CN107164630A - 处理硫铁矿精矿的系统和方法 - Google Patents

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CN107164630A CN201710452533.7A CN201710452533A CN107164630A CN 107164630 A CN107164630 A CN 107164630A CN 201710452533 A CN201710452533 A CN 201710452533A CN 107164630 A CN107164630 A CN 107164630A
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韩志彪
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Abstract

本发明公开了一种处理硫铁矿精矿的系统和方法，该系统包括：磨矿装置，具有硫铁矿精矿入口和硫铁矿精矿粉末出口；加热装置，具有硫铁矿精矿粉末入口、惰性气体入口、硫蒸气出口和残渣出口；冷凝装置，具有硫蒸气入口和硫磺出口；破碎装置，具有残渣入口和残渣颗粒出口；混料装置，具有残渣颗粒入口、还原剂入口、添加剂入口和混合物料出口；成型装置，具有混合物料入口和成型球团出口；焙烧装置，具有成型球团入口和金属化球团出口；球磨装置，具有金属化球团入口和金属化球团颗粒出口；磁选装置，具有金属化球团颗粒入口、海绵铁出口和非磁性物出口。采用该系统可得到硫磺和海绵铁，且整个过程几乎不产生有毒有害的废气和废渣。

Description

处理硫铁矿精矿的系统和方法
技术领域
本发明属于化工领域，具体而言，本发明涉及处理硫铁矿精矿的系统和方法。
背景技术
我国硫铁矿资源比较丰富，此种矿物以黄铁矿(FeS2)为代表，是焙烧制取硫酸的重要原料。然而，硫铁矿直接氧化焙烧-制酸的工艺的市场前景和盈利能力有待提高，且硫铁矿焙烧制酸工艺每年还会产生近1000万吨的焙烧渣，焙烧渣中的铁含量在35～65％之间波动，主要以Fe2O3的形式存在，S、P等有害元素的含量也较高，很难直接用作炼铁原料。也有硫铁矿焙烧渣制备铁系精细化工产品，如铁系颜料、软磁用α-Fe2O3的研究和报道，但这类精细化工产品的市场需求有限，对产量巨大的硫铁矿焙烧渣的消化能力不足。硫铁矿焙烧渣大量堆积不仅造成巨大的资源浪费，还会对其周边的环境造成污染和破坏。鉴于此种情况，提高硫铁矿资源利用水平，同时实现产品多元化来更好的满足市场需求，成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种处理硫铁矿精矿的系统和方法。该系统可以利用硫铁矿精矿得到硫磺和海绵铁，且整个过程几乎不产生有毒有害的废气和废渣，从而在提高资源利用水平的同时又保护了生态环境。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种处理硫铁矿精矿的系统，根据本发明的实施例，该系统包括：
磨矿装置，所述磨矿装置具有硫铁矿精矿入口和硫铁矿精矿粉末出口；
加热装置，所述加热装置具有硫铁矿精矿粉末入口、惰性气体入口、硫蒸气出口和残渣出口，所述硫铁矿精矿粉末入口与所述硫铁矿精矿粉末出口相连；
冷凝装置，所述冷凝装置具有硫蒸气入口和硫磺出口，所述硫蒸气入口与所述硫蒸气出口相连；
破碎装置，所述破碎装置具有残渣入口和残渣颗粒出口，所述残渣入口与所述残渣出口相连；
混料装置，所述混料装置具有残渣颗粒入口、还原剂入口、添加剂入口和混合物料出口，所述残渣颗粒入口与所述残渣颗粒出口相连；
成型装置，所述成型装置具有混合物料入口和成型球团出口，所述混合物料入口与所述混合物料出口相连；
焙烧装置，所述焙烧装置具有成型球团入口和金属化球团出口，所述成型球团入口与所述成型球团出口相连；
球磨装置，所述球磨装置具有金属化球团入口和金属化球团颗粒出口，所述金属化球团入口与所述金属化球团出口相连；
磁选装置，所述磁选装置具有金属化球团颗粒入口、海绵铁出口和非磁性物出口，所述金属化球团颗粒入口与所述金属化球团颗粒出口相连。
根据本发明实施例的处理硫铁矿精矿的系统，将硫铁矿精矿粉末反应所得的硫蒸气制备硫磺；然后将硫铁矿精矿粉末反应所得的残渣直接热送进行还原脱硫制备海绵铁，避免了先氧化后还原造成的资源和能源浪费，显著降低了能耗，且所得的高品质海绵铁可以满足炼钢的原料需求，所得的非磁性物可根据其成分灵活处理，同时整个工艺过程几乎不产生有毒有害的废气和废渣，在提高资源利用水平的同时又保护了生态环境。
