CN105084323B - 一种利用硫铁矿制造硫磺和氧化铁的系统与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用硫铁矿制造硫磺和氧化铁的系统与方法。该系统包括一次脱硫设备、氧化设备以及二次脱硫设备；一次脱硫设备包括封闭式脱硫炉、废热利用装置、废热发电装置、除尘装置和硫磺回收装置等；氧化设备包括氧化炉、除尘装置、安全管和水池等；二次脱硫设备包括封闭式脱硫炉、除尘装置和硫磺回收装置等。该方法包括：采用一次脱硫设备对硫铁矿进行脱硫，得到硫化亚铁和硫磺；采用氧化设备对硫化亚铁进行氧化，得到氧化铁和单质硫的混合物；采用二次脱硫设备对氧化铁和单质硫的混合物进行二次脱硫，得到氧化铁和硫磺。本发明提供的系统和方法能够利用硫铁矿直接制造出硫磺和氧化铁，具有工艺生产成本低、绿色环保、硫的利用率高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用硫铁矿制造硫磺和氧化铁的系统与方法，属于冶金领域中的硫铁矿冶炼技术领域。
背景技术
硫铁矿广泛存在于地球，在世界上有很多矿山都有产出。既有单独生产硫铁矿的矿山，也有很多有色矿山副产硫铁矿。在一些煤矿中也含有一定数量的硫铁矿。
在世界上很多有色矿山的矿石中都含有一定数量的硫铁矿，但是由于硫铁矿的价值较低，大都无法回收利用，被直接排入尾矿中。由于硫铁矿会随时间推移逐步氧化，因而会造成严重的环境污染。在中国，硫铁矿大多被用来生产硫酸。但是，硫磺生产硫酸相比硫铁矿生产硫酸，项目投资更省，且更加环保。
采用硫铁矿生产硫磺在80年代以前曾经在中国出现过，主要采用硫铁矿和煤炭在贫氧条件下获得硫磺，硫的利用率一般不超过70％，因此，造成了极为严重的环保问题，所以硫铁矿制硫磺的工艺基本停用。国内有专利采用二步法生产硫磺，先将硫铁矿的硫氧化成二氧化硫，再用煤炭进行还原，但因其成本过高而没有在生产中使用。目前为止，尚无低成本、经济和环保的技术方案能利用硫铁矿生产硫磺和氧化铁。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种利用硫铁矿制造硫磺和氧化铁的系统与方法。采用本发明提供的系统和方法能够利用硫铁矿直接制造生产出硫磺和氧化铁，并且具有工艺生产成本低、绿色环保、硫的利用率高等优点。
为达到上述目的，本发明首先提供了一种利用硫铁矿制造硫磺和氧化铁的系统，其包括：一次脱硫设备、氧化设备以及二次脱硫设备；
其中，所述一次脱硫设备包括封闭式脱硫炉、废热利用装置、废热发电装置、除尘装置和硫磺回收装置；所述封闭式脱硫炉的炉体下部连接有相对侧设置的进料斗和出料斗，所述封闭式脱硫炉设有供热装置，所述封闭式脱硫炉的炉体底部设有进气管道；所述废热利用装置的第一个接口通过管道连接于所述封闭式脱硫炉的炉体上部，所述废热利用装置的第二个接口通过管道连接于所述废热发电装置的第一个接口，所述废热发电装置的第二个接口通过管道连接于所述除尘装置的第一个接口；所述除尘装置的第二个接口通过管道连接于所述硫磺回收装置的第一个接口，所述硫磺回收装置的第二个接口通过管道连接于所述废热利用装置的第三接口；所述一次脱硫设备用于对硫铁矿进行脱硫，以得到硫化亚铁和硫磺；
所述氧化设备包括氧化炉、除尘装置、安全管和水池；所述氧化炉的炉体下部设有相对侧设置的进料斗和出料斗，所述氧化炉的炉体内部设有移热装置，所述氧化炉的炉体底部设有进气管道，并在该管道上设有风机；所述氧化炉的炉体上部通过管道连接于所述除尘装置；所述氧化炉的炉体顶部连接于所述安全管的一端，并且所述安全管的另一端浸没于所述水池中；所述氧化设备用于对所述一次脱硫设备产出的硫化亚铁进行氧化，得到氧化铁和单质硫的混合物；
