一种强化氧化焙烧钕铁硼合金加工含油废料的回转炉装置及方法与流程

1.本发明属于废弃物资源化利用领域，尤其是涉及一种带温度控制的强化氧化焙烧钕铁硼合金加工含油废料的回转炉装置及方法。


背景技术：

2.在烧结型钕铁硼合金永磁体生产过程中，因切割、打磨、氧化废弃等原因会产生30％
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40％的废料，废料元素组成与合金材料基本相同，其中的稀土元素含量远远高于稀土矿中稀土元素的含量，对这部分加工废料中的稀土元素加以回收利用，具有极高的经济价值与社会环保效益。从废弃钕铁硼合金中回收稀土元素的工艺主要分为直接利用、火法回收、湿法回收、离子液体萃取回收等。钕铁硼合金加工含油废料的直接利用与火法回收要求原料中钕铁硼合金的氧化程度低，对原料要求高，而离子液体萃取等新工艺尚在进一步完善中，湿法回收对物料的适应性强，回收效率及产物纯度较高。目前针对钕铁硼合金加工含油废料，由于废料产自钕铁硼合金加工过程中的不同步骤，不同来源的废料氧化程度不同，组分构成也不尽相同，采用湿法回收利用具有极大的优势。
3.湿法回收工艺主要方法有盐酸全溶法、盐酸优溶法、复盐沉淀法等，盐酸全溶法回收钕铁硼废料具有流程复杂、化学试剂消耗量大、成本高、二次污染严重、稀土元素分离不彻底等缺点，复盐沉淀法同样有流程复杂、试剂消耗量大、回收效率有待提高等问题，且含油废料中含有的切削油对于盐酸全溶法，复盐沉淀法等工艺的酸溶解效率会产生影响，导致部分稀土元素无法溶解，造成稀土回收率下降。盐酸优溶法即氧化焙烧
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盐酸溶解法，指先将废料经过氧化焙烧，去除其中的有机质，铁、钕被氧化成三氧化二铁和三氧化二钕，焙烧产物再与盐酸反应，通过控制溶液ph值，使稀土元素优先溶解，再经过沉淀分离得到纯的三氧化二钕。盐酸优溶法高效回收稀土的关键在于氧化焙烧过程的优化控制，将废料中的铁和钕氧化成三氧化二铁和三氧化二钕，而不发生颗粒高温团聚和避免氧化亚铁的形成。含油废料的氧化焙烧不仅是盐酸优溶法的必备步骤，同时也是其他多种湿法回收工艺所需步骤。
4.回转炉在氧化处置废弃物上有着广泛的应用，其操作控制简单，炉内无复杂运动部件，对物料适应性好。回转炉氧化焙烧钕铁硼合金加工含油废料是工业上常用方法，在回转窑氧化焙烧含油废料的过程中，由于含油废料的易燃易氧化、密度大等特性，废料在回转炉内极易受热氧化燃烧，导致回转炉前半段接近给料口处温度过高，使得含油废料烧结成块，内部的钕和铁氧化不完全，堆积物料表面氧化产物受热温度过高发生进一步反应和晶相组织变化、团聚等，影响后续回收步骤中钕、铁氧化物的分离，降低钕的回收效率，增加盐酸优溶液中亚铁离子浓度，提高回收成本。
5.为了控制废料在回转窑进料口附近的氧化燃烧，需要减少给料量与降低回转窑转速，进一步降低了回转窑对含油废料的氧化焙烧处置速度，导致氧化焙烧步骤成为限制盐酸优溶法回收含油废料速度与回收率的重要因素。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种强化氧化焙烧钕铁硼合金加工含油废料的回转炉装置，可以克服现有回转窑处置钕铁硼合金加工含油废料过程中遇到的废料堆积燃烧、物料氧化不完全、物料局部高温过热导致相变等问题，从而优化废料的氧化焙烧，加快废料处置速度。
7.一种强化氧化焙烧钕铁硼合金加工含油废料的回转炉装置，包括前固定端盖、后固定端盖以及可旋转设置在两固定端盖之间的回转窑炉体；
8.所述的回转窑炉体内部设有至少一根强化曝气管，所述强化曝气管的前后两端分别固定在前固定端盖、后固定端盖上靠近下端的位置，强化曝气管的前端开口与鼓风机连接；
9.所述强化曝气管的下表面设有多个曝气孔，在回转窑炉体内部由前向后的方向上，强化曝气管上根据曝气孔的密度分为密集区、过渡区和稀疏区；所述的强化曝气管在密集区、过渡区和稀疏区的管壁上分别设有测温热电偶；每个测温热电偶与设置在回转窑炉体外部的温度曝气量控制系统连接，所述温度曝气量控制系统根据测温热电偶监测的回转窑炉体内不同区的温度来控制鼓风机的输出气流量。
