CN109126407B - 镍转炉吹炼过程中抑制烟气中三氧化硫及污酸生成的方法 - Google Patents

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Abstract

一种镍转炉吹炼过程中抑制烟气中三氧化硫及污酸生成的方法，包括以下步骤：(1)镍转炉吹炼过程中，控制烟气在上升烟道内温度≥850℃；(2)将闪锌矿、方铅矿和/或低冰镍磨细制成矿粉；加热后备用；(3)将脱氧剂以氮气为载体向上升烟道内喷吹，脱氧剂自上而下喷吹并与烟气逆向流动；(4)当烟气进入余热锅炉后，控制烟气在600～750℃时的停留时间≤3s。本发明的方法通过控制烟气温度、烟道漏风量以及加入脱氧剂协调作用抑制三氧化硫及污酸的生成，过程容易实现、节能环保、成本低，提高了余热锅炉效率，保证整个工艺流程的正常运行。

Description

镍转炉吹炼过程中抑制烟气中三氧化硫及污酸生成的方法
技术领域
本发明属于有色金属冶金技术领域，具体涉及一种镍转炉吹炼过程中抑制烟气中三氧化硫及污酸生成的方法。
背景技术
镍是所用元素中仅有的三个磁性金属之一，是组成许多磁性材料的成分，镍还能够与其他金属形成合金；目前市场上金属镍主要应用于钢铁行业、电镀行业、电池材料等领域；生产镍的矿物主要分为红土镍矿和硫化镍矿；我国拥有全球第八位的镍储量，现阶段我国发现的镍矿主要是硫化镍矿；生产金属镍的方法主要有火法和湿法两种，其中火法冶炼具有生产能力大、经济性好、产品杂质少等优点。
我国的大部分镍厂均采用火法冶炼的方法生产金属镍。由于冶炼的原料是硫化矿，在冶炼过程中不可避免的产生大量二氧化硫，尤其在镍的转炉吹炼过程；二氧化硫在转炉吹炼到烟气制酸的工艺过程中会有一部分被氧化成三氧化硫；三氧化硫是一种对冶炼过程中极具危害的气体，其影响主要表现为以下几个方面：第一，如果三氧化硫通过烟道的漏风处泄露就会在泄露处产生“蓝羽”，同时三氧化硫是一种对环境、对人体都具有危害性的气体；第二，转炉烟气出转炉，进入到余热锅炉后，当烟气温度下降到酸露点以下时，由三氧化硫形成的硫酸蒸汽便会被冷凝下来，造成设备和烟道的低温腐蚀；第三，目前烟气脱汞主要使用活性炭吸附的方法脱除，该方法技术成熟、捕获率高，有研究表明当三氧化硫存在时会与汞竞争活性炭表面的活性点，造成脱汞效率的下降；第四，在烟气制酸工序之前必须对烟气进行净化，除去烟气中的杂质，污酸含有大量重金属杂质，这些污酸污利用价值有危害环境，必须进行无害化处理，而烟气中三氧化硫的含量是影响废酸产生量多少的主要因素；目前国内外的众多研究者对控制烟气中三氧化硫的研究已有数十年，要集中在燃煤电厂的烟气中，并取得了良好的成果；但是对有色冶炼烟气并未展开深入的研究，有色冶炼烟气不同于燃煤电厂的烟气，它主要有以下几个特征：烟气量大，成分复杂，二氧化硫浓度高。
中国专利CN 105477995A公布一种在脱硝装置与空气预热器之间喷入碳酸钙、碳酸氢钠等作为吸收剂来脱除烟气中的三氧化硫，该方法主要应用于燃煤发电行业，在脱除三氧化硫的同时也将一部分二氧化硫给脱除，有色烟气在后续工艺还要进行制酸，该方法并不适用；中国专利CN 108211711A公布了一种消除烟气中三氧化硫的方法，在余热锅炉中向烟气中喷入H2S气体来消除三氧化硫，使三氧化硫转化成二氧化硫，与此同时H2S气体还能够消除烟气中的氧气，该方法主要应用于有色冶金领域，该方法的优点在于消除三氧化硫的同时还能消耗烟气中的氧气，而氧气是生成三氧化硫的必要条件；但是加入H2S气体的量不好控制，而且H2S气体具有剧毒，如果泄露到空气中对工作人员产生巨大危害。
发明内容
针对现有镍转炉吹炼过程中烟气处理技术存在的上述问题，本发明提供一种镍转炉吹炼过程中抑制烟气中三氧化硫及污酸生成的方法，通过控制烟气温度和烟道漏风量，同时在上升烟道中喷入脱氧剂，降低三氧化硫在烟气中的浓度，减少设备腐蚀，提高余热锅炉效率和脱汞效率。
本发明的方法包括以下步骤：
1、镍转炉吹炼过程中，控制烟气在上升烟道内的温度≥850℃；
2、将闪锌矿、方铅矿和/或低冰镍磨细至粒径在50～150μm，制成矿粉；将矿粉加热至温度在100～120℃，作为脱氧剂备用；
3、将脱氧剂以氮气为载体向上升烟道内喷吹，脱氧剂自上而下喷吹并与烟气逆向流动；脱氧剂的流速为30～70m/s；
4、当烟气进入余热锅炉后，控制烟气在600～750℃时的停留时间≤3s。
上述方法中，烟气经过上升烟道时，控制上升烟道的漏风量以控制烟气中的氧含量，使漏入上升烟道的空气占烟气总体积的5～20％。
上述方法中，制成矿粉时如果矿粉中水的质量百分比>3％，则将矿粉烘干至水的质量百分比≤3％。
上述方法中，脱氧剂的喷吹量按单位时间内脱氧剂中的硫化物与烟气中的氧气的摩尔比为1～5。
本发明的方法的原理是：氧气是生成三氧化硫的必要条件，将闪锌矿、方铅矿或者低冰镍(或以上的混合物料)喷入烟道内可以消耗烟道内的氧气，与此同时反应逆向进行，三氧化硫转化成二氧化硫与氧气；将物料的水含量较低可以减少硫酸蒸汽的形成，减少烟道的低温腐蚀；二氧化硫与氧气生成三氧化硫该反应是一个可逆反应，只有当温度小于783℃是该反应的△G小于零，三氧化硫才有可能发生；600～750℃这一区间是三氧化硫生成最快的一段温度区间，所以要减少烟气在这一段的停留时间，通过控制上升烟道内的温度可以方便调节余热锅炉内的温度。
本发明通过控制烟气温度、烟道漏风量以及加入脱氧剂来抑制三氧化硫及污酸的生成，过程容易实现、节能环保、成本低，提高了余热锅炉效率、提高了脱汞效率、减少了设备的腐蚀，减少了污酸的生成量，进而保证整个工艺流程的正常运行。
具体实施方式
本发明实施例中采用EPA method 8A中的控制冷凝法检测工艺烟道中的SO3含量。
本发明实施例中采用的闪锌矿按质量百分比含Zn 40％～55％，S 30％～35％，SiO2<5％，CaO<5％。MgO<2％。
本发明实施例中采用的方铅矿按质量百分比含Pb 40～60％，S 15～30％，Fe 5～10％，SiO2<5％，CaO<5％。
本发明实施例中采用的低冰镍按质量百分比含Ni 10～15％，Cu 5～10％，Fe 40～55％，S 25～35％，SiO2<5％，CaO<5％。
本发明实施例中的烟气为硫化镍矿冶炼过程中产生的烟气，其SO2的体积百分比为10～50％，N2的体积百分比为10～75％。
下面结合实施例，对本发明的集体实施方式作进一步详细描述。
实施例1
镍转炉吹炼过程中，控制烟气在上升烟道内的温度≥850℃；烟气经过上升烟道时，控制上升烟道的漏风量以控制烟气中的氧含量，使漏入上升烟道的空气占烟气总体积的5％；
将闪锌矿磨细至粒径在50～150μm，制成矿粉；将矿粉加热至温度在100℃，作为脱氧剂备用；制成矿粉时如果矿粉中水的质量百分比>3％，则将矿粉烘干至水的质量百分比≤3％；
将脱氧剂以氮气为载体向上升烟道内喷吹，脱氧剂自上而下喷吹并与烟气逆向流动；脱氧剂的流速为30m/s；脱氧剂的喷吹量按单位时间内脱氧剂中的硫化物与烟气中的氧气的摩尔比为1；
当烟气进入余热锅炉后，通过强化余热锅炉换热速度，控制烟气在600～750℃时的停留时间≤3s；
经检测，烟气从余热锅炉排出时，其三氧化硫最高体积百分比为0.010％，污酸量大幅减少，烟道基本无腐蚀现象。
实施例2
方法同实施例1，不同点在于：
(1)控制漏入上升烟道的空气占烟气总体积的10％；
(2)将方铅矿磨细至粒径在50～150μm，制成矿粉；将矿粉加热至温度在120℃，作为脱氧剂备用；
(3)脱氧剂的流速为40m/s；脱氧剂的喷吹量按单位时间内脱氧剂中的硫化物与烟气中的氧气的摩尔比为2；
经检测，烟气从余热锅炉排出时，其三氧化硫最高体积百分比为0.011％，污酸量大幅减少，烟道基本无腐蚀现象。
实施例3
方法同实施例1，不同点在于：
(1)控制漏入上升烟道的空气占烟气总体积的15％；
(2)将低冰镍磨细至粒径在50～150μm，制成矿粉；将矿粉加热至温度在110℃，作为脱氧剂备用；
(3)脱氧剂的流速为50m/s；脱氧剂的喷吹量按单位时间内脱氧剂中的硫化物与烟气中的氧气的摩尔比为3；
经检测，烟气从余热锅炉排出时，其三氧化硫最高体积百分比为0.011％，污酸量大幅减少，烟道基本无腐蚀现象。
实施例4
方法同实施例1，不同点在于：
(1)控制漏入上升烟道的空气占烟气总体积的20％；
(2)将方铅矿和低冰镍按质量比1:1混合后磨细至粒径在50～150μm，制成矿粉；将矿粉加热至温度在105℃，作为脱氧剂备用；
(3)脱氧剂的流速为60m/s；脱氧剂的喷吹量按单位时间内脱氧剂中的硫化物与烟气中的氧气的摩尔比为4；
经检测，烟气从余热锅炉排出时，其三氧化硫最高体积百分比为0.012％，污酸量大幅减少，烟道基本无腐蚀现象。
实施例5
方法同实施例1，不同点在于：
(1)控制漏入上升烟道的空气占烟气总体积的8％；
(2)将闪锌矿和低冰镍按质量比1:1混合后磨细至粒径在50～150μm，制成矿粉；将矿粉加热至温度在115℃，作为脱氧剂备用；
(3)脱氧剂的流速为70m/s；脱氧剂的喷吹量按单位时间内脱氧剂中的硫化物与烟气中的氧气的摩尔比为5；
经检测，烟气从余热锅炉排出时，其三氧化硫最高体积百分比为0.009％，污酸量大幅减少，烟道基本无腐蚀现象。
实施例6
方法同实施例1，不同点在于：
(1)控制漏入上升烟道的空气占烟气总体积的13％；
(2)将闪锌矿、方铅矿和低冰镍按质量比1:2:3混合后磨细至粒径在50～150μm，制成矿粉；将矿粉加热至温度在112℃，作为脱氧剂备用；
(3)脱氧剂的流速为55m/s；脱氧剂的喷吹量按单位时间内脱氧剂中的硫化物与烟气中的氧气的摩尔比为3.5；
经检测，烟气从余热锅炉排出时，其三氧化硫最高体积百分比为0.010％，污酸量大幅减少，烟道基本无腐蚀现象。

Claims (2)

1.一种镍转炉吹炼过程中抑制烟气中三氧化硫及污酸生成的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）镍转炉吹炼过程中，控制烟气在上升烟道内的温度≥850℃；烟气经过上升烟道时，控制上升烟道的漏风量以控制烟气中的氧含量，使漏入上升烟道的空气占烟气总体积的5~20%；烟气为硫化镍矿冶炼过程中产生的烟气，其SO2的体积百分比为10~50%，N2的体积百分比为10~75%；
（2）将闪锌矿、方铅矿和/或低冰镍磨细至粒径在50~150μm，制成矿粉；将矿粉加热至温度在100~120℃，作为脱氧剂备用；
（3）将脱氧剂以氮气为载体向上升烟道内喷吹，脱氧剂自上而下喷吹并与烟气逆向流动；脱氧剂的流速为30~70m/s；脱氧剂的喷吹量按单位时间内脱氧剂中的硫化物与烟气中的氧气的摩尔比为1~5；
（4）当烟气进入余热锅炉后，控制烟气在600~750℃时的停留时间≤3s。
2.根据权利要求1所述的一种镍转炉吹炼过程中抑制烟气中三氧化硫及污酸生成的方法，其特征在于步骤（2）中制成矿粉时如果矿粉中水的质量百分比>3%，则将矿粉烘干至水的质量百分比≤3%。
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