一種提純制備高純五氧化二釩粉體的系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于化工、材料領(lǐng)域。具體地，本發(fā)明公開了一種提純制備高純五氧化二釩粉體的系統(tǒng)及方法，采用流態(tài)化低溫氯化將工業(yè)級五氧化二釩轉(zhuǎn)化為三氯氧釩，通過流化氣體與氯化煙氣換熱實(shí)現(xiàn)氯化氣體預(yù)熱、適量配加空氣使部分炭粉燃燒實(shí)現(xiàn)氯化過程的熱量平衡供給，提高氯化效率和保證低溫氯化的良好選擇性；三氯氧釩經(jīng)精餾提純后進(jìn)行流態(tài)化氣相銨化得到偏釩酸銨，進(jìn)一步通過流態(tài)化煅燒得到高純五氧化二釩粉體產(chǎn)品。本發(fā)明具有原料適應(yīng)性強(qiáng)、無大量氨氮廢水排放、生產(chǎn)能耗和操作成本低、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，適用于4N以上高純五氧化二釩粉體的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
【專利說明】
一種提純制備高純五氧化二釩粉體的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于化工、材料領(lǐng)域，特別涉及一種提純制備高純五氧化二釩粉體的系統(tǒng) 及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 五氧化二釩是重要的工業(yè)釩制品之一，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)釩鐵和氮化釩等合金添加 劑以及催化劑、著色劑、硬質(zhì)合金添加劑等領(lǐng)域。隨著新能源技術(shù)的不斷發(fā)展，電池行業(yè)對 高純五氧化二釩（純度3N5以上）的需求日益強(qiáng)勁，包括具有良好大規(guī)模儲能性能的全釩 液流電池（VRB)和電動汽車用釩酸鹽系鋰離子電池等。然而，現(xiàn)有工業(yè)技術(shù)通常僅可制備 純度2N5的五氧化二釩（即HGT 3485-2003規(guī)定指標(biāo)的產(chǎn)品），難以滿足電池行業(yè)用五氧化 二釩的要求。因此，如何低成本、高效制備高純五氧化二釩是新能源技術(shù)領(lǐng)域亟待解決的熱 點(diǎn)問題之一。
[0003] 目前，通常以浸出釩溶液或富釩物料（如多釩酸銨、偏釩酸銨、工業(yè)級五氧化二釩 等）溶解得到釩溶液為原料，采用化學(xué)沉淀凈化或（和）溶劑萃取/離子樹脂交換等方 法進(jìn)行凈化，得到純凈的釩溶液然后進(jìn)行銨鹽沉淀得到純凈的多釩酸銨或偏釩酸銨沉淀， 再經(jīng)過煅燒分解得到高純五氧化二釩粉體，如中國專利申請CN1843938A、CN102730757A、 CN103145187A、CN103515642A、CN103194603A、CN103787414A、CN102181635A、CN103663557A 和歐洲專利EP0713257B1等。在這些方法中，除雜工藝參數(shù)與原料的雜質(zhì)含量密切相關(guān)，因 而對原料的適應(yīng)性差；凈化過程中使用的鈣鹽、鎂鹽凈化劑或萃取劑、酸堿試劑以及釩沉淀 用銨鹽也容易引入雜質(zhì)。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，通常要求使用純度較高的昂貴試劑，因而成本 過高，無法規(guī)?；a(chǎn)且產(chǎn)品純度難以穩(wěn)定在3N5以上。
[0004] 針對凈化劑或萃取劑易引入雜質(zhì)和試劑使用成本過高的問題，相關(guān)機(jī)構(gòu)還提出采 用反復(fù)沉淀法實(shí)現(xiàn)釩溶液的凈化除雜，即利用含釩溶液的銨鹽沉淀特性，選擇性地將釩沉 淀出來而將雜質(zhì)離子部分抑制于沉淀后的溶液中，然后再次將得到的銨鹽沉淀溶解后，進(jìn) 行多次重復(fù)操作，從而得到較為純凈的多釩酸銨或偏釩酸銨沉淀，再經(jīng)過煅燒分解得到高 純五氧化二釩粉體，如中國專利申請CN103606694A和CN102923775A等。這有效降低了試 劑使用量及其引入雜質(zhì)的可能性，但溶解-沉淀過程仍需使用大量純度較高的酸堿試劑和 銨鹽，提純成本仍然較高；且繁冗的多次沉淀操作既降低了生產(chǎn)效率又造成釩直收率的明 顯下降。另外，上述溶液凈化方法中，萃取/反萃、沉淀、洗滌等操作步驟會產(chǎn)生大量的廢 水，主要含有少量的釩離子、銨根離子和大量的鈉鹽，處理難度大、污染問題突出，這也嚴(yán)重 制約了其規(guī)模化工業(yè)應(yīng)用。
[0005] 因金屬氯化物的沸點(diǎn)及飽和蒸氣壓相差較大，不同金屬氯化物很容易通過蒸餾/ 精餾實(shí)現(xiàn)分離，原料氯化-精餾提純-后續(xù)處理是高純物質(zhì)的常用制備工藝，如高純硅（多 晶硅）、高純二氧化硅等。由于釩的氯化物三氯氧釩與常見雜質(zhì)鐵、鈣、鎂、鋁、鈉、鉀等的氯 化物沸點(diǎn)相差很大，很容易通過精餾得到高純?nèi)妊踱C，而從高純?nèi)妊踱C通過水解和銨 鹽沉淀，再輔以煅燒即可制備高純五氧化二釩。因此，采用氯化法制備高純五氧化二釩從原 理上具有較大的優(yōu)勢。實(shí)際上，采用氯化法制備高純五氧化二釩不僅原理上可行，而且早在 上世紀(jì)60年代，就由美國愛荷華州立大學(xué)的研究人員在實(shí)驗(yàn)室得以實(shí)現(xiàn)（Journal of the Less-Common Metals, 1960,2:29-35)。他們以多f凡酸銨為原料，通過配碳氯化制得粗三氯 氧釩，蒸餾提純獲得高純?nèi)妊踱C，銨鹽沉淀得到高純偏釩酸銨，最后在500~600°C下煅 燒獲得高純五氧化二釩粉體，但沉淀、洗滌過程將產(chǎn)生大量的氨氮廢水，處理難度大。然而， 該項(xiàng)研究僅在實(shí)驗(yàn)室設(shè)備上、分段間歇地實(shí)現(xiàn)了氯化法制備高純五氧化二釩，無法提供工 業(yè)規(guī)模如何采用氯化法連續(xù)制備高純五氧化二釩相關(guān)信息，可能也正是由于這些原因，之 后的幾十年里，也難覓氯化法連續(xù)制備高純五氧化二釩的報(bào)道。