另外，根据本发明上述实施例的处理硫铁矿精矿的系统还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述焙烧装置为转底炉或隧道窑。由此，有利于提高成型球团的焙烧效率，同时提高海绵铁的品质。
在本发明的再一个方面，本发明提出了一种采用上述处理硫铁矿精矿的系统处理硫铁矿精矿的方法，根据本发明的实施例，该方法包括：
(1)将硫铁矿精矿供给至所述磨矿装置中进行磨矿处理，以便得到硫铁矿精矿粉末；
(2)将所述硫铁矿精矿粉末供给至所述加热装置中，并采用惰性气体为载气进行反应，以便得到硫蒸气和残渣；
(3)将所述硫蒸气供给至所述冷凝装置中进行冷凝处理，以便得到硫磺；
(4)将所述残渣供给至所述破碎装置中进行破碎处理，以便得到残渣颗粒；
(5)将还原剂、添加剂和所述残渣颗粒供给至所述混料装置中进行混料处理，以便得到混合物料；
(6)将所述混合物料供给至所述成型装置中进行成型处理，以便得到成型球团；
(7)将所述成型球团供给至所述焙烧装置中进行焙烧处理，以便得到金属化球团；
(8)将所述金属化球团供给至所述球磨装置中进行球磨处理，以便得到金属化球团颗粒；
(9)将所述金属化球团颗粒供给至所述磁选装置中进行磁选处理，以便得到海绵铁和非磁性物。
根据本发明实施例的处理硫铁矿精矿的方法，将硫铁矿精矿粉末反应所得的硫蒸气制备硫磺；然后将硫铁矿精矿粉末反应所得的残渣直接热送进行还原脱硫制备海绵铁，避免了先氧化后还原造成的资源和能源浪费，显著降低了能耗，且所得的高品质海绵铁可以满足炼钢的原料需求，所得的非磁性物可根据其成分灵活处理，同时整个工艺过程几乎不产生有毒有害的废气和废渣，在提高资源利用水平的同时又保护了生态环境。
另外，根据本发明上述实施例的处理硫铁矿精矿的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述硫铁矿精矿的有效硫含量不低于35wt％，铅和锌的总含量不高于1wt％，碳含量不高于2wt％。由此，有利于提高后续所得硫磺和海绵铁的品质。
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述硫铁矿精矿粉末的粒径中小于170目占比70-90％。由此，有利于提高整个工艺的生产效率并节约能耗。
在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述惰性气体为选自氮气和氩气中的至少之一。由此，有利于提高硫铁矿精矿粉末的反应效率。
在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述反应的温度为700-900摄氏度。由此，可进一步提高硫铁矿精矿粉末的反应效率。
在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述硫铁矿精矿粉末的给料速度为50-200g/min。由此，可进一步提高硫铁矿精矿粉末的反应效率。
在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述惰性气体中氮气的压力为1.05-1.2atm，氧气分压为20-60Pa。由此，可进一步提高硫铁矿精矿粉末的反应效率。
在本发明的一些实施例中，在步骤(5)中，所述残渣颗粒与所述还原剂、所述添加剂的混合质量比为10：(1-2)：(5-8)。由此，可进一步提高海绵铁的品质。
在本发明的一些实施例中，在步骤(7)中，所述焙烧处理的温度为900-1200摄氏度，时间为60-120min。由此，可进一步提高海绵铁的品质。
在本发明的一些实施例中，在步骤(8)中，所述金属化球团颗粒中粒径小于200目的占比不低于90％。由此，可进一步提高海绵铁的品质。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的处理硫铁矿精矿的系统结构示意图；
图2是根据本发明一个实施例的处理硫铁矿精矿的方法流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种处理硫铁矿精矿的系统，根据本发明的实施例，参考图1，该系统包括：磨矿装置100、加热装置200、冷凝装置300、破碎装置400、混料装置500、成型装置600、焙烧装置700、球磨装置800和磁选装置900。
根据本发明的实施例，磨矿装置100具有硫铁矿精矿入口101和硫铁矿精矿粉末出口102，且适于将硫铁矿精矿进行磨矿处理，以便得到硫铁矿精矿粉末。由此，可显著提高硫铁矿精矿粉末的比表面积，从而提高其后续处理的效率。