所述二次脱硫设备包括封闭式脱硫炉、除尘装置和硫磺回收装置；所述封闭式脱硫炉的炉体下部连接有相对侧设置的进料斗和出料斗，所述封闭式脱硫炉设有供热装置，所述封闭式脱硫炉的炉体底部设有进气管道；所述除尘装置的一个接口通过管道连接于所述封闭式脱硫炉的炉体上部，所述除尘装置的另一个接口通过管道连接于所述硫磺回收装置的一个接口；所述二次脱硫设备用于对所述氧化设备产出的氧化铁和单质硫的混合物进行二次脱硫，以分离得到氧化铁和硫磺。
在上述的系统中，优选地，所述一次脱硫设备及二次脱硫设备中的封闭式脱硫炉包括沸腾焙烧炉、圆盘旋转式焙烧炉或回转窑等，其他适用的常规装置也可以采用。可根据进入封闭式脱硫炉进行处理的硫铁矿(进入一次脱硫设备)的粒度大小，或者氧化铁和单质硫的混合物(进入二次脱硫设备)的粒度大小，选择不同的封闭式脱硫炉。并且，所述一次脱硫设备及二次脱硫设备中的封闭式脱硫炉可以相同或不同。
在上述的系统中，优选地，所述氧化炉包括沸腾焙烧炉、圆盘旋转式焙烧炉或回转窑等，其他适用的常规装置也可以采用。可根据进入氧化炉进行处理的硫化亚铁的粒度大小选择不同的氧化炉。
在上述的系统中，优选地，所述移热装置是由均匀分布且垂直设置和/或水平设置在所述氧化炉的炉体内部的若干管道组成，并且所述管道内流通有移热介质。其中，所述管道的数量可根据需要设置；所述管道内的移热介质可以是液体，也可以是气体。
在上述的系统中，优选地，所述供热装置为设置在所述封闭式脱硫炉的炉体内部的加热装置(例如电加热装置)，或者为连接于所述封闭式脱硫炉的炉体外部的加热装置。
在上述的系统中，优选地，所述一次脱硫设备还包括一管道，其连接所述封闭式脱硫炉的炉体底部和所述废热利用装置的第四个接口，并在该管道上设有风机。
在上述的系统中，优选地，所述二次脱硫设备还包括一管道，其连接所述封闭式脱硫炉的炉体底部和所述硫磺回收装置的另一个接口，并在该管道上设有风机。
在上述的系统中，所述废热利用装置、废热发电装置、除尘装置和硫磺回收装置均可以为本领域的常规装置。其中，所述废热发电装置的作用主要是降温，以及将产生的蒸汽用于发电，发电可以采用常规发电机，所发的电可用于工厂使用。
根据本发明的具体实施方式，优选地，上述的系统还包括一高温氧化沸腾焙烧炉，用于对所述二次脱硫设备产出的氧化铁进行高温氧化沸腾焙烧处理，以进一步脱除所述氧化铁中残留的硫。
另一方面，本发明还提供了一种利用硫铁矿制造硫磺和氧化铁的方法，其为采用上述的系统利用硫铁矿制造硫磺和氧化铁的方法，该方法包括以下步骤：
步骤(1)：将硫铁矿通过所述一次脱硫设备的封闭式脱硫炉的进料斗送至所述封闭式脱硫炉内，同时通过所述进气管道向所述封闭式脱硫炉内通入非氧化性气体，通过所述供热装置使所述封闭式脱硫炉内的温度达到445-1000℃(优选为600-700℃)，使硫铁矿进行脱硫以分解为硫化亚铁和单质硫；所述单质硫随着所述非氧化性气体排出所述封闭式脱硫炉，然后经过所述废热利用装置和废热发电装置降温后，再经过所述除尘装置，最后进入所述硫磺回收装置，形成硫磺；所述硫化亚铁从所述封闭式脱硫炉的出料斗排出；
步骤(2)：使步骤(1)得到的硫化亚铁通过所述氧化炉的进料斗送至所述氧化炉内；同时通过所述进气管道向所述氧化炉内通入氧化性气体，通过所述移热装置使所述氧化炉内的温度控制在60至100℃(优选为65-80℃)，所述硫化亚铁被氧化为氧化铁和单质硫，并从所述氧化炉的出料斗排出；氧化所产生的气体产物经过所述除尘装置后排出；并且向所述水池中倒入水，并将所述安全管的端口浸没于水面以下(安全管以及水池的设置能够确保氧化炉在发生闪爆时，炉内气体能顺利排出)；
