專利名稱：水泥窯外預(yù)分解窯中稀有元素的收集裝置和收集方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種新型干法水泥生產(chǎn)系統(tǒng)，尤其涉及一種水泥窯外預(yù)分解窯中稀有元素的收集裝置，本發(fā)明還涉及采用該裝置收集稀有元素的方法。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，一些稀有元素在功能性材料合成、改性和提高效率方面發(fā)揮著重要的作用，尤其在材料、冶金、化工等領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用。隨著電子工業(yè)、材料工業(yè)、軍事國(guó)防業(yè)的發(fā)展，其需求量不斷加大。而且有些稀有元素具有一定的戰(zhàn)略意義，然而這些元素往往在自然界中的含量較低(ppm級(jí))，甚至有些更低。如果通過(guò)一些富含礦物開(kāi)采和提煉，其生產(chǎn)成本較高，環(huán)境代價(jià)也較大。
而水泥生產(chǎn)過(guò)程中使用到大量的物料，而且這些物料隨著自然界成礦區(qū)域和年代的不同，水泥生產(chǎn)所用的礦物原、燃料中也富含了一定量稀有元素(如鍶、釩、銦、鉈等)等(l(T800ppm)，其中一些稀有元素及其化合物的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)溫度在823K 1623K之間，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表I，稀有元素A —般在水泥生產(chǎn)的物料中，常以固體復(fù)合礦物A (B) n的形式存在，其中B是礦物基團(tuán)。表I部分稀有元素及其化合物的物化參數(shù)
類(lèi)別I物質(zhì)I溶點(diǎn)(k) I沸點(diǎn)(k) I純物質(zhì)價(jià)格(元/千克)
鍶 SrbrCl2; SrBr2; SrI2; Sr (OH)2; SrCO3808^1197 1445^2273 ~ 100
銣 Rb_RbCl9881654
釩 V W3; VCl214001900 ~2500
鎵 Ga_GaCl;~251125~ 2400
鎳 Ni .NiCl2; NiBr2Tl92~1260 1192^1260 ~ 129
鍺 Ge .GeCl2; GeO; GeS; GeSe~00~983 975~1125 ~ 2800
銫 Cs_CsI^941553~ 2000
銦 In _InBr; Ini; In2O558^638 800~1091 ~ 3600
銣 Rb'Rb 13961
銻 StZSbCl3; SbBr3; SbI3 46~444 493飛73 ~ 72
鉈 TrTlF3;TlI~15~1140 1082^1700 ~ 7000
紡 Fr_Fr 00950
釤 Sm'Sm13452064 ~ 40000
銪 Eu _EuT0951870 ~ 6500
銩 Tm'Tm18182220 ~ 24000
鐿 YbjYb1109711467丨8000
在水泥熟料燒成預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)中，氣固兩相流以逆流方式運(yùn)動(dòng)，其中固相物料經(jīng)歷了由低溫(333 K)到高溫(固相1723K)再由高溫到低溫(363 K)溫度連續(xù)漸變的過(guò)程，其氣相也經(jīng)歷了由低溫(333 K)到高溫(2473K)再由高溫到低溫(573 K)的過(guò)程，在此過(guò)程中用于煅燒水泥的物料及其含稀有元素構(gòu)成的物質(zhì)發(fā)生了一系列物理化學(xué)變化，尤其是物理形態(tài)上的變化，當(dāng)該物質(zhì)A(B)n隨水泥生料被加熱到稀有元素A的熔點(diǎn)時(shí)，升高溫度稀有元素A開(kāi)始由固態(tài)變成液態(tài)，繼續(xù)升溫，加熱到稀有元素A的沸點(diǎn)時(shí)，升高溫度稀有元素A開(kāi)始由液態(tài)變成氣態(tài)，進(jìn)入氣相中；降溫，當(dāng)溫度降低到熔點(diǎn)時(shí)隨著溫度的降低稀有元素A開(kāi)始凝固。