根据本发明的一个实施例，硫铁矿精矿中各成分的含量并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，硫铁矿精矿的有效硫含量可以不低于35wt％，铅和锌的总含量可以不高于1wt％，碳含量可以不高于2wt％。
根据本发明的再一个实施例，硫铁矿精矿粉末的粒径并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，硫铁矿精矿粉末中粒径小于170目的占比70-90％。发明人发现，该粒径范围的硫铁矿粉末可以显著优于其他粒径提高其反应效率。
根据本发明的实施例，加热装置200具有硫铁矿精矿粉末入口201、惰性气体入口202、硫蒸气出口203和残渣出口204，硫铁矿精矿粉末入口201与硫铁矿精矿粉末出口102相连，且适于采用惰性气体为载气将硫铁矿精矿粉末进行反应，以便得到硫蒸气和残渣。具体的，加热装置采用惰性气体作为载气和保护气，同时控制加热装置内的温度并控制好硫铁矿精矿粉末的给料速度，硫铁矿精矿粉末在加热炉内发生反应，反应充分后得到硫蒸气和残渣。整个反应涉及的反应式主要有：
FeS2→FeSx+(1-0.5x)S2(g) (1)
FeS2→FeS(s)+(0.5x-0.5)S2(g) (2)
根据本发明的一个实施例，惰性气体的具体类型并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，惰性气体可以为选自氮气和氩气中的至少之一。具体的，因为硫铁矿反应产生的硫蒸气极易燃烧，如不采用惰气保护无法得到液态硫磺，甚至会发生危险。
根据本发明的再一个实施例，反应的温度并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，反应的温度可以为700-900摄氏度。发明人发现，采用本发明提出的反应温度既可使硫铁矿精矿粉末在最快的时间内反应完全又可避免能耗的浪费。
根据本发明的又一个实施例，硫铁矿精矿粉末的给料速度并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，硫铁矿精矿粉末的给料速度可以为50-200g/min。发明人发现，如果加料速度高于200g/min，容易造成硫铁矿反应不充分，硫磺产率低，残渣后处理困难；而给料速度过低则会将降低生产效率。
根据本发明的又一个实施例，惰性气体中氮气的压力可以为1.05-1.2atm，氧气分压可以为20-60Pa。发明人发现，若氮气压力过高，对加热炉的整体要求高，不便操作，氮气分压过低就起不保护作用，反应产生的硫蒸气易燃而发生危险。
根据本发明的实施例，冷凝装置300具有硫蒸气入口301和硫磺出口302，硫蒸气入口301与硫蒸气出口203相连，且适于将硫蒸气进行冷凝处理，以便得到硫磺。发明人发现，相比于传统工艺将硫蒸气用于生产硫酸本发明所得的硫磺具有更加广阔的市场前景。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对冷凝处理的具体操作进行选择，例如可以为间接水冷或风冷。
根据本发明的实施例，破碎装置400具有残渣入口401和残渣颗粒出口402，残渣入口401与残渣出口204相连，且适于将残渣进行破碎处理，以便得到残渣颗粒。由此，可显著提高残渣颗粒的比表面积，进而可提高后续混料、成型和焙烧处理过程中残渣颗粒与还原剂和添加剂的接触面积，提高焙烧处理的效率。
根据本发明的一个实施例，残渣颗粒的粒径并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，残渣颗粒中粒径小于200目的占比不低于80％。由此，可显著提高残渣颗粒的比表面积，进而提高后续工序中与还原剂、添加剂的接触面积，提高所得海绵铁的品质。
根据本发明的实施例，混料装置500具有残渣颗粒入口501、还原剂入口502、添加剂入口503和混合物料出口504，残渣颗粒入口501与残渣颗粒出口402相连，且适于将还原剂、添加剂和残渣颗粒进行混料处理，以便得到混合物料。由此，可提高残渣颗粒与还原剂、添加剂的接触面积。
根据本发明的一个实施例，残渣颗粒与还原剂、添加剂的混合质量比并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，残渣颗粒与还原剂、添加剂的混合质量比可以为10：(1-2)：(5-8)。发明人发现，若还原剂比例过低会导致铁的还原不充分，所得产品的铁品位和收率都不理想，而还原剂过高则会带入更多的灰分，提高了成本也加重了后续处理负担，而添加剂比例过低不能取得理想的脱硫效果，过高也会加重后续处理负担。