[0006] 最近，中國專利申請CN103130279A提出了采用氯化法，以釩鐵磁鐵礦、釩渣、含釩 催化劑等含釩物質(zhì)為原料制備高純五氧化二釩的方法。經(jīng)配碳氯化-除塵-冷凝得到釩氯 化物的混合物，經(jīng)過精餾分離四氯化釩得到純凈的三氯氧釩后，將三氯氧釩通入超純水溶 液中或超純氨水溶液中進(jìn)行沉淀，經(jīng)過濾、干燥、煅燒得到五氧化二釩。該項(xiàng)專利存在如下 不足：（1)與前述美國愛荷華州立大學(xué)研究類似，該專利實(shí)際只給出了氯化的原則流程，缺 乏具體可操作的方案，比如氯化方式既包括了沸騰氯化，又包括了熔鹽氯化，而熔鹽氯化與 沸騰氯化是完全不同的氯化方法；再比如，對于氯化反應(yīng)器提出采用"回轉(zhuǎn)窯、流化爐、沸騰 爐、豎爐、多膛爐"等反應(yīng)器，實(shí)際上涵蓋了冶金工業(yè)領(lǐng)域幾乎所有的常用主流反應(yīng)器，但不 同的反應(yīng)器對原料的要求差別非常大，豎爐只能處理大于8_的"粗"顆粒，使用"細(xì)顆粒" 時(shí)需要進(jìn)行球團(tuán)與燒結(jié)前處理，而沸騰氯化一般適合處理細(xì)顆粒，所以對于一種特定的釩 原料，無法直接適用于回轉(zhuǎn)窯、流化爐、沸騰爐、豎爐、多膛爐等反應(yīng)器；況且"流化爐"與"沸 騰爐"本質(zhì)上是一樣的，只是叫法不同；由此可見，由于這些反應(yīng)器的操作方式及條件相差 很大，只給出原則流程實(shí)際上無法實(shí)施；（2)將三氯氧釩通入超純水溶液中進(jìn)行水解，由于 五氧化二釩極易溶解于鹽酸溶液中，釩的沉淀回收率過低；在HC1濃度大于6. Omol/L的鹽 酸溶液中，五氧化二釩溶解時(shí)將發(fā)生還原生成V0C12，同時(shí)放出氯氣，這將會進(jìn)一步降低釩 的沉淀回收率；沉淀和洗滌過程必將會產(chǎn)生大量的含釩鹽酸溶液，難以有效實(shí)現(xiàn)綜合處理。
[0007] 另外，對于工業(yè)大規(guī)模應(yīng)用而言，現(xiàn)有釩原料氯化技術(shù)仍存在如下兩個(gè)問題：（1) 釩原料氯化焙燒屬于強(qiáng)放熱過程，氯化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量除了可滿足固體和氣體反應(yīng)物料的 預(yù)熱外，仍需要通過爐壁散熱等方式移出才能穩(wěn)定氯化溫度，故固體和氣體通常均以近室 溫狀態(tài)進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，被氯化反應(yīng)產(chǎn)生熱量預(yù)熱后才能參與反應(yīng)，這使得氯化反應(yīng)器局部 反應(yīng)效率過低；(2)由于需要通過大量散熱移出氯化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量以維持操作溫度，故 操作條件和環(huán)境氣候變化均易引起氯化溫度波動，造成氯化選擇性和效率降低，需要采用 合理的熱量平衡供給和溫度調(diào)控方式。因此，必須提供合理熱量供給和溫度控制，才有可能 有效地提高氯化效率和獲得穩(wěn)定氯化溫度從而確保氯化的選擇性以有效抑制雜質(zhì)的氯化。
[0008] 因此，通過工藝及技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)氯化過程的調(diào)控、提高釩的直收率、避免大量氨 氣廢水廣生、提尚五氧化^ I凡提純效率，是提尚氣化法提純制備尚純五氧化^ I凡技術(shù)經(jīng)濟(jì) 性的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 針對上述問題，本發(fā)明提出了一種提純制備高純五氧化二釩粉體的系統(tǒng)及方法， 以保證低溫氯化的良好選擇性、避免大量氨氮廢水產(chǎn)生、降低高純五氧化二釩的生產(chǎn)能耗 和操作成本。為了達(dá)到這些目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：
[0010] 本發(fā)明的提純制備高純五氧化二釩粉體的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括加料裝置1、低溫氯 化流化床2、精餾提純裝置3、氣相銨化流化床4、偏釩酸銨加料裝置5、煅燒流化床6、尾氣淋 洗吸收器7、引風(fēng)機(jī)8和煙囪9;
[0011] 所述加料裝置1包括工業(yè)級五氧化二釩料倉1-1、工業(yè)級五氧化二釩螺旋加料器 1-2、炭粉料倉1_3和炭粉螺旋加料器1_4 ;
[0012] 所述低溫氯化流化床2包括氯化床進(jìn)料器2-1、氯化流化床主體2-2、氯化床旋風(fēng) 分離器2-3、煙氣換熱器2-4、煙氣冷凝器2-5、氯化床酸封罐2-6和氯化床螺旋排渣器2-7 ; [0013] 所述精餾提純裝置3包括蒸餾釜3-1、精餾塔3-2、餾出物冷凝器3-3、回流液收集 罐3-4、含硅三氯氧釩儲罐3-5、精餾段酸封罐3-6、高純?nèi)妊踱C冷凝器3-7和高純?nèi)妊??凡儲罐3-8 ;
[0014] 所述氣相銨化流化床4包括銨化床空氣凈化器4-1、銨化床氣體加熱器4-2、三氯 氧釩噴嘴4-3、氣相銨化流化床主體4-4、銨化床旋風(fēng)分離器4-5和銨化床排料器4-6 ;
[0015] 所述偏釩酸銨加料裝置5包括偏釩酸銨料倉5-1和偏釩酸銨螺旋加料器5-2 ;
[0016] 所述煅燒流化床6包括煅燒床空氣凈化器6-1、煅燒床氣體加熱器6-2、煅燒床進(jìn) 料器6-3、煅燒流化床主體6-4、煅燒床旋風(fēng)分離器6-5和高純五氧化二釩料倉6-6 ;
[0017] 所述工業(yè)級五氧化二釩料倉1-1底部的出料口與所述工業(yè)級五氧化二釩螺旋加 料器1-2的進(jìn)料口相連接；所述炭粉料倉1-3底部的出料口與所述炭粉螺旋加料器1-4的 進(jìn)料口相連接；所述工業(yè)級五氧化二釩螺旋加料器1-2的出料口、所述炭粉螺旋加料器1-4 的出料口均與所述氯化床進(jìn)料器2-1的進(jìn)料口通過管道相連接；
[0018] 所述氯化床進(jìn)料器2-1的排料口與所述氯化流化床主體2-2上部的進(jìn)料口通過管 道相連接；所述氯化床進(jìn)料器2-1底部的進(jìn)氣口通過管道與氮?dú)鈿庠纯偣芟噙B接；所述氯 化床旋風(fēng)分離器2-3設(shè)置于所述氯化流化床主體2-2的擴(kuò)大段頂部中心；所述氯化床旋風(fēng) 分離器2-3頂部的出氣口通過管道與所述煙氣換熱器2-4的熱煙氣入口相連接；所述煙氣 換熱器2-4的冷煙氣出口通過管道與所述煙氣冷凝器2-5的氣體入口相連接；所述煙氣冷 凝器2-5的氣體出口通過管道與所述氯化床酸封罐2-6的氣體入口相連接；所述氯化床酸 封罐2-6的氣體出口通過管道與所述尾氣淋洗吸收器7的氣體入口相連接；所述氯化流化 床主體2-2下部的排渣口與所述氯化床螺旋排渣器2-7的進(jìn)料口通過管道相連接；所述氯 化流化床主體2-2底部的進(jìn)氣口通過管道與所述煙氣換熱器2-4的熱氣體出口相連接；所 述煙氣換熱器2-4的冷氣體入口通過管道分別與氯氣氣源總管、氮?dú)鈿庠纯偣芗皦嚎s空氣 總管相連接；