由生料中的固體復(fù)合礦物A (B) n帶入的稀有元素A有部分被廢煙氣帶出，因窯尾廢煙氣溫度高(1373K左右)，這部分稀有元素A并不會(huì)在窯尾冷凝富集，而會(huì)被廢煙氣帶走，被煙氣帶走后，稀有元素A在多級(jí)預(yù)熱器旋風(fēng)筒的合適部位(如三極、四級(jí)和入窯生料管道)，由于溫度較低而冷凝，隨著生料沉集又一次入窯；如此循環(huán)、稀有元素A會(huì)在預(yù)熱器內(nèi)循環(huán)富集。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種將水泥生產(chǎn)過(guò)程中的稀有元素收集的裝置，該裝置將水泥窯外預(yù)分解窯中的預(yù)熱器內(nèi)循環(huán)富集的稀有元素收集，方法簡(jiǎn)單、成本低，在不妨礙水泥質(zhì)量的同時(shí)將稀有元素收集，充分利用了資源。本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下
一種水泥窯外預(yù)分解窯中稀有元素的收集裝置，包括氣體混合室、旋風(fēng)筒、收集室，所述氣體混合室設(shè)有氣體進(jìn)口，第一風(fēng)管用于將氣體混合室的一端與預(yù)熱器中的多級(jí)旋風(fēng)筒的連接風(fēng)管連接，氣體混合室的另一端通過(guò)第二風(fēng)管與旋風(fēng)筒連接，旋風(fēng)筒的頂部設(shè)有氣體出口，旋風(fēng)筒的底部與收集室連接。將第一風(fēng)管與預(yù)熱器的出風(fēng)管連接，從預(yù)熱器的出風(fēng)管上引出部分富集稀有元素的廢煙氣，收集稀有元素。旋風(fēng)筒頂部的氣體出口與廢氣處理系統(tǒng)連接，所述的廢氣處理系統(tǒng)包括引風(fēng)機(jī)。采用上述裝置在水泥預(yù)熱預(yù)分解過(guò)程中收集稀有元素的方法，從預(yù)熱器中的多級(jí)旋風(fēng)筒的連接風(fēng)管中引出不大于連接風(fēng)管中氣體總體積50%的氣體，經(jīng)降溫后氣體中的稀有元素冷凝，收集冷凝后的固體，剩余氣體排出。所述氣體的降溫采用與冷空氣混合的方式。在既能收集稀有元素A又能夠盡量減少熱損耗的情況下，引出部分的氣體不宜太多，以占總體積的30%為宜。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
(1)借助水泥生產(chǎn)過(guò)程中的工藝特點(diǎn)，將所需元素進(jìn)行濃縮收集，工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，不需要單獨(dú)進(jìn)行礦石開(kāi)采，成本低；
(2)收集過(guò)程中無(wú)廢料廢棄物排出，不會(huì)對(duì)環(huán)保帶來(lái)新的污染源； (3 )本發(fā)明在在不妨礙水泥質(zhì)量的同時(shí)將稀有元素濃縮收集，充分利用了資源。


圖I為本發(fā)明的水泥窯外預(yù)分解窯尾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明的水泥生產(chǎn)過(guò)程中稀有元素的收集裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。參見(jiàn)圖1，水泥窯外預(yù)分解窯尾系統(tǒng)包括預(yù)熱器1，與預(yù)熱器I連接的回轉(zhuǎn)窯2、與回轉(zhuǎn)窯2連接的冷卻機(jī)3，預(yù)熱器I包括多級(jí)旋風(fēng)筒、連接風(fēng)管和分解爐12，多級(jí)旋風(fēng)筒自上而下依次為一級(jí)旋風(fēng)筒4、二級(jí)旋風(fēng)筒5、三級(jí)旋風(fēng)筒6、四級(jí)旋風(fēng)筒7和五級(jí)旋風(fēng)筒8，多級(jí)旋風(fēng)筒的各個(gè)旋風(fēng)筒之間由連接風(fēng)管串聯(lián)連接，連接風(fēng)管包括出風(fēng)管和進(jìn)風(fēng)管，如與四級(jí)旋風(fēng)筒7連接的連接風(fēng)管包括進(jìn)風(fēng)管10和出風(fēng)管9，五級(jí)旋風(fēng)筒8通過(guò)連接風(fēng)管11與分解爐12連接。