式

本发明实施例中，相变反应器为流化床，流化风由供风设备将空气作为流化风从流化风进口送入，使相变反应器内的固体物料流态化。

本发明实施例中，通入流化风C是采用罗茨风机通入。

本发明实施例中，悬浮焙烧炉4热源来自二部分，一部分为通过悬浮焙烧炉4的燃料进口喷入的燃料B提供的燃烧热，另一部分为的来自旋风冷却器的750~800℃的热气，此部分为冷却全相变矿粉放出的余热，两个部分热源维持焙烧炉内焙烧温度为1000~1100℃。

本发明实施例中，分散干燥器1为文丘里干燥器、闪速干燥器或烘干打散机。

实施例1

锂辉石矿粉悬浮焙烧炉装置结构如图1所示，包括分散干燥器1、第一分离器2、旋风预热器3、悬浮焙烧炉4、第二分离器5、相变反应器6、旋风冷却器7、粉体余热锅炉8、废气净化器9和引风机10；

分散干燥器1上设有矿粉进料口；分散干燥器1的进气口通过管道与旋风预热器3出气口连通；分散干燥器1出料口与第一分离器2进料口连通；第一分离器2的出料口与旋风预热器3的进料口连通；旋风预热器3的出料口与悬浮焙烧炉4的进料口连通；悬浮焙烧炉4的出料口与第二分离器5的进料口连通；第二分离器5的出料口与相变反应器6的进料口连通；

相变反应器6的出料口通过系统吸风管道与旋风冷却器7的进料口连通，且系统吸风管道上设有进气口用于吸入空气；旋风冷却器7的出料口与粉体余热锅炉8的进料口连通；悬浮焙烧炉4下部设有燃料进口用于通入燃料；相变反应器6底部设有流化风进口用于通入流化风；第一分离器2的出气口与废气净化器9进气口连通；废气净化器9出气口与引风机10进气口连通；第二分离器5的出气口与进料管道连通；

粉体余热锅炉8底部设有焙烧料出料口；

粉体余热锅炉8设有进水口和蒸汽出口与粉体余热锅炉8内部的换热管道连通；

旋风预热器3的出气口与分散干燥器1的进气口连通；

旋风冷却器7的出气口与悬浮焙烧炉4底部的进气口连通；

废气净化器9为袋式收尘器；

方法为：

（1）将锂辉石原矿石制成矿粉；矿粉粒径≤0.08mm；矿粉中水的质量含量≤20%；将矿粉A连续定量送入分散干燥器1的矿粉进料口；

（2）从分散干燥器1底部的进气口通入450℃的热气，热气与矿粉混合，将矿粉分散干燥，并预热生成干燥后矿粉；干燥后矿粉随同热气从分散干燥器1的出料口排出，进入第一分离器2，并在第一分离器2内与气体分离；在启动引风机的条件下，干燥后矿粉随来自第二分离器5的热气进入旋风预热器3；干燥后矿粉中水的质量含量≤2%，温度为150℃；

（3）干燥后矿粉在旋风预热器3内，与来自第二分离器5的热气换热，形成预热矿粉，从旋风预热器3的出料口排出，进入悬浮焙烧炉4；来自第二分离器5的热气温度1000℃；预热矿粉的温度为450℃；在旋风预热器3内经过换热的热气，从旋风预热器3的出气口排出，通入分散干燥器1底部的进气口；

（4）通过悬浮焙烧炉4底部的进气口通入热气，通过悬浮焙烧炉4的燃料进口通入燃料B，燃料在炉膛内燃烧对预热矿粉加热，预热矿粉受气流作用悬浮；部分预热矿粉受热后晶型转化，生成预相变矿粉，随同热气从悬浮焙烧炉4上部的出料口排出，进入第二分离器5；进入悬浮焙烧炉4内的燃料与温度750℃的热气混合后燃烧，控制悬浮焙烧炉4内的温度为1000℃；晶型转化是锂辉石由α晶型转化为β晶型；β晶型锂辉石占全部锂辉石质量的25%；预热矿粉在悬浮焙烧炉4内的停留时间为2s；

（5）进入第二分离器5的预相变矿粉继续发生晶型转化，然后与气体分离，然后进入相变反应器6；预相变矿粉中β晶型锂辉石占全部锂辉石质量的50%；从第二分离器5分离出的换热后气体，从第二分离器5的出气口排出，通入旋风预热器3的进料口；

（6）通过相变反应器6底部的流化风进口通入流化风C，预相变矿粉在相变反应器6继续晶型转化直至相变完成，生成全相变矿粉；全相变矿粉中β晶型锂辉石占全部锂辉石质量的99%以上；相变反应器6内温度为950℃；预相变矿粉在相变反应器6内停留时间为15min；

