本發(fā)明屬于稀土濕法冶金和資源綜合利用，具體涉及一種氨碳強(qiáng)化合成稀土混合沉淀劑的裝置及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、碳酸稀土是稀土冶煉企業(yè)最主要的中間產(chǎn)品，萃取分離之前的稀土在轉(zhuǎn)運(yùn)、銷售和與下游萃取分離工序銜接時(shí)通常都以碳酸稀土的形式，單一稀土元素在轉(zhuǎn)化成稀土氧化物、其他鹽類化合物或稀土拋光材料、發(fā)光材料、稀土金屬等，也多以碳酸稀土為中間產(chǎn)物。多年來，出于經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保兩方面原因，稀土碳酸鹽的獲得都是以碳酸氫銨為沉淀劑。為了提高碳酸氫銨中碳酸根的利用率，近年來許多稀土冶煉企業(yè)采用氨水與碳酸氫銨的混合溶液作為稀土沉淀劑，被稱為稀土混合沉淀劑。

2、稀土混合沉淀劑在工業(yè)中的配置方法是用一定濃度的氨水溶解固體碳酸氫銨而得。不同稀土元素對稀土混合沉淀劑的濃度和氨水與碳酸氫銨的比例稍有不同，總體范圍是混合沉淀劑中的銨根總濃度為3.0～4.0mol/l，碳酸氫銨的加入量為銨根總濃度的60～90％，與傳統(tǒng)的碳酸氫銨和氯化稀土溶液反應(yīng)生產(chǎn)碳酸稀土相比，混合沉淀劑具有碳酸稀土產(chǎn)品成分穩(wěn)定、氯根少、碳酸氫銨用量少、廢水量少、廢水中氯化銨濃度高等顯著優(yōu)點(diǎn)。

3、近年來，北方稀土冶煉分公司采用氯化銨廢水加入石灰通過蒸氨塔得到氨水，實(shí)現(xiàn)了稀土沉淀廢水和稀土萃取廢水的氨循環(huán)利用，而且得到氨水的成本相較于直接采購降低約50％。但由于氨水只能用于稀土元素分離過程萃取劑的皂化，不能直接作為沉淀稀土用的沉淀劑，導(dǎo)致企業(yè)氨水過剩而碳酸氫銨需要購買的失衡局面。鑒于再生氨水的成本優(yōu)勢，如果將氨水轉(zhuǎn)化成符合稀土沉淀用的混合沉淀劑，既有利可圖，也能解決稀土冶煉企業(yè)內(nèi)部氨利用失衡，對稀土冶煉行業(yè)技術(shù)進(jìn)步和資源循環(huán)利用有重要意義。

4、依據(jù)氨水溶液與二氧化碳的反應(yīng)，制備混合沉淀劑，主要的技術(shù)瓶頸在于氨對二氧化碳吸收受限于氣液界面?zhèn)髻|(zhì)，反應(yīng)過程涉及多個(gè)中間反應(yīng)，反應(yīng)效率并不高。由于nh3、co2以及產(chǎn)物碳酸氫銨不穩(wěn)定、易揮發(fā)，會(huì)造成nh3逃逸、co2吸收效率低等問題。二氧化碳吸收速率與氨逃逸屬于一對矛盾體，為了增大co2捕集速率，通常采用提高氨水濃度和吸收反應(yīng)溫度的方式，但這將同時(shí)增加吸收過程的氨逃逸速率。而從氨逃逸的觀點(diǎn)來看，吸收溫度應(yīng)盡可能低，但這需要增加額外能量來維持氨水的低溫。此外，在優(yōu)化傳質(zhì)的反應(yīng)設(shè)備方面，主要采用增長氣液接觸時(shí)間、增大氣液接觸面積、增強(qiáng)氣液混合程度的方式來強(qiáng)化，需要采用更大尺寸的反應(yīng)器或者采用更大的液氣比，導(dǎo)致反應(yīng)設(shè)備大型化，常用的反應(yīng)裝備如碳化塔、鼓泡塔、填料塔、篩板塔等都會(huì)有十余米高，甚至數(shù)十米高，碳酸氫銨的產(chǎn)量一般在數(shù)十萬噸每年。此類設(shè)備不僅存在單位處理量投資高，二氧化碳利用率低，而且合成的混合沉淀劑中碳酸氫銨比例不穩(wěn)定。此外，更復(fù)雜的是，稀土元素是十余種元素的統(tǒng)稱，產(chǎn)出的碳酸稀土種類多樣，以全球最大的稀土冶煉企業(yè)北方稀土冶煉分公司為例，工業(yè)產(chǎn)品的碳酸稀土包括碳酸鑭、碳酸鈰、混合碳酸鑭鈰、碳酸鐠釹等，而每種碳酸稀土產(chǎn)品對稀土混合沉淀劑的氨水、碳酸氫銨的濃度、比例并不相同，顯然，大型化的塔器類設(shè)備無論從經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性等多方面并不適合氨水制備稀土混合沉淀劑的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種氨碳強(qiáng)化合成稀土混合沉淀劑的裝置及其應(yīng)用，運(yùn)用該裝置能夠高效、低耗、一步、連續(xù)地合成制備碳酸稀土用的稀土混合沉淀劑。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種氨碳強(qiáng)化合成稀土混合沉淀劑的裝置，采用如下技術(shù)方案：