參見(jiàn)圖2，本發(fā)明的水泥窯外預(yù)分解窯中稀有元素收集裝置，包括氣體混合室15、旋風(fēng)筒19、收集室17，氣體混合室15設(shè)有氣體進(jìn)口 14，第一風(fēng)管13將氣體混合室15與預(yù)熱器I中的多級(jí)旋風(fēng)筒的連接風(fēng)管連接，優(yōu)選的與四級(jí)旋風(fēng)筒7的出風(fēng)管9連接，第一風(fēng)管13與四級(jí)旋風(fēng)筒7的出風(fēng)管9連接方式為在出風(fēng)管9上設(shè)孔，將第一風(fēng)管13插入孔中即可；第二風(fēng)管16將氣體混合室15與旋風(fēng)筒19連接，旋風(fēng)筒19的底部與收集室17連接，旋風(fēng)筒19的頂部設(shè)有氣體出口 18，氣體出口 18與廢氣處理系統(tǒng)20連接，所述的廢氣處理系統(tǒng)20包括引風(fēng)機(jī)，引風(fēng)機(jī)上設(shè)有閥門(mén)，該閥門(mén)用于控制從多級(jí)旋風(fēng)筒的連接風(fēng)管中引出的氣體的量。水泥窯外預(yù)分解窯尾系統(tǒng)生產(chǎn)水泥熟料的過(guò)程中，由生料中的固體復(fù)合礦物A(B)n帶入的稀有元素A有部分被廢煙氣帶出，因窯內(nèi)廢煙氣溫度高(1373K左右)，這部分稀有元素A并不會(huì)在窯內(nèi)冷凝富集，而會(huì)被廢煙氣帶走，被煙氣帶走后，稀有元素A在多級(jí)旋風(fēng)筒的合適部位(如三極、四級(jí)和入窯連接管道)，由于溫度較低而冷凝，隨著生料沉集又一次入窯；如此循環(huán)、稀有元素A會(huì)在預(yù)熱器內(nèi)循環(huán)富集。由于水泥窯外預(yù)分解窯尾系統(tǒng)中廢煙氣在各級(jí)旋風(fēng)筒中的進(jìn)出口溫度大概為，一級(jí)旋風(fēng)筒4氣體入口約643K，氣體出口約583K ;二級(jí)旋風(fēng)筒5氣體入口約733K，氣體出口約673K ;三級(jí)旋風(fēng)筒6氣體入口約873K，氣體出口約813K ;四級(jí)旋風(fēng)筒7氣體入口約1033K，氣體出口約973K ;五級(jí)旋風(fēng)筒8氣體入口約1173K，氣體出口約1113K。例如生料中的一些稀有元素及其化合物的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)溫度在823K 1623K之間，在多級(jí)旋風(fēng)筒的連接管道內(nèi)廢煙氣的溫度高于稀有元素A的沸點(diǎn)時(shí)，稀有元素A以氣體的形式存在于廢煙氣中，從預(yù)熱器中的多級(jí)旋風(fēng)筒的連接風(fēng)管中弓I出不大于連接風(fēng)管中氣體總體積50%的氣體，經(jīng)冷空氣降溫后氣體中的稀有元素A冷凝，通入的冷空氣的量以使氣體中有固體凝固即可，收集冷凝后的固體，剩余氣體排出。第一風(fēng)管13與多級(jí)旋風(fēng)筒的連接風(fēng)管的連接點(diǎn)的選取，通常應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面，一是需要收集的稀有元素A，如果該稀有元素A的沸點(diǎn)為T(mén)，則第一風(fēng)管13與多級(jí)旋風(fēng)筒的連接風(fēng)管連接處的廢煙氣的溫度應(yīng)該高于T ;二是在滿足上述條件下，盡量選擇溫度低一些的地方，因?yàn)閺臏囟雀叩牡胤揭鰵怏w，即使是較小的一部分，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的熱損耗比較大，可能會(huì)對(duì)生料的熱交換產(chǎn)生影響；三是如果稀有元素A的的沸點(diǎn)T較高時(shí)，從較高溫度的廢煙氣中抽出的氣體量不宜太多，以使生料的預(yù)熱能夠順利完成，保證水泥的質(zhì)量。五級(jí)旋風(fēng)筒8與分解爐12的連接風(fēng)管11以及五級(jí)旋風(fēng)筒的出風(fēng)管中的氣體溫度較高，從既能收集稀有元素A又能夠盡量減少熱損耗考慮，本發(fā)明優(yōu)選從四級(jí)旋風(fēng)筒7的出風(fēng)管9中引出占連接風(fēng)管中氣體總體積30%的氣體，該部分氣體與氣體混合室15中的氣體進(jìn)口 14通入的冷空氣混合，通入的冷空氣的量以使氣體中有固體凝固即可，經(jīng)降溫后氣體中沸點(diǎn)在823K 973K之間的稀有元素A冷凝，收集冷凝后的固體，剩余的低溫稀窯氣經(jīng)旋風(fēng)筒19頂部的氣體出口 18排出后進(jìn)入廢氣處理系統(tǒng)。