步骤(3)：使步骤(2)得到的氧化铁和单质硫的混合物通过所述二次脱硫设备的封闭式脱硫炉的进料斗送至所述封闭式脱硫炉内，同时通过所述进气管道向所述封闭式脱硫炉内通入非氧化性气体，通过所述供热装置使所述封闭式脱硫炉内的温度达到445-1000℃(优选为480-500℃)，使所述氧化铁和单质硫的混合物进行脱硫以分离出氧化铁和单质硫；所述单质硫随着所述非氧化性气体排出所述封闭式脱硫炉，然后经过所述除尘装置，进入所述硫磺回收装置，形成硫磺；所述氧化铁从所述封闭式脱硫炉的出料斗排出。
在上述的方法中，步骤(1)、(2)和(3)均可以在常压下进行。步骤(1)、(2)和(3)的反应时间和投料量有直接关系，可以由本领域技术人员根据具体情况而确定。在上述的方法中，优选地，步骤(1)还包括：使所述硫铁矿在所述一次脱硫设备的封闭式脱硫炉的进料斗中进行除氧，而后再送至所述封闭式脱硫炉内。其中，所述除氧的方法可以采用常规的方法，例如向进料斗中通入氮气和/或水蒸气等。
在上述的方法中，优选地，步骤(1)还包括：使从所述硫磺回收装置排出的非氧化性气体进入所述废热利用装置升温至540-560℃后，通过所述风机送回到所述封闭脱硫炉内循环使用。此时，可以仅通过所述进气管道向所述封闭式脱硫炉内补充部分非氧化性气体，使非氧化性气体循环使用即可。
在上述的方法中，优选地，在步骤(1)中，经过所述废热利用装置和废热发电装置降温后，带有所述单质硫的非氧化性介质气体的温度为450-480℃。
在上述的方法中，优选地，在步骤(2)中，送至所述氧化炉内的硫化亚铁为降温处理后的硫化亚铁。更优选地，送至所述氧化炉内的硫化亚铁添加有1％-20％的水，该水的添加量是以添加水后的硫化亚铁的总重量计。适量的水可以大幅度提高硫化亚铁的氧化速度。
在上述的方法中，优选地，步骤(3)还包括：使从所述硫磺回收装置排出的非氧化性气体通过所述风机送回到所述封闭脱硫炉内循环使用。此时，可以仅通过所述进气管道向所述封闭式脱硫炉内补充部分非氧化性气体，使非氧化性气体循环使用即可。
在上述的方法中，优选地，步骤(3)还包括：使步骤(2)得到的氧化铁和单质硫的混合物在所述二次脱硫设备的封闭式脱硫炉的进料斗中进行除氧，而后再送至所述封闭式脱硫炉内。其中，所述除氧的方法可以采用常规的方法，例如向进料斗中通入氮气和/或水蒸气等。
在上述的方法中，优选地，在步骤(1)和步骤(3)中，所述非氧化性气体包括脱氧水蒸气和/或氮气等，或者其他非氧化性气体。并且所述步骤(1)和步骤(3)中的非氧化性气体可以相同或不同。步骤(1)和步骤(3)中的非氧化性气体的作用主要是使硫铁矿、氧化铁和单质硫的混合物处于沸腾状态，并将单质硫携带出来，其用量可以由本领域技术人员根据具体情况而确定。
在上述的方法中，优选地，在步骤(2)中，所采用的氧化性气体包括空气、富氧或纯氧等。氧化性气体的作用主要是使硫化亚铁处于沸腾状态，并起到氧化作用，其用量可以由本领域技术人员根据具体情况而确定。
根据本发明的具体实施方式，优选地，上述方法还包括一步骤(4)：对步骤(3)得到的氧化铁进行高温氧化沸腾焙烧处理，以进一步脱除所述氧化铁中残留的硫。该高温氧化沸腾焙烧处理的具体反应条件可以为本领域常规的反应条件，此处不再赘述。
本发明提供的利用硫铁矿制造硫磺和氧化铁的系统和方法的特点主要在于：(1)在整个工艺过程中，硫铁矿中的硫始终没有被氧化，而是以单质硫的形式被分离出来，这不但大幅度降低了生产成本，而且杜绝了二氧化硫的污染问题；(2)工艺过程中不存在吸热反应，所采用的工艺设备采用了保温措施和废热回收装置，因此具有能耗低的优点；(3)除了所需的热源外，基本不需其他的原料，因此综合生产成本很低，经济效益较好；(4)工艺相对简单，并且工艺设备中涉及的装置大多为常规装置，项目投资较低，因此，在技术上和经济上均具有可行性，并具有较强的可实施性。