10.本发明中，回转炉内增加了专门设计的强化曝气管和温控热电偶，炉外增加的温度曝气量控制系统，通过增加的强化曝气管使得废料的氧化焙烧过程变得更加可控，通过热电偶实时监测炉内温度信息，根据温度变化及时对曝气流量进行调节，使系统稳定运行。
11.进一步地，所述后固定端盖在朝向回转窑炉体的一侧设有窑内视频监视器和燃烧器。
12.进一步地，所述前固定端盖在靠近上端的位置设有与给料机连接的进料口，所述后固定端盖的下端部设有出料口。
13.所述的出料口与出料收集仓连接，所述的出料收集仓上连接有引风机。
14.进一步地，所述给料机的上游设有物料预处理装置，用于将不同来源含油废料根据热值高低按不同比例混合，将混合废料与40
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20目粗细石英砂按7:1～10:1的比例混合搅拌，混合料经10目标准筛分筛后作为进炉物料，大于10目的物料进行再破碎处理。
15.优选地，所述强化曝气管的前后两端分别与前固定端盖、后固定端盖上靠近下端15～30cm的位置固定。由于强化曝气管靠近回转窑炉体的下部，可以强化回转炉内气流扰动，避免了含油废料燃烧局部温度过高导致氧化产物出现烧结团聚，回转炉处置钕铁硼合金加工含油废料的速度得到明显的提升，同时，加快含油废料的氧化燃烧与钕、铁、硼的氧化，促进铁完全氧化成三氧化二铁，避免了亚铁离子对后续回收步骤的干扰作用。
16.优选地，所述强化曝气管上的曝气孔直径均为8～15mm，在密集区，相邻曝气孔的间隔为30～50mm；在过渡区，相邻曝气孔的间隔为150～250mm；在稀疏区，相邻曝气孔的间隔为300～450mm。
17.本发明还提供了一种强化钕铁硼合金加工含油废料的方法，使用上述回转炉装置，包括：
18.步骤1，将不同来源含油废料根据热值高低按不同比例混合，控制混合废料热值在5000～6500kj/kg，将混合废料与40
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20目粗细石英砂按7:1～10:1的比例混合搅拌，混合料经10目标准筛分筛后作为进炉废料，大于10目的物料进行再破碎处理；
19.步骤2，使用燃烧器加热回转窑炉体(1)，开启鼓风机(6)为强化曝气管(2)送风，等
待炉内温度稳定在450～550℃；
20.步骤3，在回转窑炉体(1)运行过程中，通过强化曝气管上密集区、过渡区和稀疏区的曝气孔向回转窑炉体(1)内曝气，将步骤1准备好的进炉废料通过给料机进入炉内后受热燃烧并发生铁、钕的氧化，废料燃烧和钕、铁氧化产生的部分热量以及燃烧气体产物被曝气气流带走，剩余热量用以维持物料的氧化反应；
21.焙烧过程中炉内不同区域温度经热电偶实时测量，当温度升高时，温度曝气量控制系统(4)加大鼓风机(6)输出气流，增加曝气流量，促使更多热量被气流带走；当温度下降时，减少曝气流量；
22.步骤4，废料经过密集区的燃烧后逐渐回转下移，在下移至过渡区和稀疏区的过程中，曝气气流继续吹动废料，使废料中未完全氧化的铁进一步氧化成三氧化二铁；
23.步骤5，经过氧化焙烧的废料掉入布置在回转窑尾部的物料收集仓。
24.进一步地，步骤3和步骤4中，通过视频观察回转窑炉体(1)内的粉尘分布，对给料速度、曝气流量和回转炉转速进行调节，使得含油废料在炉内的氧化焙烧高效进行。
25.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
26.1、本发明中回转炉内增加了专门设计的强化曝气管和温控热电偶，炉外增加的温度曝气量控制系统，通过增加的强化曝气管使得废料的氧化焙烧过程变得更加可控，通过热电偶实时监测炉内温度信息，根据温度变化及时对曝气流量进行调节，使得回转炉内各区域温度趋向均匀，避免了局部过热区域的出现，使系统稳定运行。
27.2、增加的强化曝气管后向物料密集区不断曝气，加快含油废料的氧化燃烧与钕、铁、硼的氧化，促进铁完全氧化成三氧化二铁，避免了亚铁离子对后续回收步骤的干扰作用，使得后续分离回收过程能更高效的进行，同时可以用相对低价的碳酸氢铵代替草酸，降低成本，提高经济效益。同时，强化回转炉内气流扰动，避免了含油废料燃烧局部温度过高导致氧化产物出现烧结团聚，回转炉处置钕铁硼合金加工含油废料的速度得到明显的提升，设备使用效率提高。
28.3、本发明根据强化曝气管下表面的曝气孔密度分为密集区、过渡区和稀疏区，密集区曝气孔起到为含油废料燃烧氧化提供氧气、吹动物料、吸收热量、带走烟气污染物的作用；过渡区和稀疏区曝气口起到强化炉内气流扰动、吹动下行物料翻动与补充氧化空气作用。
附图说明
29.图1为本发明一种强化钕铁硼合金加工含油废料的回转炉装置结构示意图；
30.图2为本发明实施例中强化曝气管的结构示意图。
31.图中：1
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回转窑炉体，2
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强化曝气管，21
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曝气孔，3
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测温热电偶，4
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温度曝气量控制系统，5
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给料机，6
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鼓风机，7
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出料收集仓，8
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窑内视频监视器，9
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燃烧器，10
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引风机，11
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前固定端盖，12
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后固定端盖，13
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物料预处理装置。
具体实施方式
32.下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
33.如图1所示，一种强化氧化焙烧钕铁硼合金加工含油废料的回转炉装置，包括前固定端盖11、后固定端盖12以及可旋转设置在两固定端盖之间的回转窑炉体1。
34.回转窑炉体1内部设有一根强化曝气管2，强化曝气管2的前后两端分别与前固定端盖11、后固定端盖12上靠近下端的位置固定，强化曝气管2的前端开口与鼓风机6连接。
35.后固定端盖12在朝向回转窑炉体1的一侧设有窑内视频监视器8和燃烧器9。前固定端盖11在靠近上端的位置设有与给料机5连接的进料口，给料机5的上游设有物料预处理装置13。后固定端盖12的下端部设有出料口，出料口与出料收集仓7连接，出料收集仓7上连接有引风机10。
36.强化曝气管2的下表面设有多个曝气孔21，在回转窑炉体1内部由前向后的方向上，强化曝气管2上根据曝气孔21的密度分为密集区、过渡区和稀疏区。强化曝气管2在密集区、过渡区和稀疏区的管壁上分别设有测温热电偶3；每个测温热电偶3与设置在回转窑炉体1外部的温度曝气量控制系统4连接，温度曝气量控制系统4根据测温热电偶3监测的回转窑炉体1内不同区的温度来控制鼓风机6的输出气流量。
37.本实施例中，回转窑炉体1长5米，内径为0.8米。强化曝气管2的外径70mm，内径50mm，管道从回转窑炉体1的前固定端盖11接入联通至回转窑炉体1的后固定端盖12，强化曝气管2安装在回转窑入口端最低点上方20cm处，曝气孔开设在强化曝气管2的下部。强化曝气管2靠近进料口端(布风管前端)每隔40mm开设直径10mm的曝气孔，此类曝气孔定义为密集区曝气孔，共设置20个，曝气密集区后每隔190mm开设直径10mm的曝气孔，共设置10个，定义为过渡区曝气孔，曝气过渡区后每隔390mm开设直径10mm的曝气孔，共开设4个，定义为稀疏区曝气孔。炉内测温热电偶3分别布置在强化曝气管2不同曝气区段上，以监测不同区段炉内温度。密集区曝气孔起到为含油废料燃烧氧化提供氧气、吹动物料、吸收热量、带走烟气污染物的作用；过渡区和稀疏区曝气孔起到强化炉内气流扰动、吹动下行物料翻动与补充氧化空气作用。
38.强化曝气管2产生的高速气流不仅提供氧化空气与吸收携带热量，同时对炉内废料加以吹动，避免形成大块堆积物，使废料氧化更加均匀。废料经过密集区燃烧后逐渐回转下移，在下移过程中曝气气流继续加热废料、吹动废料，使废料中未完全氧化的铁进一步氧化成三氧化二铁。
39.通过强化曝气管2的曝气吹扫作用，使得废料中的有机物与钕、铁完全氧化，物料氧化过程中释放的热量部分用以维持反应的进行，部分被气流吸收后用以加热回转炉后半段。在实际处置废料过程中，因含油废料自身热值相对较高(>5000j/g)，氧化反应释放的热量足够维持回转炉处置温度在目标温度(500℃
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550℃)，无需辅助燃料。
40.下面以具体实例对本发明的回转炉装置实用过程进行描述。
41.钕铁硼合金加工含油废料氧化焙烧前，将三种不同热值的含油废料(切削料油泥，料头油泥和水磨料油泥)按2：2：1的比例混合均匀，再混合石英砂经过破碎分筛处置，此时混合废料热值在5000
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5500kj/kg范围，给料热值足以维持回转窑运行，无需辅助燃料。首先通过燃烧器9加热回转炉，开启鼓风机6使强化曝气管2吹气，等待炉内温度稳定在500℃左右后，将混合后的废料通过给料机5送入回转炉内，废料下落过程中首先经过强化曝气管2阻挡分割，减少大块废料直接掉落窑内。废料受热发生氧化燃烧，同时废料受到曝气气流的吹动与回转炉转动的作用开始缓慢移动，氧化燃烧释放的热量促使炉内温度上升，炉内温
度超过550℃后关闭燃烧器9。
42.通过布设在强化曝气管2不同区域的测温热电偶3实时监测炉内温度场变化情况，根据炉内温度变化，不断调整给料速度与强化曝气管2的曝气量，使回转炉处置含油废料达到较高的处理速度。调节回转炉转速，分别分析不同转速下，即不同氧化焙烧时间下，出口端收集到的氧化焙烧产物受热增重特性，根据分析结果调整回转窑转速，使含油废料在窑内达到充分氧化。经过氧化焙烧的废料掉入布置在回转窑尾部的出料收集仓7，经过研磨、破碎、分离石英砂后作为后续步骤给料等待进一步处置，分离得到的石英砂回收利用。
43.采用带温度控制的回转炉内强化氧化钕铁硼合金加工含油废料，通过测温热电偶3实时监测炉内温度，通过窑内视频监视器8观察炉内粉尘分布，对给料速度、曝气流量和回转炉转速进行调节，使得含油废料在炉内的氧化焙烧高效进行。回转炉运行过程中，根据曝气量实时调节尾部引风机10工作负荷，维持窑内呈现一定的负压，回转炉排气经过尾气处理系统后通过烟囱排放。
44.以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。