根据本发明的再一个实施例，还原剂的粒径并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，还原煤中粒径为小于200目的占比不低于80％。由此，有利于提高还原剂与残渣颗粒、添加剂的焙烧处理效率。
根据本发明的又一个实施例，还原剂的具体类型并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，还原剂可以为焦炭、无烟煤、烟煤、石墨粉、石油焦等，且还原剂中固定碳的含量不低于75wt％。发明人发现，若还原剂的固定碳含量过低，灰分和挥发分会提高，不利于取得理想的还原效果，也加重了后续处理负担，不利于提高海绵铁产品的品质和铁收率。
根据本发明的又一个实施例，添加剂的粒径并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，添加剂的粒径可以为小于150目的占比不低于70-90％。由此，有利于提高添加剂与残渣颗粒、还原剂的焙烧处理效率。
根据本发明的又一个实施例，添加剂的具体类型并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，添加剂可以为石灰石、生石灰和白云石。具体的，添加剂主要起脱硫作用，在强还原气氛和碱性添加剂(如CaO)存在的条件下，反应式如下：
CaO+FeS+C＝Fe+CaS+CO
根据本发明的实施例，成型装置600具有混合物料入口601和成型球团出口602，混合物料入口601与混合物料出口504相连，且适于将混合物料进行成型处理，以便得到成型球团。由此，可进一步提高残渣颗粒与还原剂和添加剂的接触面积。
根据本发明的一个实施例，成型处理的压力并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，成型处理的压力可以为60-100MPa。发明人发现，若成型圧力过高，生球碳热还原过程中产生的气体不易排出，不利于还原反应充分进行，而压力过低，还原剂和矿粉接触不充分，不利于获得理想的还原效果。
根据本发明的实施例，焙烧装置700具有成型球团入口701和金属化球团出口702，成型球团入口701与成型球团出口602相连，且适于将成型球团进行焙烧处理，以便得到金属化球团。发明人发现，将硫铁矿精矿粉末所得的残渣直接热送进行还原脱硫，避免了先氧化后还原造成的资源和能源浪费，显著降低了能耗。
根据本发明的一个实施例，焙烧装置的具体类型并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，焙烧装置可以为转底炉或隧道窑。由此，可显著提高成型球团的焙烧效率。
根据本发明的再一个实施例，焙烧处理的条件并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，焙烧处理的温度可以为900-1200摄氏度，时间可以为60-120min。发明人发现，该焙烧条件下可以显著提高铁的还原效率，从而在提高海绵铁品质的同时提高铁的回收率。
根据本发明的实施例，球磨装置800具有金属化球团入口801和金属化球团颗粒出口802，金属化球团入口801与金属化球团出口702相连，且适于将金属化球团进行球磨处理，以便得到金属化球团颗粒。由此，可显著提高金属化球团颗粒的比表面积，进而提高后续磁选处理的效率，提高所得海绵铁的品质。
根据本发明的一个实施例，金属化球团颗粒的粒径并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，金属化球团颗粒中粒径小于200目的占比不低于90％。由此，可进一步提高后续磁选处理的效率，提高所得海绵铁的品质。
根据本发明的实施例，磁选装置900具有金属化球团颗粒入口901、海绵铁出口902和非磁性物出口903，金属化球团颗粒入口901与金属化球团颗粒出口802相连，且适于将金属化球团颗粒进行磁选处理，以便得到海绵铁和非磁性物。发明人发现，所得的海绵铁为TFe不低于92％的海绵铁，可以满足炼钢的原料需求，所得的非磁性物可根据其成分灵活处理。同时整个工艺过程几乎不产生有毒有害的废气和废渣，在提高资源利用水平的同时又保护了生态环境。
根据本发明的一个实施例，磁选处理的磁场强度并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，磁选处理的磁场强度可以为600-800Oe。由此，可显著提高金属化球团颗粒的磁选处理的效率，并提高海绵铁的回收率。