综上所述，本发明提供的利用硫铁矿制造硫磺和氧化铁的系统和方法可将硫铁矿直接制造生产出硫磺和氧化铁；并且，在工艺过程中没有硫元素的氧化和还原过程；因而，与已有的技术相比，本发明具有生产成本低、能耗低的优点，并且解决了生产过程中的环保问题，同时硫的利用率接近百分之百。本发明实现了硫铁矿低成本、低污染转化成硫磺和氧化铁，大幅度提高了硫铁矿的价值，使得原本矿山废弃在尾矿中的硫铁矿得以利用。可见，本发明具有极高的经济价值和环保价值，有利于世界有色矿山地区的环境保护。
附图说明
下面结合附图对本发明提供的利用硫铁矿制造硫磺和氧化铁的系统和方法作进一步详细的描述。
图1为本发明一具体实施方式的一次脱硫设备的结构示意图。
图2为本发明一具体实施方式的氧化设备的结构示意图。
图3为本发明一具体实施方式的二次脱硫设备的结构示意图。
主要组件符号说明：
进料斗1，供热装置2，封闭式脱硫炉3，出料斗4，废热利用装置5，废热发电装置6，除尘装置7，硫磺回收装置8，进气管道9，风机10，氧化炉11，移热装置12，安全管13，水池14。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种利用硫铁矿制造硫磺和氧化铁的系统，其包括：一次脱硫设备、氧化设备以及二次脱硫设备；
其中，如图1所示，所述一次脱硫设备包括封闭式脱硫炉3、废热利用装置5、废热发电装置6、除尘装置7和硫磺回收装置8；所述封闭式脱硫炉3的炉体下部连接有相对侧设置的进料斗1和出料斗4，所述封闭式脱硫炉3设有供热装置2，所述封闭式脱硫炉3的炉体底部设有进气管道9；所述废热利用装置5的第一个接口通过管道连接于所述封闭式脱硫炉3的炉体上部，所述废热利用装置5的第二个接口通过管道连接于所述废热发电装置6的第一个接口，所述废热发电装置6的第二个接口通过管道连接于所述除尘装置7的第一个接口；所述除尘装置7的第二个接口通过管道连接于所述硫磺回收装置8的第一个接口，所述硫磺回收装置8第二个接口通过管道连接于所述废热利用装置5的第三个接口，所述废热利用装置5的第四个接口通过管道连接于所述封闭式脱硫炉3的炉体底部，并在该管道上设有风机10；所述一次脱硫设备用于对硫铁矿进行脱硫，以得到硫化亚铁和硫磺；
如图2所示，所述氧化设备包括氧化炉11、除尘装置7、安全管13和水池14；所述氧化炉11的炉体下部设有相对侧设置的进料斗1和出料斗4，所述氧化炉11的炉体内部设有移热装置12，所述氧化炉11的炉体底部设有进气管道9，并在该管道上设有风机10；所述氧化炉11的炉体上部通过管道连接于所述除尘装置7；所述氧化炉11的炉体顶部连接于所述安全管13的一端，并且所述安全管13的另一端浸没于所述水池14中；所述氧化设备用于对所述一次脱硫设备产出的硫化亚铁进行氧化，得到氧化铁和单质硫的混合物；
如图3所示，所述二次脱硫设备包括封闭式脱硫炉3、除尘装置7和硫磺回收装置8；所述封闭式脱硫炉3的炉体下部连接有相对侧设置的进料斗1和出料斗4，所述封闭式脱硫炉3设有供热装置2，所述封闭式脱硫炉3的炉体底部设有进气管道9；所述除尘装置7的一个接口通过管道连接于所述封闭式脱硫炉3的炉体上部，所述除尘装置7的另一个接口通过管道连接于所述硫磺回收装置8的一个接口，所述硫磺回收装置8的另一个接口通过管道连接于所述封闭式脱硫炉3的炉体底部，并在该管道上设有风机10；所述二次脱硫设备用于对所述氧化设备产出的氧化铁和单质硫的混合物进行二次脱硫，以分离得到氧化铁和硫磺。