（7）全相变矿粉随同流化风从相变反应器6上部的出料口进入系统吸风管道；在启动引风机的条件下，系统内部形成负压，空气G从进气口被吸入并进入系统吸风管道，全相变矿粉随同空气被送入旋风冷却器7；全相变矿粉在旋风冷却器7内与空气分离，并自然降温生成预降温矿粉进入粉体余热锅炉8；旋风冷却器7内的温度为750℃；从旋风冷却器7内分离出的换热后气体，从旋风冷却器7的出气口排出，通入悬浮焙烧炉4底部的进气口；

（8）在粉体余热锅炉8内部的换热管道通入热水E的情况下，热水与预降温矿粉进行换热，热水生成蒸汽F从蒸汽出口排出，预降温矿粉生成低温矿粉（焙烧料D）从粉体余热锅炉8底部的焙烧料出料口排出；低温矿粉的温度≤80℃；

从第一分离器2分离出的气体，从第一分离器2的出气口排出，进入废气净化器9；废气净化器9出气口与引风机10进气口连通；在启动引风机10的情况下，进入废气净化器9被分离成废气部分和粉尘部分；废气H部分随引风机10排出；粉尘部分从废气净化器9底部排出后，通入旋风预热器3与矿粉混合。

实施例2

锂辉石矿粉悬浮焙烧炉装置结构同实施例1，不同点在于：粉体余热锅炉8设有进水口和蒸汽出口与粉体余热锅炉8的冷却夹套连通；

方法同实施例1，不同点在于：

（1）分散干燥器1底部的进气口通入500℃的热气；干燥后矿粉温度为200℃；

（2）来自第二分离器5的热气温度1100℃；预热矿粉的温度为500℃；

（3）进入悬浮焙烧炉4内的燃料与温度800℃的热气混合后燃烧，控制悬浮焙烧炉4内的温度为1100℃；β晶型锂辉石占全部锂辉石质量的30%；预热矿粉在悬浮焙烧炉4内的停留时间为5s；

（4）进入相变反应器6的预相变矿粉中β晶型锂辉石占全部锂辉石质量的60%；

（5）相变反应器6内温度为1050℃；预相变矿粉在相变反应器6内停留时间为10min；

（6）旋风冷却器7内的温度为800℃；粉体余热锅炉8的冷却夹套通入热水E。

实施例3

锂辉石矿粉悬浮焙烧炉装置结构同实施例1；

方法同实施例1，不同点在于：

（1）分散干燥器1底部的进气口通入480℃的热气；干燥后矿粉温度为180℃；

（2）来自第二分离器5的热气温度1050℃；预热矿粉的温度为480℃；

（3）进入悬浮焙烧炉4内的燃料与温度780℃的热气混合后燃烧，控制悬浮焙烧炉4内的温度为1050℃；β晶型锂辉石占全部锂辉石质量的28%；预热矿粉在悬浮焙烧炉4内的停留时间为3s；

（4）进入相变反应器6的预相变矿粉中β晶型锂辉石占全部锂辉石质量的55%；

（5）相变反应器6内温度为1000℃；预相变矿粉在相变反应器6内停留时间为12min；

（6）旋风冷却器7内的温度为780℃。

对比例1

采用申请号为2017109566687的一种天然锂辉石循环焙烧晶型转换的方法，对相同锂辉石原料进行处理；

该方法采用的为循环焙烧方法，因为依据悬浮焙烧原理，物料在悬浮焙烧炉内物料停留时间也就几秒钟，而锂辉石在1000~1100℃时达到最快的晶型转化速率，想要完成全部晶型转化，至少需要10~15min的时间，因此该方法采用将晶型不合格的物料通过粉料阀返回悬浮焙烧炉中重新焙烧的方法，反复的循环焙烧不但浪费能源，热耗高，更容易出现物料在焙烧炉烧嘴区熔融，结疤及过烧的现象；

该方法产品采用空气冷却的方式，需要空气量大，空气换热后在进入焙烧系统后排出，夹带大量余热，浪费资源。

对比例2

采用申请号为2021102855150的一种锂辉石粉状悬浮预热煅烧晶型转变工艺，对相同锂辉石原料进行处理；

该方法流程复杂，采用2级预热，与悬浮焙烧炉分离的独立燃烧室，用两台引风机将预热焙烧与产品冷却系统分离，风量大，能耗高；

该方法一次焙烧，无增加物料高温区停留时间的措施，不能保证物料的晶型转化。

对比例3

采用申请号为2022100379845的一种锂辉石精矿悬浮焙烧的方法、一种锂辉石精矿悬浮焙烧提锂的方法，对相同锂辉石原料进行处理；

该方法无悬浮焙烧，不具有连续操作的可行性，其实用性有限。