[0019] 所述煙氣冷凝器2-5底部的液體出口通過管道與所述精餾塔3-2的進(jìn)料口相連 接；所述蒸餾釜3-1的蒸氣出口通過管道與所述精餾塔3-2的蒸氣入口相連接；所述蒸餾 釜3-1的回流口通過管道與所述精餾塔3-2底部的液體回流出口相連接；所述精餾塔3-2 頂部的氣體出口通過管道與所述餾出物冷凝器3-3的氣體入口相連接；所述餾出物冷凝器 3-3的液體出口通過管道與所述回流液收集罐3-4的液體入口相連接；所述回流液收集罐 3-4的回流液體出口通過管道與所述精餾塔3-2頂部的回流液體入口相連接；所述回流液 收集罐3-4的排料口與所述含硅三氯氧釩儲罐3-5的入口通過管道相連接；所述含硅三氯 氧釩儲罐3-5的乏氣出口通過管道與所述精餾段酸封罐3-6的氣體入口相連接；所述精餾 酸封罐3-6的氣體出口通過管道與所述尾氣淋洗吸收器7的氣體入口相連接；所述精餾塔 3- 2的精餾物出口通過管道與所述高純?nèi)妊踱C冷凝器3-7的氣體入口相連接；所述高純 三氯氧釩冷凝器3-7的液體出口與所述高純?nèi)妊踱C儲罐3-8的液體入口通過管道相連 接；所述蒸餾釜3-1底部設(shè)置了底流出口；
[0020] 所述銨化床空氣凈化器4-1的進(jìn)氣口與壓縮空氣總管通過管道相連接；所述銨化 床空氣凈化器4-1的出氣口通過管道分別與所述銨化床氣體加熱器4-2的進(jìn)氣口、三氯氧 釩噴嘴4-3的氣體入口及銨化床排料器4-6底部的進(jìn)氣口相連接；所述銨化床氣體加熱器 4- 2的進(jìn)氣口通過管道與超純水、純化液氨總管相連接；所述銨化床氣體加熱器4-2燃燒嘴 的助燃風(fēng)入口和燃料入口分別通過管道與壓縮空氣總管和燃料總管相連接；所述銨化床氣 體加熱器4-2的出氣口通過管道與所述氣相銨化流化床主體4-4底部的進(jìn)氣口相連接；所 述高純?nèi)妊踱C儲罐3-8的液體出口通過管道與所述三氯氧釩噴嘴4-3的三氯氧釩入口相 連接；所述銨化床旋風(fēng)分離器4-5設(shè)置于所述氣相銨化流化床主體4-4擴(kuò)大段頂部中心處； 所述銨化床旋風(fēng)分離器4-5的頂部出氣口通過管道與尾氣處理單元相連接；所述氣相銨化 流化床主體4-4上部的排料口通過管道與所述銨化床排料器4-6的進(jìn)料口相連接；所述銨 化床排料器4-6的排料口通過管道與所述偏釩酸銨料倉5-1的進(jìn)料口相連接；
[0021 ] 所述偏釩酸銨料倉5-1底部的出料口與所述偏釩酸銨螺旋加料器5-2的進(jìn)料口相 連接；所述偏釩酸銨螺旋加料器5-2的排料口通過管道與所述煅燒床進(jìn)料器6-3的進(jìn)料口 通過管道相連接；
[0022] 所述煅燒床空氣凈化器6-1的進(jìn)氣口與壓縮空氣總管通過管道相連接；所述煅燒 床空氣凈化器6-1的出氣口通過管道分別與所述煅燒床氣體加熱器6-2的進(jìn)氣口和煅燒 床進(jìn)料器6-3底部的進(jìn)氣口相連接；所述煅燒床氣體加熱器6-2燃燒嘴的助燃風(fēng)入口和燃 料入口分別通過管道與壓縮空氣總管和燃料總管相連接；所述煅燒床氣體加熱器6-2的出 氣口通過管道與所述煅燒流化床主體6-4底部的進(jìn)氣口相連接；所述煅燒床進(jìn)料器6-3的 排料口通過管道與所述煅燒床流化床主體6-4下部的進(jìn)料口相連接；所述煅燒流化床主體 6-4頂部的出氣口通過管道與所述煅燒床旋風(fēng)分離器6-5的進(jìn)氣口相連接；所述煅燒床旋 風(fēng)分離器6-5底部的粉料出口通過管道與氯化銨料倉進(jìn)料口相連接；所述煅燒床旋風(fēng)分離 器6-5的頂部出氣口通過管道與尾氣處理單元相連接；所述煅燒流化床主體6-4上部的排 料口通過管道與所述高純五氧化二f凡料倉6-6的進(jìn)料口相連接；
[0023] 所述尾氣淋洗吸收器7的氣體出口通過管道與所述引風(fēng)機(jī)8的氣體入口相連接； 所述引風(fēng)機(jī)8的氣體出口通過管道與所述煙囪9底部的氣體入口相連接。
[0024] 本發(fā)明的基于上述系統(tǒng)的提純制備高純五氧化二釩粉體的方法，包括以下步驟：
[0025] 所述工業(yè)級五氧化二釩料倉1-1中的工業(yè)級五氧化二釩粉料和所述炭粉料倉1-3 的炭粉分別經(jīng)所述工業(yè)級五氧化二釩螺旋加料器1-2和所述炭粉螺旋加料器1-4同時(shí)進(jìn)入 所述氯化床進(jìn)料器2-1混合后進(jìn)入所述氯化流化床主體2-2 ;來自氯氣氣源總管的氯氣、氮 氣氣源總管的氮?dú)饧皦嚎s空氣總管的空氣經(jīng)所述煙氣換熱器2-4與氯化煙氣換熱預(yù)熱后 進(jìn)入所述氯化流化床主體2-2中使五氧化二釩、炭粉等粉體物料維持流態(tài)化并與之發(fā)生化 學(xué)反應(yīng)，空氣使部分炭粉發(fā)生燃燒提供熱量維持流化床溫度，氯氣與炭粉共同作用使五氧 化二釩和少量雜質(zhì)發(fā)生氯化，形成氯化殘?jiān)透缓妊踱C的氯化煙氣；氯化殘?jiān)?jīng)所述 氯化流化床主體2-2下部的排渣口、所述氯化床螺旋排渣器2-7排出；氯化煙氣經(jīng)所述氯化 床旋風(fēng)分離器2-3將粉塵脫除并落回氯化流化床主體2-2后，再經(jīng)所述煙氣換熱器2-4預(yù) 冷卻并進(jìn)入煙氣冷凝器2-5中使其中的三氯氧釩冷凝形成粗三氯氧釩液體，剩余尾氣經(jīng)所 述氯化床酸封罐2-6后進(jìn)入所述尾氣淋洗吸收器7中；
[0026] 所述煙氣冷凝器2-5形成的粗三氯氧釩液體進(jìn)入所述精餾塔3-2和所述蒸餾釜 3-1后進(jìn)行精餾操作，得到富含高沸點(diǎn)雜質(zhì)的富釩廢料、富含低沸點(diǎn)雜質(zhì)的含硅三氯氧釩蒸 氣和高純?nèi)妊踱C蒸氣；富釩廢料用于后續(xù)回收釩，含硅三氯氧釩蒸氣經(jīng)所述餾出物冷凝 器3-3冷凝至液體后，部分經(jīng)回流液收集罐3-4回流至所述精餾塔3-2,其余部分進(jìn)入所述 含硅三氯氧釩儲罐3-5中；含硅三氯氧釩儲罐3-5中產(chǎn)生的乏氣經(jīng)所述精餾段酸封罐3-6 后送往所述尾氣淋洗吸收器7中，含硅三氯氧釩可用于催化等化工領(lǐng)域；高純?nèi)妊踱C蒸 氣經(jīng)所述高純?nèi)妊踱C冷凝器3-7冷凝至液體后進(jìn)入所述高純?nèi)妊踱C儲罐3-8中；
[0027] 所述高純?nèi)妊踱C儲罐3-8的高純?nèi)妊踱C經(jīng)所述三氯氧釩噴嘴4-3,由來自銨 化床空氣凈化器4-1的凈化空氣氣載進(jìn)入所述氣相銨化流化床主體4-4中；超純水、純化液 氨和凈化空氣經(jīng)所述銨化床氣體加熱器4-2預(yù)熱后送入所述氣相銨化流化床主體4-4中使 床內(nèi)粉料維持流態(tài)化，并使三氯氧釩發(fā)生水解和銨化，生成含氯化銨的偏釩酸銨粉體，所述 含氯化銨的偏釩酸銨粉體經(jīng)所述銨化床排料器4-6排出后進(jìn)入所述偏釩酸銨料倉5-1中， 產(chǎn)生的含氨的銨化煙氣經(jīng)銨化床旋風(fēng)分離器4-5脫除粉塵后送尾氣處理單元處理；