3、一種氨碳強(qiáng)化合成稀土混合沉淀劑的裝置，包括：氨碳強(qiáng)化合成反應(yīng)器1，所述氨碳強(qiáng)化合成反應(yīng)器1為立方體結(jié)構(gòu)，且上端設(shè)置有稀土混合沉淀劑循環(huán)返回進(jìn)口1-8、下端設(shè)置有稀土混合沉淀劑出口1-9，所述稀土混合沉淀劑循環(huán)返回進(jìn)口1-8經(jīng)內(nèi)部設(shè)置的人字形板束1-c、1-d、1-e與稀土混合沉淀劑出口1-9相連。

4、進(jìn)一步的，所述氨碳強(qiáng)化合成反應(yīng)器1內(nèi)部設(shè)置有5組人字形板束1-a、1-b、1-c、1-d、1-e，所述板束由多個(gè)方向垂直相反的人字形板片1-a和1-b依次交替疊羅焊接組成，各人字形板片之間留有不大于板片幾何厚度的用于流體運(yùn)動(dòng)的空隙；所述冷卻液通路與稀釋水、氨水、二氧化碳通路布設(shè)于相隔空隙中，且流向相反。

5、更進(jìn)一步的，所述氨碳強(qiáng)化合成反應(yīng)器1外部還設(shè)置有液態(tài)二氧化碳進(jìn)口1-1、冷卻循環(huán)水出口1-2、二氧化碳二次減壓調(diào)節(jié)器1-3、二氧化碳?xì)饣隹?-4、氨水進(jìn)口1-5、稀釋水進(jìn)口1-6和冷卻循環(huán)水進(jìn)口1-7，其中：

6、所述人字形板束1-a的下端布設(shè)液態(tài)二氧化碳進(jìn)口1-1和冷卻循環(huán)水出口1-2，上端布設(shè)二氧化碳二次減壓調(diào)節(jié)器1-3；

7、所述人字形板束1-b的下端布設(shè)二氧化碳二次減壓調(diào)節(jié)器1-3，上端布設(shè)二氧化碳?xì)饣隹?-4；

8、所述人字形板束1-c的上端布設(shè)氨水進(jìn)口1-5、稀釋水進(jìn)口1-6并與二氧化碳?xì)饣隹?-4相連，同一端還布設(shè)稀土混合沉淀劑出口1-8；

9、所述人字形板束1-e的下端布設(shè)冷卻循環(huán)水進(jìn)口1-7和稀土混合沉淀劑出口1-9。

10、更進(jìn)一步的，所述的人字形板片1-a和1-b為波紋板片，所述波紋幾何尺寸執(zhí)行板式熱交換器的nb/t?47004國際標(biāo)準(zhǔn)。

11、值得說明的是，本發(fā)明利用循環(huán)冷卻水吸收氨水與二氧化碳反應(yīng)放出的熱量，然后用循環(huán)冷卻水吸收的熱量補(bǔ)償液態(tài)二氧化碳?xì)饣諢?，由此，既?qiáng)化了換熱效率，也有效提高了二氧化碳的吸收效率。

12、進(jìn)一步的，所述的氨碳強(qiáng)化合成稀土混合沉淀劑的裝置還包括：尾氣氨吸收器2、液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)罐3、制冷機(jī)4和中轉(zhuǎn)罐5；

13、其中，所述尾氣氨吸收器2頂部有稀釋水進(jìn)口2-1，底部的稀釋水出口2-3與稀釋水進(jìn)口1-6通過管路相連組成稀釋水通路；所述液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)罐3的出料閥門3-1與液態(tài)二氧化碳進(jìn)口1-1通過管路相連組成二氧化碳通路；所述制冷機(jī)4的出口4-1與冷卻循環(huán)水進(jìn)口1-7連通，進(jìn)口4-2與冷卻循環(huán)水出口1-2連通；所述中轉(zhuǎn)罐5的出氣孔5-1與尾氣氨吸收器2的尾氣進(jìn)口2-2連通，進(jìn)口5-2與稀土混合沉淀劑出口1-9通過管路相連，且中轉(zhuǎn)罐5的底部設(shè)有成品出口5-4。

14、工作時(shí)，氨水由氨水進(jìn)口1-5進(jìn)入氨碳強(qiáng)化合成反應(yīng)器1，稀釋水由尾氣氨吸收器2頂部的稀釋水進(jìn)口2-1經(jīng)尾氣氨吸收器2底部的稀釋水出口2-3進(jìn)入氨碳強(qiáng)化合成反應(yīng)器1的稀釋水進(jìn)口1-6，液態(tài)二氧化碳由液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)罐3的出料閥門3-1經(jīng)管道由液態(tài)二氧化碳進(jìn)口1-1進(jìn)入氨碳強(qiáng)化合成反應(yīng)器1，經(jīng)氨碳強(qiáng)化合成反應(yīng)器1反應(yīng)合成的稀土混合沉淀劑經(jīng)出口1-8經(jīng)中轉(zhuǎn)罐進(jìn)口5-2進(jìn)入稀土混合沉淀劑中轉(zhuǎn)罐5，中轉(zhuǎn)罐5底部設(shè)有循環(huán)出口5-3和成品出口5-4，中轉(zhuǎn)罐出氣孔5-1與尾氣氨吸收器2的尾氣進(jìn)口2-2聯(lián)通。冷卻循環(huán)水由制冷機(jī)4的出口4-1由冷卻循環(huán)水進(jìn)口1-7進(jìn)入氨碳強(qiáng)化合成反應(yīng)器1，由冷卻循環(huán)水出口1-2從進(jìn)口4-2返回制冷機(jī)4。