當(dāng)然，以上僅是本發(fā)明的應(yīng)用范例，對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。除上述 實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種水泥窯外預(yù)分解窯中稀有元素的收集裝置，其特征在于包括氣體混合室、旋風(fēng)筒、收集室，所述氣體混合室設(shè)有氣體進(jìn)口，第一風(fēng)管用于將氣體混合室的一端與預(yù)熱器中的多級(jí)旋風(fēng)筒的連接風(fēng)管連接，氣體混合室的另一端通過(guò)第二風(fēng)管與旋風(fēng)筒連接，旋風(fēng)筒的頂部設(shè)有氣體出口，旋風(fēng)筒的底部與收集室連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水泥窯外預(yù)分解窯中稀有元素的收集裝置，其特征在于第一風(fēng)管與四級(jí)旋風(fēng)筒的出風(fēng)管連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的水泥窯外預(yù)分解窯中稀有元素的收集裝置，其特征在于旋風(fēng)筒頂部的氣體出口與廢氣處理系統(tǒng)連接，所述的廢氣處理系統(tǒng)包括引風(fēng)機(jī)。
4.采用權(quán)利要求I或2或3所述裝置在水泥預(yù)熱預(yù)分解過(guò)程中收集稀有元素的方法，其特征在于從預(yù)熱器中的多級(jí)旋風(fēng)筒的連接風(fēng)管中引出不大于連接風(fēng)管中氣體總體積50%的氣體，經(jīng)降溫后氣體中的稀有元素冷凝，收集冷凝后的固體，剩余氣體排出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水泥生產(chǎn)過(guò)程中稀有元素的收集方法，其特征在于氣體的降溫采用與冷空氣混合的方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的水泥生產(chǎn)過(guò)程中稀有元素的收集方法，其特征在于引出部分氣體占總體積的30%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種水泥窯外預(yù)分解窯中稀有元素的收集裝置，包括氣體混合室、旋風(fēng)筒、收集室，所述氣體混合室設(shè)有氣體進(jìn)口，第一風(fēng)管用于將氣體混合室的一端與預(yù)熱器中的多級(jí)旋風(fēng)筒的連接風(fēng)管連接，氣體混合室的另一端通過(guò)第二風(fēng)管與旋風(fēng)筒連接，旋風(fēng)筒的頂部設(shè)有氣體出口，旋風(fēng)筒的底部與收集室連接。本發(fā)明還涉及采用該裝置收集稀有元素的方法。(1)借助水泥生產(chǎn)過(guò)程中的工藝特點(diǎn)，將所需元素進(jìn)行濃縮收集，工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，不需要單獨(dú)進(jìn)行礦石開(kāi)采，成本低；(2)收集過(guò)程中無(wú)廢料廢棄物排出，不會(huì)對(duì)環(huán)保帶來(lái)新的污染源；(3)本發(fā)明在在不妨礙水泥質(zhì)量的同時(shí)將稀有元素濃縮收集，充分利用了資源。
文檔編號(hào)C04B7/43GK102649630SQ20121013695
公開(kāi)日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2012年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月7日
發(fā)明者丁蘇東, 劉淵, 吳德厚, 孫德群, 嵇磊, 肖國(guó)先, 蔡玉良, 趙美江 申請(qǐng)人:中國(guó)中材國(guó)際工程股份有限公司, 中材國(guó)際環(huán)境工程(北京)有限公司, 中材裝備集團(tuán)有限公司南京分公司