[0028] 所述偏釩酸銨料倉5-1中的含氯化銨的偏釩酸銨粉料依次經(jīng)所述偏釩酸銨螺旋 加料器5-2和煅燒床進(jìn)料器6-3進(jìn)入所述煅燒流化床主體6-4中；壓縮空氣依次經(jīng)所述煅 燒床空氣凈化器6-1凈化和煅燒床氣體加熱器6-2預(yù)熱后進(jìn)入所述煅燒流化床主體6-4 中使床內(nèi)粉料維持流態(tài)化，并使含氯化銨的偏釩酸銨物料發(fā)生熱分解，得到高純五氧化二 隹凡粉體產(chǎn)品，經(jīng)所述煅燒流化床主體6-4上部的排料口進(jìn)入所述高純五氧化二f凡料倉6-6 中；煅燒分解產(chǎn)生的煅燒煙氣進(jìn)入所述煅燒床旋風(fēng)分離器6-5降溫析出氯化銨并脫除粉塵 后送尾氣處理單元處理；所述煅燒床旋風(fēng)分離器6-5收集到的氯化銨粉料送往氯化銨料倉 中；
[0029] 所述尾氣淋洗吸收器7經(jīng)堿溶液吸收處理后排出的氣體經(jīng)所述引風(fēng)機(jī)8送入所述 煙囪9后排空。
[0030] 本發(fā)明的特征之一在于：在所述氯化流化床主體2-2內(nèi)，所述氯化過程炭粉添加 量為工業(yè)級五氧化二釩粉料質(zhì)量的10 %~20 %，氯化操作溫度為300~500°C，粉料的平均 停留時(shí)間為30~80min。
[0031] 本發(fā)明的特征之二在于：在精餾塔3-2內(nèi)，所述精餾操作精餾段的塔板數(shù)為5~ 10塊，提餾段的塔板數(shù)為10~20塊；在精餾操作過程中，保持回流比（即塔頂回流量與排 料量之比）為15~40。
[0032] 本發(fā)明的特征之三在于：在氣相銨化流化床主體4-4內(nèi)，通過高純?nèi)妊踱C氣相 銨化制備得到偏釩酸銨，所述氣相銨化的操作溫度為130~250°C，水蒸氣與氨氣的摩爾比 為0. 5~0. 8,氨氣與三氯氧f凡的摩爾比為3. 5~4. 5。
[0033] 本發(fā)明的特征之四在于：在煅燒流化床主體6-4內(nèi)，通過流態(tài)化煅燒實(shí)現(xiàn)含氯化 銨的偏釩酸銨的熱分解，所述煅燒操作溫度為400~650°C，粉料的平均停留時(shí)間為60~ 180min〇
[0034] 本發(fā)明制得的高純五氧化二釩粉體純度均在4N以上。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具 有如下突出的優(yōu)點(diǎn)：
[0035] (1)通過氯化氣體與氯化煙氣換熱，在冷卻煙氣的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)氯化氣體預(yù)熱，使氯 化反應(yīng)器溫度分布更為均勻，有效提高釩原料低溫氯化效率；
[0036] (2)通過適量配加空氣使部分炭粉燃燒實(shí)現(xiàn)氯化過程的熱量平衡供給和溫度調(diào) 控，穩(wěn)定氯化操作溫度，提高氯化反應(yīng)效率和保證氯化的良好選擇性，避免生成四氯化釩等 副反應(yīng)的發(fā)生；
[0037] (3)精餾純化后的三氯氧釩經(jīng)噴嘴送入氣相銨化流化床進(jìn)行水解銨化得到含氯化 銨的偏釩酸銨粉體，相對于傳統(tǒng)水解/銨鹽沉淀，可有效避免氯化銨廢鹽水的產(chǎn)生；
[0038] (4)含氯化銨的偏釩酸銨進(jìn)行流態(tài)化煅燒，偏釩酸銨分解至高純五氧化二釩產(chǎn)品， 氯化銨也發(fā)生分解隨煙氣排出，冷卻后即可得到氯化銨產(chǎn)品，有效地實(shí)現(xiàn)高純產(chǎn)品的制備 和氯化銨的回收。
[0039] 本發(fā)明具有原料適應(yīng)性強(qiáng)、低溫氯化的選擇性良好、無污染廢水排放、生產(chǎn)能耗和 操作成本低、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，適用于4N以上高純五氧化二釩粉體的大規(guī)模工業(yè)化生 產(chǎn)，具有良好經(jīng)濟(jì)效率和社會效益。
【附圖說明】
[0040] 附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步闡釋，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí) 施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。
[0041] 圖1為本發(fā)明的生產(chǎn)高純四氧化二釩粉體系統(tǒng)的配置示意圖。
[0042] 附圖標(biāo)記
[0043] 1加料裝置
[0044] 1-1工業(yè)級五氧化二釩料倉 1-2工業(yè)級五氧化二釩螺旋加料器
[0045] 1-3炭粉料倉 1-4炭粉螺旋加料器
[0046] 2低溫氯化流化床
[0047] 2-1氯化床進(jìn)料器 2-2氯化流化床主體 2-3氯化床旋風(fēng)分離器
[0048] 2-4煙氣換熱器 2-5煙氣冷凝器 2_6氯化床酸封罐
[0049] 2-7氯化床螺旋排渣器
[0050] 3精餾提純裝置
[0051] 3-1蒸餾釜 3-2精餾塔 3-3餾出物冷凝器
[0052] 3-4回流液收集罐 3-5含硅三氯氧釩儲罐 3_6精餾段酸封罐
[0053] 3-7高純?nèi)妊踱C冷凝器 3-8高純?nèi)妊踱C儲罐
[0054] 4氣相銨化流化床
[0055] 4-1銨化床空氣凈化器4-2銨化床氣體加熱器 4-3三氯氧釩噴嘴
[0056] 4-4氣相銨化流化床主體4-5銨化床旋風(fēng)分離器 4_6銨化床排料器
[0057] 5偏釩酸銨加料裝置
[0058] 5-1偏釩酸銨料倉 5-2偏釩酸銨螺旋加料器
[0059] 6煅燒流化床
[0060] 6-1煅燒床空氣凈化器 6-2煅燒床氣體加熱器 6-3煅燒床進(jìn)料器
[0061] 6-4煅燒流化床主體 6-5煅燒床旋風(fēng)分離器 6-6高純五氧化二釩料倉
[0062] 7尾氣淋洗吸收器 8引風(fēng)機(jī) 9煙囪
【具體實(shí)施方式】
[0063] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附 圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明 的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。值得說明的是，實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方 案，而非對其限制。圖1為本發(fā)明的一種提純制備高純五氧化二釩粉體的系統(tǒng)示意圖。
[0064] 結(jié)合圖1，本實(shí)施例所使用的提純制備高純五氧化二釩粉體的系統(tǒng)，包括加料裝置 1、低溫氯化流化床2、精餾提純裝置3、氣相銨化流化床4、偏釩酸銨加料裝置5、煅燒流化床 6、尾氣淋洗吸收器7、引風(fēng)機(jī)8和煙囪9 ;
[0065] 加料裝置1包括工業(yè)級五氧化二釩料倉1-1、工業(yè)級五氧化二釩螺旋加料器1-2、 炭粉料倉1 _3和炭粉螺旋加料器1_4 ;
[0066] 低溫氯化流化床2包括氯化床進(jìn)料器2-1、氯化流化床主體2-2、氯化床旋風(fēng)分離 器2-3、煙氣換熱器2-4、煙氣冷凝器2-5、氯化床酸封罐2-6和氯化床螺旋排渣器2-7 ;
[0067] 精餾提純裝置3包括蒸餾釜3-1、精餾塔3-2、餾出物冷凝器3-3、回流液收集罐 3-4、含硅三氯氧釩儲罐3-5、精餾段酸封罐3-6、高純?nèi)妊踱C冷凝器3-7和高純?nèi)妊踱C 儲罐3-8 ;
[0068] 氣相銨化流化床4包括銨化床空氣凈化器4-1、銨化床氣體加熱器4-2、三氯氧釩 噴嘴4-3、氣相銨化流化床主體4-4、銨化床旋風(fēng)分離器4-5和銨化床排料器4-6 ;
[0069] 偏釩酸銨加料裝置5包括偏釩酸銨料倉5-1和偏釩酸銨螺旋加料器5-2 ;
[0070] 煅燒流化床6包括煅燒床空氣凈化器6-1、煅燒床氣體加熱器6-2、煅燒床進(jìn)料器 6-3、煅燒流化床主體6-4、煅燒床旋風(fēng)分離器6-5和高純五氧化二釩料倉6-6 ;
[0071] 工業(yè)級五氧化二釩料倉1-1底部的出料口與工業(yè)級五氧化二釩螺旋加料器1-2的 進(jìn)料口相連接；炭粉料倉1-3底部的出料口與炭粉螺旋加料器1-4的進(jìn)料口相連接；工業(yè) 級五氧化二釩螺旋加料器1-2的出料口、炭粉螺旋加料器1-4的出料口均與氯化床進(jìn)料器 2-1的進(jìn)料口通過管道相連接；
[0072] 氯化床進(jìn)料器2-1的排料口與氯化流化床主體2-2上部的進(jìn)料口通過管道相連 接；氯化床進(jìn)料器2-1底部的進(jìn)氣口通過管道與氮?dú)鈿庠纯偣芟噙B接；氯化床旋風(fēng)分離器 2-3設(shè)置于氯化流化床主體2-2的擴(kuò)大段頂部中心；氯化床旋風(fēng)分離器2-3頂部的出氣口 通過管道與煙氣換熱器2-4的熱煙氣入口相連接；煙氣換熱器2-4的冷煙氣出口通過管道 與煙氣冷凝器2-5的氣體入口相連接；煙氣冷凝器2-5的氣體出口通過管道與氯化床酸封 罐2-6的氣體入口相連接；氯化床酸封罐2-6的氣體出口通過管道與尾氣淋洗吸收器7的 氣體入口相連接；氯化流化床主體2-2下部的排渣口與氯化床螺旋排渣器2-7的進(jìn)料口通 過管道相連接；氯化流化床主體2-2底部的進(jìn)氣口通過管道與煙氣換熱器2-4的熱氣體出 口相連接；煙氣換熱器2-4的冷氣體入口通過管道分別與氯氣氣源總管、氮?dú)鈿庠纯偣芗?壓縮空氣總管相連接；
[0073] 煙氣冷凝器2-5底部的液體出口通過管道與精餾塔3-2的進(jìn)料口相連接；蒸餾 釜3-1的蒸氣出口通過管道與精餾塔3-2的蒸氣入口相連接；蒸餾釜3-1的回流口通過管 道與精餾塔3-2底部的液體回流出口相連接；精餾塔3-2頂部的氣體出口通過管道與餾出 物冷凝器3-3的氣體入口相連接；餾出物冷凝器3-3的液體出口通過管道與回流液收集 罐3-4的液體入口相連接；回流液收集罐3-4的回流液體出口通過管道與精餾塔3-2頂部 的回流液體入口相連接；回流液收集罐3-4的排料口與含硅三氯氧釩儲罐3-5的入口通過 管道相連接；含硅三氯氧釩儲罐3-5的乏氣出口通過管道與精餾段酸封罐3-6的氣體入口 相連接；精餾酸封罐3-6的氣體出口通過管道與尾氣淋洗吸收器7的氣體入口相連接；精 餾塔3-2的精餾物出口通過管道與高純?nèi)妊踱C冷凝器3-7的氣體入口相連接；高純?nèi)?氧釩冷凝器3-7的液體出口與高純?nèi)妊踱C儲罐3-8的液體入口通過管道相連接；蒸餾釜 3- 1底部設(shè)置了底流出口；
[0074] 銨化床空氣凈化器4-1的進(jìn)氣口與壓縮空氣總管通過管道相連接；銨化床空氣凈 化器4-1的出氣口通過管道分別與銨化床氣體加熱器4-2的進(jìn)氣口、三氯氧釩噴嘴4-3的 氣體入口及銨化床排料器4-6底部的進(jìn)氣口相連接；銨化床氣體加熱器4-2的進(jìn)氣口通過 管道與超純水、純化液氨總管相連接；銨化床氣體加熱器4-2燃燒嘴的助燃風(fēng)入口和燃料 入口分別通過管道與壓縮空氣總管和燃料總管相連接；銨化床氣體加熱器4-2的出氣口通 過管道與氣相銨化流化床主體4-4底部的進(jìn)氣口相連接；高純?nèi)妊踱C儲罐3-8的液體出 口通過管道與三氯氧釩噴嘴4-3的三氯氧釩入口相連接；銨化床旋風(fēng)分離器4-5設(shè)置于氣 相銨化流化床主體4-4擴(kuò)大段頂部中心處；銨化床旋風(fēng)分離器4-5的頂部出氣口通過管道 與尾氣處理單元相連接；氣相銨化流化床主體4-4上部的排料口通過管道與銨化床排料器 4- 6的進(jìn)料口相連接；銨化床排料器4-6的排料口通過管道與偏釩酸銨料倉5-1的進(jìn)料口 相連接；
[0075] 偏釩酸銨料倉5-1底部的出料口與偏釩酸銨螺旋加料器5-2的進(jìn)料口相連接；偏 釩酸銨螺旋加料器5-2的排料口通過管道與煅燒床進(jìn)料器6-3的進(jìn)料口通過管道相連接；
[0076] 煅燒床空氣凈化器6-1的進(jìn)氣口與壓縮空氣總管通過管道相連接；煅燒床空氣凈 化器6-1的出氣口通過管道分別與煅燒床氣體加熱器6-2的進(jìn)氣口和煅燒床進(jìn)料器6-3底 部的進(jìn)氣口相連接；煅燒床氣體加熱器6-2燃燒嘴的助燃風(fēng)入口和燃料入口分別通過管道 與壓縮空氣總管和燃料總管相連接；煅燒床氣體加熱器6-2的出氣口通過管道與煅燒流化 床主體6-4底部的進(jìn)氣口相連接；煅燒床進(jìn)料器6-3的排料口通過管道與煅燒床流化床主 體6-4下部的進(jìn)料口相連接；煅燒流化床主體6-4頂部的出氣口通過管道與煅燒床旋風(fēng)分 離器6-5的進(jìn)氣口相連接；煅燒床旋風(fēng)分離器6-5底部的粉料出口通過管道與氯化銨料倉 進(jìn)料口相連接；煅燒床旋風(fēng)分離器6-5的頂部出氣口通過管道與尾氣處理單元相連接；煅 燒流化床主體6-4上部的排料口通過管道與高純五氧化二釩料倉6-6的進(jìn)料口相連接；
[0077] 尾氣淋洗吸收器7的氣體出口通過管道與引風(fēng)機(jī)8的氣體入口相連接；引風(fēng)機(jī)8 的氣體出口通過管道與煙囪9底部的氣體入口相連接。
[0078] 本實(shí)施例利用上述系統(tǒng)進(jìn)行提純制備高純五氧化二釩粉體，具體方法包括：工業(yè) 級五氧化二釩料倉1-1中的工業(yè)級五氧化二釩粉料和炭粉料倉1-3的炭粉分別經(jīng)工業(yè)級五 氧化二釩螺旋加料器1-2和炭粉螺旋加料器1-4同時(shí)進(jìn)入氯化床進(jìn)料器2-1混合后進(jìn)入氯 化流化床主體2-2;來自氯氣氣源總管的氯氣、氮?dú)鈿庠纯偣艿牡獨(dú)饧皦嚎s空氣總管的空 氣經(jīng)煙氣換熱器2-4與氯化煙氣換熱預(yù)熱后進(jìn)入氯化流化床主體2-2中使五氧化二釩、炭 粉等粉體物料維持流態(tài)化并與之發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，空氣使部分炭粉發(fā)生燃燒提供熱量維持流 化床溫度，氯氣與炭粉共同作用使五氧化二釩和少量雜質(zhì)發(fā)生氯化，形成氯化殘?jiān)透缓?三氯氧釩的氯化煙氣；氯化殘?jiān)?jīng)氯化流化床主體2-2下部的排渣口、氯化床螺旋排渣器 2-7排出；氯化煙氣經(jīng)氯化床旋風(fēng)分離器2-3將粉塵脫除并落回氯化流化床主體2-2后，再 經(jīng)煙氣換熱器2-4預(yù)冷卻并進(jìn)入煙氣冷凝器2-5中使其中的三氯氧釩冷凝形成粗三氯氧釩 液體，剩余尾氣經(jīng)氯化床酸封罐2-6后進(jìn)入尾氣淋洗吸收器7中；
[0079] 煙氣冷凝器2-5形成的粗三氯氧釩液體進(jìn)入精餾塔3-2和蒸餾釜3-1后進(jìn)行精餾 操作，得到富含高沸點(diǎn)雜質(zhì)的富釩廢料、富含低沸點(diǎn)雜質(zhì)的含硅三氯氧釩蒸氣和高純?nèi)?氧釩蒸氣；富釩廢料用于后續(xù)回收釩，含硅三氯氧釩蒸氣經(jīng)餾出物冷凝器3-3冷凝至液體 后，部分經(jīng)回流液收集罐3-4回流至精餾塔3-2,其余部分進(jìn)入含硅三氯氧釩儲罐3-5中； 含硅三氯氧釩儲罐3-5中產(chǎn)生的乏氣經(jīng)精餾段酸封罐3-6后送往尾氣淋洗吸收器7中，含 硅三氯氧釩可用于催化等化工領(lǐng)域；高純?nèi)妊踱C蒸氣經(jīng)高純?nèi)妊踱C冷凝器3-7冷凝至 液體后進(jìn)入尚純二氣氧I凡儲罐3_8中；
[0080] 高純?nèi)妊踱C儲罐3-8的高純?nèi)妊踱C經(jīng)三氯氧釩噴嘴4-3,由來自銨化床空氣 凈化器4-1的凈化空氣氣載進(jìn)入氣相銨化流化床主體4-4中；超純水、純化液氨和凈化空氣 經(jīng)銨化床氣體加熱器4-2預(yù)熱后送入氣相銨化流化床主體4-4中使床內(nèi)粉料維持流態(tài)化， 并使三氯氧釩發(fā)生水解和銨化，生成含氯化銨的偏釩酸銨粉體，所述含氯化銨的偏釩酸銨 粉體經(jīng)銨化床排料器4-6排出后進(jìn)入偏釩酸銨料倉5-1中，產(chǎn)生的含氨的銨化煙氣經(jīng)銨化 床旋風(fēng)分離器4-5脫除粉塵后送尾氣處理單元處理；
[0081 ] 偏釩酸銨料倉5-1中的含氯化銨的偏釩酸銨粉料依次經(jīng)偏釩酸銨螺旋加料器5-2 和煅燒床進(jìn)料器6-3進(jìn)入煅燒流化床主體6-4中；壓縮空氣依次經(jīng)煅燒床空氣凈化器6-1 凈化和煅燒床氣體加熱器6-2預(yù)熱后進(jìn)入煅燒流化床主體6-4中使床內(nèi)粉料維持流態(tài)化， 并使含氯化銨的偏釩酸銨物料發(fā)生熱分解，得到高純五氧化二釩粉體產(chǎn)品，經(jīng)煅燒流化床 主體6-4上部的排料口進(jìn)入高純五氧化二釩料倉6-6中；煅燒分解產(chǎn)生的煅燒煙氣進(jìn)入煅 燒床旋風(fēng)分離器6-5降溫析出氯化銨并脫除粉塵后送尾氣處理單元處理；煅燒床旋風(fēng)分離 器6-5收集到的氯化銨粉料送往氯化銨料倉中。
[0082] 尾氣淋洗吸收器7經(jīng)堿溶液吸收處理后排出的氣體經(jīng)引風(fēng)機(jī)8送入煙囪9后排 空。
[0083] 本實(shí)施例以粉狀的工業(yè)級五氧化二釩為原料，其化學(xué)組成見表1所列，處理量為 70kg/h，經(jīng)低溫氯化、三氯氧釩精餾、氣相銨化、煅燒制備得到高純五氧化二釩產(chǎn)品。
[0084] 表1實(shí)施例使用工業(yè)級五氧化二f凡原料的化學(xué)組成（wt% )
[0086] 在氯化流化床主體2-2內(nèi)，低溫氯化過程炭粉添加量為工業(yè)級五氧化二釩粉料質(zhì) 量的10%，氯化操作溫度500°C，粉料的平均停留時(shí)間30min ;在精餾塔3-2內(nèi)，精餾操作精 餾段的塔板數(shù)5塊，提餾段的塔板數(shù)10塊，精餾操作的回流比40 ;在氣相銨化流化床主體 4-4內(nèi)，氣相銨化的操作溫度為130°C，水蒸氣與氨氣的摩爾比0. 5,氨氣與三氯氧釩的摩爾 比4. 5 ;在煅燒流化床主體6-4內(nèi)，煅燒操作溫度400°C，粉料的平均停留時(shí)間180min的操 作條件下，釩的直收率達(dá)80 %，高純五氧化二釩產(chǎn)品的純度達(dá)99. 995wt % (4N5)。
[0087] 在氯化流化床主體2-2內(nèi)，低溫氯化過程炭粉添加量為工業(yè)級五氧化二釩粉料質(zhì) 量的20%，氯化操作溫度300°C，粉料的平均停留時(shí)間80min ;在精餾塔3-2內(nèi)，精餾操作精 餾段的塔板數(shù)10塊，提餾段的塔板數(shù)20塊，精餾操作的回流比15 ;在氣相銨化流化床主體 4-4內(nèi)，氣相銨化的操作溫度為250°C，水蒸氣與氨氣的摩爾比0. 8,氨氣與三氯氧釩的摩爾 比3. 5 ;在煅燒流化床主體6-4內(nèi)，煅燒操作溫度為650°C，粉料的平均停留時(shí)間60min的操 作條件下，釩的直收率達(dá)81 %，高純五氧化二釩產(chǎn)品的純度達(dá)99. 999wt % (5N)。
[0088] 本發(fā)明未詳細(xì)闡述部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。
[0089] 當(dāng)然，本發(fā)明還可以有多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉 本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)本發(fā)明的公開做出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和 變形都應(yīng)屬于本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種提純制備高純五氧化二釩粉體的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括加料裝置 (1)、低溫氯化流化床（2)、精餾提純裝置（3)、氣相銨化流化床（4)、偏釩酸銨加料裝置（5)、 煅燒流化床（6)、尾氣淋洗吸收器（7)、引風(fēng)機(jī)⑶和煙囪（9); 所述加料裝置（1)包括工業(yè)級五氧化二釩料倉（1-1)、工業(yè)級五氧化二釩螺旋加料器 (1-2)、炭粉料倉（1_3)和炭粉螺旋加料器（1_4); 所述低溫氯化流化床（2)包括氯化床進(jìn)料器（2-1)、氯化流化床主體（2-2)、氯化床旋 風(fēng)分離器（2-3)、煙氣換熱器（2-4)、煙氣冷凝器（2-5)、氯化床酸封罐（2-6)和氯化床螺旋 排渣器（2-7); 所述精餾提純裝置（3)包括蒸餾釜（3-1)、精餾塔（3-2)、餾出物冷凝器（3-3)、回流液 收集罐（3-4)、含硅三氯氧釩儲罐（3-5)、精餾段酸封罐（3-6)、高純?nèi)妊踱C冷凝器（3-7) 和高純?nèi)妊踱C儲罐（3-8); 所述氣相銨化流化床（4)包括銨化床空氣凈化器（4-1)、銨化床氣體加熱器（4-2)、三 氯氧釩噴嘴（4-3)、氣相銨化流化床主體（4-4)、銨化床旋風(fēng)分離器（4-5)和銨化床排料器 (4-6); 所述偏釩酸銨加料裝置（5)包括偏釩酸銨料倉（5-1)和偏釩酸銨螺旋加料器（5-2); 所述煅燒流化床（6)包括煅燒床空氣凈化器（6-1)、煅燒床氣體加熱器（6-2)、煅燒 床進(jìn)料器（6-3)、煅燒流化床主體（6-4)、煅燒床旋風(fēng)分離器（6-5)和高純五氧化二釩料倉 (6-6); 所述工業(yè)級五氧化二釩料倉（1-1)底部的出料口與所述工業(yè)級五氧化二釩螺旋加 料器（1-2)的進(jìn)料口相連接；所述炭粉料倉（1-3)底部的出料口與所述炭粉螺旋加料器 (1-4)的進(jìn)料口相連接；所述工業(yè)級五氧化二釩螺旋加料器（1-2)的出料口、所述炭粉螺旋 加料器（1-4)的出料口均與所述氯化床進(jìn)料器（2-1)的進(jìn)料口通過管道相連接； 所述氯化床進(jìn)料器（2-1)的排料口與所述氯化流化床主體（2-2)上部的進(jìn)料口通過 管道相連接；所述氯化床進(jìn)料器（2-1)底部的進(jìn)氣口通過管道與氮?dú)鈿庠纯偣芟噙B接；所 述氯化床旋風(fēng)分離器（2-3)設(shè)置于所述氯化流化床主體（2-2)的擴(kuò)大段頂部中心；所述氯 化床旋風(fēng)分離器（2-3)頂部的出氣口通過管道與所述煙氣換熱器（2-4)的熱煙氣入口相連 接；所述煙氣換熱器（2-4)的冷煙氣出口通過管道與所述煙氣冷凝器（2-5)的氣體入口相 連接；所述煙氣冷凝器（2-5)的氣體出口通過管道與所述氯化床酸封罐（2-6)的氣體入口 相連接；所述氯化床酸封罐（2-6)的氣體出口通過管道與所述尾氣淋洗吸收器（7)的氣體 入口相連接；所述氯化流化床主體（2-2)下部的排渣口與所述氯化床螺旋排渣器（2-7)的 進(jìn)料口通過管道相連接；所述氯化流化床主體（2-2)底部的進(jìn)氣口通過管道與所述煙氣換 熱器（2-4)的熱氣體出口相連接；所述煙氣換熱器（2-4)的冷氣體入口通過管道分別與氯 氣氣源總管、氮?dú)鈿庠纯偣芗皦嚎s空氣總管相連接； 所述煙氣冷凝器（2-5)底部的液體出口通過管道與所述精餾塔（3-2)的進(jìn)料口相連 接；所述蒸餾釜（3-1)的蒸氣出口通過管道與所述精餾塔（3-2)的蒸氣入口相連接；所述 蒸餾釜（3-1)的回流口通過管道與所述精餾塔（3-2)底部的液體回流出口相連接；所述 精餾塔（3-2)頂部的氣體出口通過管道與所述餾出物冷凝器（3-3)的氣體入口相連接；所 述餾出物冷凝器（3-3)的液體出口通過管道與所述回流液收集罐（3-4)的液體入口相連 接；所述回流液收集罐（3-4)的回流液體出口通過管道與所述精餾塔（3-2)頂部的回流液 體入口相連接；所述回流液收集罐（3-4)的排料口與所述含硅三氯氧釩儲罐（3-5)的入口 通過管道相連接；所述含硅三氯氧釩儲罐（3-5)的乏氣出口通過管道與所述精餾段酸封罐 (3-6)的氣體入口相連接；所述精餾酸封罐（3-6)的氣體出口通過管道與所述尾氣淋洗吸 收器（7)的氣體入口相連接；所述精餾塔（3-2)的精餾物出口通過管道與所述高純?nèi)妊?釩冷凝器（3-7)的氣體入口相連接；所述高純?nèi)妊踱C冷凝器（3-7)的液體出口與所述高 純?nèi)妊踱C儲罐（3-8)的液體入口通過管道相連接；所述蒸餾釜（3-1)底部設(shè)置了底流出 P ; 所述銨化床空氣凈化器（4-1)的進(jìn)氣口與壓縮空氣總管通過管道相連接；所述銨化床 空氣凈化器（4-1)的出氣口通過管道分別與所述銨化床氣體加熱器（4-2)的進(jìn)氣口、三氯 氧釩噴嘴（4-3)的氣體入口及銨化床排料器（4-6)底部的進(jìn)氣口相連接；所述銨化床氣體 加熱器（4-2)的進(jìn)氣口通過管道與超純水、純化液氨總管相連接；所述銨化床氣體加熱器 (4-2)燃燒嘴的助燃風(fēng)入口和燃料入口分別通過管道與壓縮空氣總管和燃料總管相連接； 所述銨化床氣體加熱器（4-2)的出氣口通過管道與所述氣相銨化流化床主體（4-4)底部 的進(jìn)氣口相連接；所述高純?nèi)妊踱C儲罐（3-8)的液體出口通過管道與所述三氯氧釩噴嘴 (4-3)的三氯氧釩入口相連接；所述銨化床旋風(fēng)分離器（4-5)設(shè)置于所述氣相銨化流化床 主體（4-4)擴(kuò)大段頂部中心處；所述銨化床旋風(fēng)分離器（4-5)的頂部出氣口通過管道與尾 氣處理單元相連接；所述氣相銨化流化床主體（4-4)上部的排料口通過管道與所述銨化床 排料器（4-6)的進(jìn)料口相連接；所述銨化床排料器（4-6)的排料口通過管道與所述偏釩酸 銨料倉（5-1)的進(jìn)料口相連接； 所述偏釩酸銨料倉（5-1)底部的出料口與所述偏釩酸銨螺旋加料器（5-2)的進(jìn)料口相 連接；所述偏釩酸銨螺旋加料器（5-2)的排料口通過管道與所述煅燒床進(jìn)料器（6-3)的進(jìn) 料口通過管道相連接； 所述煅燒床空氣凈化器（6-1)的進(jìn)氣口與壓縮空氣總管通過管道相連接；所述煅燒 床空氣凈化器（6-1)的出氣口通過管道分別與所述煅燒床氣體加熱器（6-2)的進(jìn)氣口和 煅燒床進(jìn)料器（6-3)底部的進(jìn)氣口相連接；所述煅燒床氣體加熱器（6-2)燃燒嘴的助燃風(fēng) 入口和燃料入口分別通過管道與壓縮空氣總管和燃料總管相連接；所述煅燒床氣體加熱器 (6-2)的出氣口通過管道與所述煅燒流化床主體（6-4)底部的進(jìn)氣口相連接；所述煅燒床 進(jìn)料器（6-3)的排料口通過管道與所述煅燒床流化床主體（6-4)下部的進(jìn)料口相連接；所 述煅燒流化床主體（6-4)頂部的出氣口通過管道與所述煅燒床旋風(fēng)分離器（6-5)的進(jìn)氣口 相連接；所述煅燒床旋風(fēng)分離器（6-5)底部的粉料出口通過管道與氯化銨料倉進(jìn)料口相連 接；所述煅燒床旋風(fēng)分離器（6-5)的頂部出氣口通過管道與尾氣處理單元相連接；所述煅 燒流化床主體(6-4)上部的排料口通過管道與所述高純五氧化二釩料倉(6-6)的進(jìn)料口相 連接； 所述尾氣淋洗吸收器（7)的氣體出口通過管道與所述引風(fēng)機(jī)（8)的氣體入口相連接； 所述引風(fēng)機(jī)（8)的氣體出口通過管道與所述煙囪（9)底部的氣體入口相連接。2. -種基于權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的提純制備高純五氧化二釩粉體的方法，包括以下步 驟： 所述工業(yè)級五氧化二釩料倉（1-1)中的工業(yè)級五氧化二釩粉料和所述炭粉料倉（1-3) 的炭粉分別經(jīng)所述工業(yè)級五氧化二釩螺旋加料器（1-2)和所述炭粉螺旋加料器（1-4)同時(shí) 進(jìn)入所述氯化床進(jìn)料器（2-1)混合后進(jìn)入所述氯化流化床主體（2-2);來自氯氣氣源總管 的氯氣、氮?dú)鈿庠纯偣艿牡獨(dú)饧皦嚎s空氣總管的空氣經(jīng)所述煙氣換熱器（2-4)與氯化煙氣 換熱預(yù)熱后進(jìn)入所述氯化流化床主體（2-2)中使五氧化二釩和炭粉維持流態(tài)化并與之發(fā) 生化學(xué)反應(yīng)，空氣使部分炭粉發(fā)生燃燒提供熱量維持流化床溫度，氯氣與炭粉共同作用使 五氧化二釩和少量雜質(zhì)發(fā)生氯化，形成氯化殘?jiān)透缓妊踱C的氯化煙氣；氯化殘?jiān)?次經(jīng)所述氯化流化床主體（2-2)下部的排渣口和所述氯化床螺旋排渣器（2-7)排出；氯化 煙氣經(jīng)所述氯化床旋風(fēng)分離器（2-3)將粉塵脫除并落回氯化流化床主體（2-2)后，再經(jīng)所 述煙氣換熱器（2-4)預(yù)冷卻并進(jìn)入煙氣冷凝器（2-5)中使其中的三氯氧釩冷凝形成粗三氯 氧釩液體，剩余尾氣經(jīng)所述氯化床酸封罐（2-6)后進(jìn)入所述尾氣淋洗吸收器（7)中； 所述煙氣冷凝器（2-5)形成的粗三氯氧釩液體進(jìn)入所述精餾塔（3-2)和所述蒸餾釜 (3-1)后進(jìn)行精餾操作，得到富含高沸點(diǎn)雜質(zhì)的富釩廢料、富含低沸點(diǎn)雜質(zhì)的含硅三氯氧釩 蒸氣和高純?nèi)妊踱C蒸氣；含硅三氯氧釩蒸氣經(jīng)所述餾出物冷凝器（3-3)冷凝至液體后， 部分經(jīng)回流液收集罐（3-4)回流至所述精餾塔（3-2)，其余部分進(jìn)入所述含硅三氯氧釩儲 罐（3-5)中；含硅三氯氧釩儲罐（3-5)中產(chǎn)生的乏氣經(jīng)所述精餾段酸封罐（3-6)后送往所 述尾氣淋洗吸收器（7)中；高純?nèi)妊踱C蒸氣經(jīng)所述高純?nèi)妊踱C冷凝器（3-7)冷凝至液 體后進(jìn)入所述高純?nèi)妊踱C儲罐（3-8)中； 所述高純?nèi)妊踱C儲罐（3-8)的高純?nèi)妊踱C經(jīng)所述三氯氧釩噴嘴（4-3)，由來自銨 化床空氣凈化器（4-1)的凈化空氣氣載進(jìn)入所述氣相銨化流化床主體（4-4)中；超純水、純 化液氨和凈化空氣經(jīng)所述銨化床氣體加熱器（4-2)預(yù)熱后送入所述氣相銨化流化床主體 (4-4)中使床內(nèi)粉料維持流態(tài)化，并使三氯氧釩發(fā)生水解和銨化，生成含氯化銨的偏釩酸銨 粉體，所述含氯化銨的偏釩酸銨粉體經(jīng)銨化床排料器（4-6)排出后進(jìn)入所述偏釩酸銨料倉 (5-1)中，產(chǎn)生的含氨的銨化煙氣經(jīng)銨化床旋風(fēng)分離器（4-5)脫除粉塵后送尾氣處理單元 處理； 所述偏釩酸銨料倉（5-1)中的含氯化銨的偏釩酸銨粉料依次經(jīng)所述偏釩酸銨螺旋加 料器（5-2)和煅燒床進(jìn)料器（6-3)進(jìn)入所述煅燒流化床主體（6-4)中；壓縮空氣依次經(jīng)煅 燒床空氣凈化器（6-1)凈化和煅燒床氣體加熱器（6-2)預(yù)熱后進(jìn)入所述煅燒流化床主體 (6-4)中使床內(nèi)粉料維持流態(tài)化，并使含氯化銨的偏釩酸銨物料發(fā)生熱分解，得到高純五氧 化二釩粉體產(chǎn)品，經(jīng)所述煅燒流化床主體（6-4)上部的排料口進(jìn)入所述高純五氧化二釩料 倉（6-6)中；煅燒分解產(chǎn)生的煅燒煙氣進(jìn)入所述煅燒床旋風(fēng)分離器（6-5)降溫析出氯化銨 并脫除粉塵后送尾氣處理單元處理；所述煅燒床旋風(fēng)分離器（6-5)收集到的氯化銨粉料送 往氯化銨料倉中； 所述尾氣淋洗吸收器（7)經(jīng)堿溶液吸收處理后排出的氣體經(jīng)所述引風(fēng)機(jī)（8)送入所述 煙囪（9)后排空。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的提純制備高純五氧化二釩粉體的方法，其特征在于，在所 述氯化流化床主體（2-2)內(nèi)，所述氯化過程炭粉添加量為工業(yè)級五氧化二釩粉料質(zhì)量的 10%~20%〇4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的提純制備高純五氧化二釩粉體的方法，其特征在于，在所 述氯化流化床主體（2-2)內(nèi)，氯化操作溫度為300~500°C，粉料的平均停留時(shí)間為30~ 80min〇5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的提純制備高純五氧化二釩粉體的方法，其特征在于，在所述 精餾塔（3-2)內(nèi)，所述精餾操作精餾段的塔板數(shù)為5~10塊，提餾段的塔板數(shù)為10~20 塊。6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的提純制備高純五氧化二釩粉體的方法，其特征在于，所述精 餾操作的回流比為15~40。7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的提純制備高純五氧化二釩粉體的方法，其特征在于，在所述 氣相銨化流化床主體（4-4)內(nèi)，通過高純?nèi)妊蹉y氣相銨化制備得到偏f凡酸銨，所述氣相 銨化的操作溫度為130~250°C，水蒸氣與氨氣的摩爾比為0. 5~0. 8,氨氣與三氯氧f凡的 摩爾比為3. 5~4. 5。8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的提純制備高純五氧化二釩粉體的方法，其特征在于，在所述 煅燒流化床主體（6-4)內(nèi)，通過流態(tài)化煅燒實(shí)現(xiàn)含氯化銨的偏釩酸銨的熱分解，所述煅燒 操作溫度為400~650°C，粉料的平均停留時(shí)間為60~180min。
【文檔編號】C01G31/02GK105984896SQ201510051577
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年1月30日
【發(fā)明人】朱慶山, 楊海濤, 范川林, 牟文恒, 劉吉斌, 王存虎, 班琦勛
【申請人】中國科學(xué)院過程工程研究所, 北京中凱宏德科技有限公司