根据本发明实施例的处理硫铁矿精矿的系统，将硫铁矿精矿粉末反应所得的硫蒸气制备硫磺；然后将硫铁矿精矿粉末反应所得的残渣直接热送进行还原脱硫制备海绵铁，避免了先氧化后还原造成的资源和能源浪费，显著降低了能耗，且所得的高品质海绵铁可以满足炼钢的原料需求，所得的非磁性物可根据其成分灵活处理。同时整个工艺过程几乎不产生有毒有害的废气和废渣，在提高资源利用水平的同时又保护了生态环境。
根据本发明的实施例，上述处理硫铁矿精矿的系统至少具有下述优点之一：
根据本发明实施例的处理硫铁矿精矿的系统，与现有技术相比，本发明能够以硫铁矿精矿为原料得到硫磺和高品质海绵铁，磁选尾渣非磁性物可以根据其成分灵活处理，实现了产品的多元化，所得的硫磺比现有技术所得的硫酸有更加广阔的市场前景，且高品质海绵铁能够满足炼钢的原料需求，所以本发明提供的直接处理工艺相比焙烧制酸工艺更具优势；
根据本发明实施例的处理硫铁矿精矿的系统，现有焙烧制酸工艺会产生大量焙烧渣，这种焙烧渣的资源化利用技术尚不成熟，相比之下，采用本发明的方法处理硫铁矿精矿，整个过程几乎不产生有毒有害的废气和废渣，在提高资源利用水平的同时又保护了生态环境；
根据本发明实施例的处理硫铁矿精矿的系统，与现有的焙烧渣还原制备海绵铁技术不同，本发明将残渣直接还原脱硫制备海绵铁，如此就可以避免先氧化后还原造成的资源和能源浪费，显著降低能耗。
在本发明的再一个方面，本发明提出了一种采用上述处理硫铁矿精矿的系统处理硫铁矿精矿的方法，根据本发明的实施例，参考图2，该方法包括：
S100：将硫铁矿精矿供给至磨矿装置中进行磨矿处理
该步骤中，将硫铁矿精矿供给至磨矿装置中进行磨矿处理，以便得到硫铁矿精矿粉末。由此，可显著提高硫铁矿精矿粉末的比表面积，从而提高其后续处理的效率。
根据本发明的一个实施例，硫铁矿精矿中各成分的含量并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，硫铁矿精矿的有效硫含量可以不低于35wt％，铅和锌的总含量可以不高于1wt％，碳含量可以不高于2wt％。
根据本发明的再一个实施例，硫铁矿精矿粉末的粒径并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，硫铁矿精矿粉末中粒径小于170目的占比70-90％。发明人发现，该粒径范围的硫铁矿粉末可以显著优于其他粒径提高其反应效率。
S200：将硫铁矿精矿粉末供给至加热装置中，并采用惰性气体为载气进行反应
该步骤中，将硫铁矿精矿粉末供给至加热装置中，并采用惰性气体为载气进行反应，以便得到硫蒸气和残渣。具体的，加热装置采用惰性气体作为载气和保护气，同时控制加热装置内的温度并控制好硫铁矿精矿粉末的给料速度，硫铁矿精矿粉末在加热炉内发生反应，反应充分后得到硫蒸气和残渣。整个反应涉及的反应式主要有：
FeS2→FeSx+(1-0.5x)S2(g) (1)
FeS2→FeS(s)+(0.5x-0.5)S2(g) (2)
根据本发明的一个实施例，惰性气体的具体类型并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，惰性气体可以为选自氮气和氩气中的至少之一。具体的，硫铁矿反应产生的硫蒸气极易燃烧，如不采用惰气保护无法得到液态硫磺，甚至会发生危险。
根据本发明的再一个实施例，反应的温度并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，反应的温度可以为700-900摄氏度。发明人发现，采用本发明提出的反应的温度既可使硫铁矿精矿粉末在最快的时间内反应完全又可避免能耗的浪费。
根据本发明的又一个实施例，硫铁矿精矿粉末的给料速度并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，硫铁矿精矿粉末的给料速度可以为50-200g/min。发明人发现，如果加料速度高于200g/min，容易造成硫铁矿反应不充分，硫磺产率低，残渣后处理困难；而给料速度过低则会将降低生产效率。
根据本发明的又一个实施例，惰性气体中氮气的压力可以为1.05-1.2atm，氧气分压可以为20-60Pa。发明人发现，若氮气压力过高，对加热炉的整体要求高，不便操作，氮气分压过低就起不保护作用，反应产生的硫蒸气易燃而发生危险。
S300：将硫蒸气供给至冷凝装置中进行冷凝处理
该步骤中，将硫蒸气供给至冷凝装置中进行冷凝处理，以便得到硫磺。发明人发现，相比于传统工艺将硫蒸气用于生产硫酸本发明所得的硫磺具有更加广阔的市场前景。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对冷凝处理的具体操作进行选择，例如可以为间接水冷或风冷。
S400：将残渣供给至破碎装置中进行破碎处理
该步骤中，将残渣供给至破碎装置中进行破碎处理，以便得到残渣颗粒。由此，可显著提高残渣颗粒的比表面积，进而可提高后续混料、成型和焙烧处理过程中残渣颗粒与还原剂和添加剂的接触面积，提高焙烧处理的效率。
根据本发明的一个实施例，残渣颗粒的粒径并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，残渣颗粒中粒径小于200目的占比不低于80％。由此，可显著提高残渣颗粒的比表面积，进而提高后续工序中与还原剂、添加剂的接触面积，提高所得海绵铁的品质。
S500：将还原剂、添加剂和残渣颗粒供给至混料装置中进行混料处理
该步骤中，将还原剂、添加剂和残渣颗粒供给至混料装置中进行混料处理，以便得到混合物料。由此，可提高残渣颗粒与还原剂、添加剂的接触面积。
根据本发明的一个实施例，残渣颗粒与还原剂、添加剂的混合质量比并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，残渣颗粒与还原剂、添加剂的混合质量比可以为10：(1-2)：(5-8)。发明人发现，若还原剂比例过低会导致铁的还原不充分，所得产品的铁品位和收率都不理想，而还原剂过高则会带入更多的灰分，提高了成本也加重了后续处理负担，而添加剂比例过低不能取得理想的脱硫效果，过高也会加重后续处理负担。
根据本发明的再一个实施例，还原剂的粒径并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，还原煤中粒径小于200目的占比不低于80％。由此，有利于提高还原剂与残渣颗粒、添加剂的焙烧处理效率。
根据本发明的又一个实施例，还原剂的具体类型并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，还原剂可以为焦炭、无烟煤、烟煤、石墨粉、石油焦等，且还原剂中固定碳的含量不低于75wt％。发明人发现，若还原剂的固定碳含量过低，灰分和挥发分会提高，不利于取得理想的还原效果，也加重了后续处理负担，不利于提高海绵铁产品的品质和铁收率。
根据本发明的又一个实施例，添加剂的粒径并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，添加剂的粒径可以为小于150目的占比不低于70-90％。由此，有利于提高添加剂与残渣颗粒、还原剂的焙烧处理效率。
根据本发明的又一个实施例，添加剂的具体类型并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，添加剂可以为石灰石、生石灰和白云石。具体的，添加剂主要起脱硫作用，在强还原气氛和碱性添加剂(如CaO)存在的条件下，反应式如下：
CaO+FeS+C＝Fe+CaS+CO
S600：将混合物料供给至成型装置中进行成型处理
该步骤中，将混合物料供给至成型装置中进行成型处理，以便得到成型球团。由此，可进一步提高残渣颗粒与还原剂和添加剂的接触面积。
根据本发明的一个实施例，成型处理的压力并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，成型处理的压力可以为60-100MPa。发明人发现，若成型圧力过高，生球碳热还原过程中产生的气体不易排出，不利于还原反应充分进行，而压力过低，还原剂和矿粉接触不充分，不利于获得理想的还原效果。
S700：将成型球团供给至焙烧装置中进行焙烧处理
该步骤中，将成型球团供给至焙烧装置中进行焙烧处理，以便得到金属化球团。发明人发现，将硫铁矿精矿粉末反应所得的残渣直接热送进行还原脱硫，避免了先氧化后还原造成的资源和能源浪费，显著降低了能耗。
根据本发明的一个实施例，焙烧处理的条件并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，焙烧处理的温度可以为900-1200摄氏度，时间可以为60-120min。发明人发现，该焙烧条件下可以显著提高铁的还原效率，从而在提高海绵铁品质的同时提高铁的回收率。
S800：将金属化球团供给至球磨装置中进行球磨处理
该步骤中，将金属化球团供给至球磨装置中进行球磨处理，以便得到金属化球团颗粒。由此，可显著提高金属化球团颗粒的比表面积，进而提高后续磁选处理的效率，提高所得海绵铁的品质。
根据本发明的一个实施例，金属化球团颗粒的粒径并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，金属化球团颗粒的粒径中可以小于200目的占比不低于90％。由此，可进一步提高后续磁选处理的效率，提高所得海绵铁的品质。