在上述的系统中，所述一次脱硫设备及二次脱硫设备中的封闭式脱硫炉3为沸腾焙烧炉、圆盘旋转式焙烧炉或回转窑等，其他适用的常规装置也可以采用。可根据进入封闭式脱硫炉3进行处理的硫铁矿(进入一次脱硫设备)的粒度大小，或者氧化铁和单质硫的混合物(进入二次脱硫设备)的粒度大小，选择不同的封闭式脱硫炉。并且，所述一次脱硫设备及二次脱硫设备中的封闭式脱硫炉3可以相同或不同。所述氧化炉11为沸腾焙烧炉、圆盘旋转式焙烧炉或回转窑等，其他适用的常规装置也可以采用。可根据进入氧化炉11进行处理的硫化亚铁的粒度大小选择不同的氧化炉。所述移热装置12是由均匀分布且垂直设置和/或水平设置在所述氧化炉11的炉体内部的若干管道组成，并且所述管道内流通有移热介质。其中，所述管道的数量可根据需要设置；所述管道内的移热介质可以是液体，也可以是气体。所述供热装置2为设置在所述封闭式脱硫炉3的炉体内部的加热装置(例如电加热装置)，或者为连接于所述封闭式脱硫炉3的炉体外部的加热装置。在所述一次脱硫设备和二次脱硫设备中，所述封闭式脱硫炉3的进料斗1的水平位置等同于或高于出料斗4的水平位置。
上述的系统还可以包括一高温氧化沸腾焙烧炉，用于对所述二次脱硫设备产出的氧化铁进行高温氧化沸腾焙烧处理，以进一步脱除所述氧化铁中残留的硫。
实施例2
本实施例提供了一种利用硫铁矿制造硫磺和氧化铁的方法，其为采用实施例1的系统利用硫铁矿制造硫磺和氧化铁的方法，该方法包括以下步骤：
步骤(1)：将硫铁矿送至所述一次脱硫设备的封闭式脱硫炉3的进料斗1中进行除氧(可以采用常规的方法，例如向进料斗1中通入氮气和/或水蒸气等)，而后再送至所述封闭式脱硫炉3内，同时通过所述进气管道9向所述封闭式脱硫炉3内通入非氧化性气体，通过所述供热装置2使所述封闭式脱硫炉3内的温度达到445-1000℃(优选为600-700℃)，使硫铁矿进行脱硫以分解为硫化亚铁和单质硫；所述单质硫随着所述非氧化性气体排出所述封闭式脱硫炉3，然后经过所述废热利用装置5和废热发电装置6降温，使带有所述单质硫的非氧化性介质气体的温度降至450-480℃，再经过所述除尘装置7，最后进入所述硫磺回收装置8，形成硫磺；使从所述硫磺回收装置8排出的非氧化性气体进入所述废热利用装置6升温至540-560℃后，通过所述风机10送回到所述封闭脱硫炉3内循环使用(此时，可以仅通过所述进气管道9向所述封闭式脱硫炉3内补充部分非氧化性气体，使非氧化性气体循环使用即可)；所述硫化亚铁从所述封闭式脱硫炉3的出料斗4排出；
步骤(2)：对步骤(1)得到的硫化亚铁进行降温处理，然后向降温处理后的硫化亚铁中添加有1％-20％的水，该水的添加量是以添加水后的硫化亚铁的总重量计(适量的水可以大幅度提高硫化亚铁的氧化速度)，然后将其通过所述氧化炉11的进料斗1送至所述氧化炉11内；向所述水池14中注入水，并将所述安全管13的端口浸没于水面以下(安全管以及水池的设置能够确保氧化炉在发生闪爆时，炉内气体能顺利排出)；同时通过所述风机10和所述进气管道9向所述氧化炉11内通入氧化性气体，通过所述移热装置12使所述氧化炉11内的温度控制在60至100℃(优选为65-80℃)，所述硫化亚铁被氧化为氧化铁和单质硫，并从所述氧化炉11的出料斗4排出；氧化所产生的气体产物经过所述除尘装置7后排出；
步骤(3)：将步骤(2)得到的氧化铁和单质硫的混合物送至所述二次脱硫设备的封闭式脱硫炉3的进料斗1中进行除氧，而后再送至所述封闭式脱硫炉3内，同时通过所述进气管道9向所述封闭式脱硫炉3内通入非氧化性气体，通过所述供热装置2使所述封闭式脱硫炉3内的温度达到445-1000℃(优选为480-500℃)，使所述氧化铁和单质硫的混合物进行脱硫以分离出氧化铁和单质硫；所述单质硫随着所述非氧化性气体排出所述封闭式脱硫炉3，然后经过所述除尘装置7，进入所述硫磺回收装置8，形成硫磺；使从所述硫磺回收装置8排出的非氧化性气体通过所述风机10送回到所述封闭脱硫炉内3循环使用(此时，可以仅通过所述进气管道9向所述封闭式脱硫炉3内补充部分非氧化性气体，使非氧化性气体循环使用即可)；所述氧化铁从所述封闭式脱硫炉3的出料斗4排出。