15、更進(jìn)一步的，所述中轉(zhuǎn)罐5的底部還設(shè)有循環(huán)出口5-3，所述循環(huán)出口5-3與稀土混合沉淀劑循環(huán)返回進(jìn)口1-8連通。

16、本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種如上所述的氨碳強(qiáng)化合成稀土混合沉淀劑的裝置的應(yīng)用。

17、一種氨碳強(qiáng)化合成稀土混合沉淀劑的裝置的應(yīng)用，氨水與稀釋水、二氧化碳同時(shí)進(jìn)入氨碳強(qiáng)化合成反應(yīng)器1合成稀土混合沉淀劑，冷卻循環(huán)水對反應(yīng)進(jìn)行控溫；

18、其中，所述人字形板束1-a、1-b為液體二氧化碳?xì)饣迨?，人字形板?-c、1-d、1-e為氣態(tài)二氧化碳與氨水反應(yīng)板束；

19、冷卻循環(huán)水控制人字形板束1-a內(nèi)的溫度為-30～-10℃，人字形板束1-b內(nèi)的溫度為0～10℃，人字形板束1-c、人字形板束1-d、人字形板束1-e內(nèi)的溫度為15～50℃，稀土混合沉淀劑出口1-9的溫度為15～-25℃，冷卻循環(huán)水進(jìn)口1-7的溫度為5～10℃，冷卻循環(huán)水出口1-2的溫度為10～25℃。

20、進(jìn)一步的，所述液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)罐3的壓力為1.6～2.2mpa，進(jìn)入人字形板束1-a后調(diào)整為0.9～1.6mpa，液體二氧化碳在人字形板束1-a內(nèi)由液體向氣體轉(zhuǎn)化，進(jìn)入人字形板束1-b后進(jìn)一步調(diào)整為0.1～0.9mpa，并在人字形板束1-b內(nèi)二氧化碳全部轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，氣態(tài)二氧化碳由二氧化碳?xì)饣隹?-4進(jìn)入人字形板束1-c的壓力為0.1～0.2mpa。

21、進(jìn)一步的，所述二氧化碳在氨碳強(qiáng)化合成反應(yīng)器1內(nèi)的走向?yàn)?-a→1-b→1-c→1-d→1-e，氨水和稀釋水在氨碳強(qiáng)化合成反應(yīng)器1內(nèi)的走向?yàn)?-c→1-d→1-e，冷卻循環(huán)水在氨碳強(qiáng)化合成反應(yīng)器1內(nèi)的走向?yàn)?-e→1-d→1-c→1-b→1-a。

22、進(jìn)一步的，所述氨水為氯化銨與鈣堿溶液反應(yīng)吸收的氨水，濃度為3.5～11mol/l；所述的稀土混合沉淀劑為nh4+、co32-、hco3-的混合溶液，其中nh4+濃度為2.0～4.5mol/l，co32-與hco3-的濃度之和小于nh4+濃度，稀土混合沉淀劑的ph＞8。

23、進(jìn)一步的，所述合成的稀土混合沉淀劑進(jìn)入中轉(zhuǎn)罐5，中轉(zhuǎn)罐5的稀土混合沉淀劑一部分由循環(huán)出口5-3用泵循環(huán)返回反應(yīng)器1的稀土混合沉淀劑循環(huán)返回進(jìn)口1-8，再與氨水與稀釋水、二氧化碳混合，另一部分以氨水相同物質(zhì)的量由成品出口5-4用泵打出；且，所述循環(huán)出口5-3的出口流量是成品出口5-4的出口流量的3～10倍。

24、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

25、本發(fā)明公開的氨碳強(qiáng)化合成反應(yīng)器將氨水與水的混合稀釋、氨水與二氧化碳的高效反應(yīng)以及氨水與二氧化碳反應(yīng)放熱、液態(tài)二氧化碳?xì)饣鼰岬任宸N功能需求集成在一套裝備內(nèi)，人字形波紋板的構(gòu)造強(qiáng)化了液液混合、氣液反應(yīng)和熱交換，具有設(shè)備集成度高，反應(yīng)效率高，能耗低等顯著優(yōu)點(diǎn)，使得氨水與二氧化碳合成稀土混合沉淀劑的工序，相較于傳統(tǒng)塔式反應(yīng)器，能耗節(jié)約50％，設(shè)備總投資減少50％，設(shè)備占地空間減少90％，具有顯著創(chuàng)新。