S900：将金属化球团颗粒供给至磁选装置中进行磁选处理
该步骤中，将金属化球团颗粒供给至磁选装置中进行磁选处理，以便得到海绵铁和非磁性物。发明人发现，所得的海绵铁为TFe不低于92％的海绵铁，可以满足炼钢的原料需求，所得的非磁性物可根据其成分灵活处理。同时整个工艺过程几乎不产生有毒有害的废气和废渣，在提高资源利用水平的同时又保护了生态环境。
根据本发明的一个实施例，磁选处理的磁场强度并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，磁选处理的磁场强度可以为600-800Oe。由此，可显著提高金属化球团颗粒的磁选处理的效率，并提高海绵铁的回收率。
根据本发明实施例的处理硫铁矿精矿的方法，将硫铁矿精矿粉末反应所得的硫蒸气制备硫磺；然后将硫铁矿精矿粉末反应所得的残渣直接热送进行还原脱硫制备海绵铁，避免了先氧化后还原造成的资源和能源浪费，显著降低了能耗，且所得的高品质海绵铁可以满足炼钢的原料需求，所得的非磁性物可根据其成分灵活处理。同时整个工艺过程几乎不产生有毒有害的废气和废渣，在提高资源利用水平的同时又保护了生态环境。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例1
将有效硫含量不低于35wt％、铅和锌的总含量不高于1wt％且碳含量不高于2wt％的硫铁矿精矿进行磨矿处理，以便得到粒径小于170目的占比70％硫铁矿精矿粉末；然后采用氮气为载气和保护气将硫铁矿精矿粉末按给料速度50g/min供给至加热炉中，并在750摄氏度下进行反应，其中氮气的压力为1.1atm，氧气分压为20Pa，且加料完毕后，持续通入氮气以促进硫蒸气回收，直到整个体系降至常温，反应结束后得到硫蒸气和残渣；接着将硫蒸气进行冷凝处理，得到硫含量99wt％以上的硫磺；同时从加热炉底部的收集罐取出残渣，将其破碎至粒径小于200目的占比80％，并与粒径小于200目的占比80％、固定碳含量不低于75wt％的还原煤和粒径小于150目的占比不低于70-90％的生石灰按照混合质量比10：1：5进行混合，得到混合物料；混合物料再在压力为60MPa下进行成型，得到成型球团；成型球团在900摄氏度惰性气氛下焙烧60min，焙烧完全后在惰性气氛下冷却至室温，得到金属化球团；将金属化球团破碎至粒径小于200目占比不低于90％的金属化球团颗粒；在磁场强度600Oe的条件下对金属化球团颗粒进行磁选处理，得到非磁性物和海绵铁，所得海绵铁的TFe含量为92wt％、S含量不高于0.04wt％和P含量不高于0.02wt％。
实施例2
将有效硫含量不低于35wt％、铅和锌的总含量不高于1wt％且碳含量不高于2wt％的硫铁矿精矿进行磨矿处理，以便得到粒径小于170目的占比90％硫铁矿精矿粉末；然后采用氮气为载气和保护气将硫铁矿精矿粉末按给料速度200g/min供给至加热炉中，并在900摄氏度下进行反应，其中氮气的压力为1.2atm，氧气分压为50Pa，且加料完毕后，持续通入氮气以促进硫蒸气回收，直到整个体系降至常温，反应结束后得到硫蒸气和残渣；接着将硫蒸气进行冷凝处理，得到硫含量99wt％以上的硫磺；同时从加热炉底部的收集罐取出残渣，将其破碎至粒径小于200目的占比100％，并与粒径小于200目的占比90％、固定碳含量不低于75wt％的还原煤和粒径小于150目的占比不低于70-90％的生石灰按照混合质量比10：2：7进行混合，得到混合物料；混合物料再在压力为100MPa下进行成型，得到成型球团；成型球团在1200摄氏度惰性气氛下焙烧120min，焙烧完全后在惰性气氛下冷却至室温，得到金属化球团；将金属化球团破碎至粒径小于200目占比100％的金属化球团颗粒；在磁场强度800Oe的条件下对金属化球团颗粒进行磁选处理，得到非磁性物和海绵铁，所得海绵铁的TFe含量为94wt％、S含量不高于0.02wt％和P含量不高于0.02wt％。
实施例3
将有效硫含量不低于35wt％、铅和锌的总含量不高于1wt％且碳含量不高于2wt％的硫铁矿精矿进行磨矿处理，以便得到粒径小于170目的占比85％硫铁矿精矿粉末；然后采用氮气为载气和保护气将硫铁矿精矿粉末按给料速度150g/min供给至加热炉中，并在800摄氏度下进行反应，其中氮气的压力为1.15atm，氧气分压为30Pa，且加料完毕后，持续通入氮气以促进硫蒸气回收，直到整个体系降至常温，反应结束后得到硫蒸气和残渣；接着将硫蒸气进行冷凝处理，得到硫含量99wt％以上的硫磺；同时从加热炉底部的收集罐取出残渣，将其破碎至粒径小于200目的占比90％，并与粒径小于200目的占比90％、固定碳含量不低于75wt％的还原煤和粒径小于150目的占比不低于70-90％的生石灰按照混合质量比10：1.5：6进行混合，得到混合物料；混合物料再在压力为80MPa下进行成型，得到成型球团；成型球团在1100摄氏度惰性气氛下焙烧90min，焙烧完全后在惰性气氛下冷却至室温，得到金属化球团；将金属化球团破碎至粒径小于200目占比90％的金属化球团颗粒；在磁场强度700Oe的条件下对金属化球团颗粒进行磁选处理，得到非磁性物和海绵铁，所得海绵铁的TFe含量为93wt％、S含量不高于0.03wt％和P含量不高于0.02wt％。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种处理硫铁矿精矿的系统，其特征在于，包括：
磨矿装置，所述磨矿装置具有硫铁矿精矿入口和硫铁矿精矿粉末出口；
加热装置，所述加热装置具有硫铁矿精矿粉末入口、惰性气体入口、硫蒸气出口和残渣出口，所述硫铁矿精矿粉末入口与所述硫铁矿精矿粉末出口相连；
冷凝装置，所述冷凝装置具有硫蒸气入口和硫磺出口，所述硫蒸气入口与所述硫蒸气出口相连；
破碎装置，所述破碎装置具有残渣入口和残渣颗粒出口，所述残渣入口与所述残渣出口相连；
混料装置，所述混料装置具有残渣颗粒入口、还原剂入口、添加剂入口和混合物料出口，所述残渣颗粒入口与所述残渣颗粒出口相连；
成型装置，所述成型装置具有混合物料入口和成型球团出口，所述混合物料入口与所述混合物料出口相连；
焙烧装置，所述焙烧装置具有成型球团入口和金属化球团出口，所述成型球团入口与所述成型球团出口相连；
球磨装置，所述球磨装置具有金属化球团入口和金属化球团颗粒出口，所述金属化球团入口与所述金属化球团出口相连；
磁选装置，所述磁选装置具有金属化球团颗粒入口、海绵铁出口和非磁性物出口，所述金属化球团颗粒入口与所述金属化球团颗粒出口相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述焙烧装置为转底炉或隧道窑。
3.一种采用权利要求1或2所述的系统处理硫铁矿精矿的方法，其特征在于，包括：
(1)将硫铁矿精矿供给至所述磨矿装置中进行磨矿处理，以便得到硫铁矿精矿粉末；
(2)将所述硫铁矿精矿粉末供给至所述加热装置中，并采用惰性气体为载气进行反应，以便得到硫蒸气和残渣；
(3)将所述硫蒸气供给至所述冷凝装置中进行冷凝处理，以便得到硫磺；
(4)将所述残渣供给至所述破碎装置中进行破碎处理，以便得到残渣颗粒；
(5)将还原剂、添加剂和所述残渣颗粒供给至所述混料装置中进行混料处理，以便得到混合物料；
(6)将所述混合物料供给至所述成型装置中进行成型处理，以便得到成型球团；
(7)将所述成型球团供给至所述焙烧装置中进行焙烧处理，以便得到金属化球团；
(8)将所述金属化球团供给至所述球磨装置中进行球磨处理，以便得到金属化球团颗粒；
(9)将所述金属化球团颗粒供给至所述磁选装置中进行磁选处理，以便得到海绵铁和非磁性物。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述硫铁矿精矿的有效硫含量不低于35wt％，铅和锌的总含量不高于1wt％，碳含量不高于2wt％。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述硫铁矿精矿粉末的粒径中小于170目占比70-90％。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述惰性气体为选自氮气和氩气中的至少之一；
任选的，在步骤(2)中，所述反应的温度为700-900摄氏度。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述硫铁矿精矿粉末的给料速度为50-200g/min；
任选的，在步骤(2)中，所述惰性气体中氮气的压力为1.05-1.2atm，氧气分压为20-60Pa。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(5)中，所述残渣颗粒与所述还原剂、所述添加剂的混合质量比为10：(1-2)：(5-8)。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(7)中，所述焙烧处理的温度为900-1200摄氏度，时间为60-120min。
10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(8)中，所述金属化球团颗粒中粒径小于200目的占比不低于90％。
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