在上述的方法中，在步骤(1)和步骤(3)中，所述非氧化性气体包括脱氧水蒸气和/或氮气等，或者其他非氧化性气体，并且所述步骤(1)和步骤(3)中的非氧化性气体可以相同或不同。在步骤(2)中，所采用的氧化性气体包括空气、富氧或纯氧等。
上述方法还可以包括一步骤(4)：对步骤(3)得到的氧化铁进行高温氧化沸腾焙烧处理，以进一步脱除所述氧化铁中残留的硫。
实施例3
本实施例采用实施例1的系统以及实施例2的方法利用颗粒状的硫铁矿制造硫磺和氧化铁。所述颗粒状的硫铁矿的粒径为3.0mm左右。
在步骤(1)中，所采用的一次脱硫设备中封闭式脱硫炉为沸腾焙烧炉，对硫铁矿在进料斗中进行除氧的方法为向进料斗中通入氮气和/或水蒸气，非氧化性气体为氮气，所述非氧化性气体的用量为5-50m3/秒，进行脱硫处理时的封闭式脱硫炉内的温度为600-700℃，经过废热利用装置和废热发电装置降温后的带有单质硫的非氧化性介质气体的温度为450-480℃，从硫磺回收装置排出的非氧化性气体进入废热利用装置升温后达到540-560℃。步骤(1)得到的硫化亚铁的颗粒粒径为3.0mm左右。
在步骤(2)中，氧化炉为沸腾焙烧炉，向降温处理后的硫化亚铁中添加的水的量为8-15％(该水的添加量是以添加水后的硫化亚铁的总重量计)，氧化性气体为富氧，所述氧化性气体的用量为5-50m3/秒，进行氧化处理时的氧化炉内的温度为65-80℃。步骤(2)得到的氧化铁和单质硫的混合物的颗粒粒径为3.0mm左右。
在步骤(3)中，二次脱硫设备中封闭式脱硫炉为沸腾焙烧炉，对氧化铁和单质硫的混合物在进料斗中进行除氧的方法为向进料斗中通入氮气和/或水蒸气，非氧化性气体为氮气，所述非氧化性气体的用量为5-50m3/秒，进行脱硫处理时的封闭式脱硫炉内的温度为480-500℃。
所述颗粒状的硫铁矿的投料量为50吨/小时，氧化铁的产出量为32.20吨/小时，硫磺的总产出量(步骤(1)与步骤(3)的总量)为26.65吨/小时。对产品氧化铁进行化学元素检测，发现其中的残留硫含量极低。
实施例4
本实施例采用实施例1的系统以及实施例2的方法利用颗粒状的硫铁矿制造硫磺和氧化铁。所述颗粒状的硫铁矿的粒径为50.0mm左右。
在步骤(1)中，所采用的一次脱硫设备中封闭式脱硫炉为回转窑或圆盘旋转式焙烧炉，对硫铁矿在进料斗中进行除氧的方法为向进料斗中通入氮气和/或水蒸气，非氧化性气体为氮气，所述非氧化性气体的用量为5-30m3/秒，进行脱硫处理时的封闭式脱硫炉内的温度为600-700℃，经过废热利用装置和废热发电装置降温后的带有单质硫的非氧化性介质气体的温度为450-480℃，从硫磺回收装置排出的非氧化性气体进入废热利用装置升温后达到540-560℃。步骤(1)得到的硫化亚铁的颗粒粒径为50.0mm左右。
在步骤(2)中，氧化炉为回转窑或圆盘旋转式焙烧炉，向降温处理后的硫化亚铁中添加的水的量为8-15％(该水的添加量是以添加水后的硫化亚铁的总重量计)，氧化性气体为，所述氧化性气体的用量为5-30m3/秒，进行氧化处理时的氧化炉内的温度为65-80℃。步骤(2)得到的氧化铁和单质硫的混合物的颗粒粒径为50.0mm左右。
在步骤(3)中，二次脱硫设备中封闭式脱硫炉为回转窑或圆盘旋转式焙烧炉，对氧化铁和单质硫的混合物在进料斗中进行除氧的方法为向进料斗中通入氮气和/或水蒸气，非氧化性气体为氮气，所述非氧化性气体的用量为5-30m3/秒，进行脱硫处理时的封闭式脱硫炉内的温度为480-500℃。
所述颗粒状的硫铁矿的投料量为50吨/小时，氧化铁的产出量为32.20吨/小时，硫磺的总产出量(步骤(1)与步骤(3)的总量)为26.65吨/小时。对产品氧化铁进行化学元素检测，发现其中的残留硫含量极低。
由上述实施例可以看出，本发明提供的利用硫铁矿制造硫磺和氧化铁的系统和方法可将硫铁矿直接制造生产出硫磺和氧化铁；并且，在工艺过程中没有硫元素的氧化和还原过程；因而，与已有的技术相比，本发明具有生产成本低、能耗低的优点，并且解决了生产过程中的环保问题，同时硫的利用率接近百分之百。本发明实现了硫铁矿低成本、低污染转化成硫磺和氧化铁，大幅度提高了硫铁矿的价值，使得原本矿山废弃在尾矿中的硫铁矿得以利用。可见，本发明具有极高的经济价值和环保价值，有利于世界有色矿山地区的环境保护。
Claims (13)
1.一种利用硫铁矿制造硫磺和氧化铁的系统，其包括：一次脱硫设备、氧化设备以及二次脱硫设备；
其中，所述一次脱硫设备包括封闭式脱硫炉、废热利用装置、废热发电装置、除尘装置和硫磺回收装置；所述封闭式脱硫炉的炉体下部连接有相对侧设置的进料斗和出料斗，所述封闭式脱硫炉设有供热装置，所述封闭式脱硫炉的炉体底部设有进气管道；所述废热利用装置的第一个接口通过管道连接于所述封闭式脱硫炉的炉体上部，所述废热利用装置的第二个接口通过管道连接于所述废热发电装置的第一个接口，所述废热发电装置的第二个接口通过管道连接于所述除尘装置的第一个接口；所述除尘装置的第二个接口通过管道连接于所述硫磺回收装置的第一个接口，所述硫磺回收装置的第二个接口通过管道连接于所述废热利用装置的第三接口；所述一次脱硫设备用于对硫铁矿进行脱硫，以得到硫化亚铁和硫磺；
所述氧化设备包括氧化炉、除尘装置、安全管和水池；所述氧化炉的炉体下部设有相对侧设置的进料斗和出料斗，所述氧化炉的炉体内部设有移热装置，所述氧化炉的炉体底部设有进气管道，并在该管道上设有风机；所述氧化炉的炉体上部通过管道连接于所述除尘装置；所述氧化炉的炉体顶部连接于所述安全管的一端，并且所述安全管的另一端浸没于所述水池中；所述氧化设备用于对所述一次脱硫设备产出的硫化亚铁进行氧化，得到氧化铁和单质硫的混合物；
所述二次脱硫设备包括封闭式脱硫炉、除尘装置和硫磺回收装置；所述封闭式脱硫炉的炉体下部连接有相对侧设置的进料斗和出料斗，所述封闭式脱硫炉设有供热装置，所述封闭式脱硫炉的炉体底部设有进气管道；所述除尘装置的一个接口通过管道连接于所述封闭式脱硫炉的炉体上部，所述除尘装置的另一个接口通过管道连接于所述硫磺回收装置的一个接口；所述二次脱硫设备用于对所述氧化设备产出的氧化铁和单质硫的混合物进行二次脱硫，以分离得到氧化铁和硫磺。
2.根据权利要求1所述的利用硫铁矿制造硫磺和氧化铁的系统，其中，所述一次脱硫设备及二次脱硫设备中的封闭式脱硫炉包括沸腾焙烧炉、圆盘旋转式焙烧炉或回转窑；并且，所述一次脱硫设备及二次脱硫设备中的封闭式脱硫炉为相同或不同；
所述氧化炉包括沸腾焙烧炉、圆盘旋转式焙烧炉或回转窑；
所述移热装置是由均匀分布且垂直设置和/或水平设置在所述氧化炉的炉体内部的若干管道组成，并且所述管道内流通有移热介质；
所述供热装置为设置在所述封闭式脱硫炉的炉体内部的加热装置，或者为连接于所述封闭式脱硫炉的炉体外部的加热装置。
3.根据权利要求1所述的利用硫铁矿制造硫磺和氧化铁的系统，其中，所述一次脱硫设备还包括一管道，其连接所述封闭式脱硫炉的炉体底部和所述废热利用装置的第四个接口，并在该管道上设有风机；
所述二次脱硫设备还包括一管道，其连接所述封闭式脱硫炉的炉体底部和所述硫磺回收装置的另一个接口，并在该管道上设有风机。
4.根据权利要求1所述的利用硫铁矿制造硫磺和氧化铁的系统，其中，还包括一高温氧化沸腾焙烧炉，用于对所述二次脱硫设备产出的氧化铁进行高温氧化沸腾焙烧处理，以进一步脱除所述氧化铁中残留的硫。
5.一种利用硫铁矿制造硫磺和氧化铁的方法，其为采用权利要求1-4任一项所述的利用硫铁矿制造硫磺和氧化铁的系统的方法，该方法包括以下步骤：
步骤(1)：将硫铁矿通过所述一次脱硫设备的封闭式脱硫炉的进料斗送至所述封闭式脱硫炉内，同时通过所述进气管道向所述封闭式脱硫炉内通入非氧化性气体，通过所述供热装置使所述封闭式脱硫炉内的温度达到445-1000℃，使硫铁矿进行脱硫以分解为硫化亚铁和单质硫；所述单质硫随着所述非氧化性气体排出所述封闭式脱硫炉，然后经过所述废热利用装置和废热发电装置降温后，再经过所述除尘装置，最后进入所述硫磺回收装置，形成硫磺；所述硫化亚铁从所述封闭式脱硫炉的出料斗排出；
步骤(2)：使步骤(1)得到的硫化亚铁通过所述氧化炉的进料斗送至所述氧化炉内；同时通过所述进气管道向所述氧化炉内通入氧化性气体，通过所述移热装置使所述氧化炉内的温度控制在60至100℃，所述硫化亚铁被氧化为氧化铁和单质硫，并从所述氧化炉的出料斗排出；氧化所产生的气体产物经过所述除尘装置后排出；并且向所述水池中倒入水，并将所述安全管的端口浸没于水面以下；
步骤(3)：使步骤(2)得到的氧化铁和单质硫的混合物通过所述二次脱硫设备的封闭式脱硫炉的进料斗送至所述封闭式脱硫炉内，同时通过所述进气管道向所述封闭式脱硫炉内通入非氧化性气体，通过所述供热装置使所述封闭式脱硫炉内的温度达到445-1000℃，使所述氧化铁和单质硫的混合物进行脱硫以分离出氧化铁和单质硫；所述单质硫随着所述非氧化性气体排出所述封闭式脱硫炉，然后经过所述除尘装置，进入所述硫磺回收装置，形成硫磺；所述氧化铁从所述封闭式脱硫炉的出料斗排出。
6.根据权利要求5所述的利用硫铁矿制造硫磺和氧化铁的方法，其中，在步骤(1)中，通过所述供热装置使所述封闭式脱硫炉内的温度达到600-700℃。
7.根据权利要求5所述的利用硫铁矿制造硫磺和氧化铁的方法，其中，在步骤(2)中，通过所述移热装置使所述氧化炉内的温度控制在65-80℃。
8.根据权利要求5所述的利用硫铁矿制造硫磺和氧化铁的方法，其中，在步骤(3)中，通过所述供热装置使所述封闭式脱硫炉内的温度达到480-500℃。
9.根据权利要求5所述的利用硫铁矿制造硫磺和氧化铁的方法，其中，步骤(1)还包括：使从所述硫磺回收装置排出的非氧化性气体进入所述废热利用装置升温后，通过所述风机送回到所述封闭脱硫炉内循环使用；
步骤(3)还包括：使从所述硫磺回收装置排出的非氧化性气体通过所述风机送回到所述封闭脱硫炉内循环使用。
10.根据权利要求5所述的利用硫铁矿制造硫磺和氧化铁的方法，其中，在步骤(1)中，经过所述废热利用装置和废热发电装置降温后，带有所述单质硫的非氧化性介质气体的温度为450-480℃。
11.根据权利要求5所述的利用硫铁矿制造硫磺和氧化铁的方法，其中，步骤(1)还包括：使所述硫铁矿在所述一次脱硫设备的封闭式脱硫炉的进料斗中进行除氧，而后再送至所述封闭式脱硫炉内；
在步骤(2)中，送至所述氧化炉内的硫化亚铁为降温处理后的硫化亚铁；并且，送至所述氧化炉内的硫化亚铁添加有1％-20％的水，该水的添加量是以添加水后的硫化亚铁的总重量计；
步骤(3)还包括：使步骤(2)得到的氧化铁和单质硫的混合物在所述二次脱硫设备的封闭式脱硫炉的进料斗中进行除氧，而后再送至所述封闭式脱硫炉内。
12.根据权利要求5所述的利用硫铁矿制造硫磺和氧化铁的方法，其中，在步骤(1)和步骤(3)中，所述非氧化性气体包括脱氧水蒸气和/或氮气，并且所述步骤(1)和步骤(3)中的非氧化性气体为相同或不同；在步骤(2)中，所采用的氧化性气体包括空气、富氧或纯氧。
13.根据权利要求5所述的利用硫铁矿制造硫磺和氧化铁的方法，其还包括一步骤(4)：对步骤(3)得到的氧化铁进行高温氧化沸腾焙烧处理，以进一步脱除所述氧化铁中残留的硫。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |