CN110306037A

CN110306037A - 一种高硫铝土矿悬浮焙烧氧化脱硫的装置及方法

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Publication number: CN110306037A
Application number: CN201910738682.9A
Authority: CN
Inventors: 余建文; 韩跃新; 李艳军; 李佩昱
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2019-08-12
Filing date: 2019-08-12
Publication date: 2019-10-08
Anticipated expiration: 2039-08-12
Also published as: CN110306037B

Abstract

一种高硫铝土矿悬浮焙烧氧化脱硫的装置及方法，装置包括料仓、螺旋给料机、一级旋风分离器、悬浮焙烧炉、二级旋风分离器和除尘脱硫设备方法为；(1)将高硫铝土矿破碎烘干置于料仓；(2)开启引风机使系统内形成负压；(3)向燃烧器内通入天然气和空气，点燃后形成高温氧化性气体；(4)高硫铝土矿粉料给入一级旋风分离器，产生的一级固体物料进入悬浮焙烧炉；(5)一级固体物料发生氧化焙烧反应，反应后的物料进入二级旋风分离器；(6)二级固体物料经下料管排出。本发明的方法工艺流程简单，综合能耗低，气固传质传热效率高，产品性质稳定，生产效率高。

Description

一种高硫铝土矿悬浮焙烧氧化脱硫的装置及方法

技术领域

本发明属于矿物加工、冶金技术领域，特别涉及一种高硫铝土矿悬浮焙烧氧化脱硫的装置及方法。

背景技术

高硫铝土矿是指硫含量大于0.7％的铝土矿，高硫铝土矿中的硫主要以黄铁矿(FeS₂)及其异构体白铁矿的形式存在，少量以硫酸盐形式存在；采用拜耳法溶出高硫铝土矿时，硫会以SO₃ ^2-、SO₄ ^2-、S^2-、S₂O₃ ^2-的形式进入铝酸钠溶液中，从而造成设备腐蚀、氧化铝的溶出率下降并增加溶液中的铁含量；此外SO₄ ^2-、S^2-在母液中的积累会影响拜耳法生产工艺的循环；这些原因导致高硫铝土矿没有在氧化铝生产工业中得到利用，我国现有近5亿吨高硫铝土矿，如果解决其脱硫问题，将缓解我国铝土矿资源的紧缺问题。

国内外工作者针对高硫铝土矿脱硫做了大量研究工作；目前，铝土矿脱硫的方法主要包括反浮选脱硫和焙烧脱硫。反浮选脱硫以黄药类捕收剂捕收硫化物，可以达到较好的选别效果；但浮选脱硫的处理量偏低，工艺复杂，用水量大，残留浮选药剂会影响氧化铝的生产；焙烧脱硫是指在一定温度和氧化气氛下焙烧铝土矿，将黄铁矿氧化为氧化铁(Fe₂O₃)和SO₂气体，从而实现脱硫；当前焙烧脱硫的主要设备为回转窑，但由于处于静态焙烧状态，反应时间长，气固接触不充分，矿石加热不均匀，容易造成“过烧”或“欠烧”现象；因此，新型高硫铝土矿氧化焙烧技术与装备还有待开发。

发明内容

本发明的目的是提供一种高硫铝土矿悬浮焙烧氧化脱硫的装置与方法，通过对高硫铝土矿进行悬浮态氧化焙烧，将高硫铝土矿中主要的含硫矿物如黄铁矿中的硫氧化为SO₂，通过烟气处理装置净化废气，加快反应速度，缩短反应时间的同时，使焙烧后的铝土矿具有更高的反应活性，有利于下一步拜耳法的溶出，提高生产效率。

本发明的高硫铝土矿悬浮焙烧氧化脱硫的装置包括料仓、螺旋给料机、一级旋风分离器、悬浮焙烧炉、二级旋风分离器和除尘脱硫设备；料仓出口和螺旋给料机的进口连通，螺旋给料机的出口通过进料口管道与一级旋风分离器的进料口连通，一级旋风分离器的出料口与悬浮焙烧炉下部的进料口连通，悬浮焙烧炉的顶部通过上部通道与二级旋风分离器的进料口连通；其中，悬浮焙烧炉的底部设有燃烧器，二级旋风分离器的出气口通过进料口管道与一级旋风分离的进料口连通，一级旋风分离器的出气口与除尘脱硫设备的进料口连通，除尘脱硫设备的出气口与引风机连通。

上述的除尘脱硫设备由旋风除尘器和喷淋脱硫塔串联组成。

本发明的高硫铝土矿悬浮焙烧氧化脱硫的方法是采用上述装置，按以下步骤进行：

(1)将高硫铝土矿进行破碎和磨矿，烘干去除水分后得到高硫铝土矿粉料，并置于料仓中；

(2)开启引风机，使一级旋风分离器、悬浮焙烧炉和二级旋风分离器内形成负压；

(3)向燃烧器内通入天然气和空气，经燃烧器点燃后形成高温氧化性气体；高温氧化性气体从悬浮焙烧炉经上部通道进入二级旋风分离器，再经过进料口管道进入一级旋风分离器，然后经过除尘脱硫设备后的气体通过引风机排出；

(4)将高硫铝土矿粉料通过螺旋给料机给入一级旋风分离器的进料口管道中，在负压作用下进入一级旋风分离器，进行气固分离，产生的一级固体物料进入悬浮焙烧炉；

(5)一级固体物料在高温氧化性气体作用下处于悬浮流动状态，同时被加热并发生氧化焙烧反应，一级固体物料中的硫元素被氧化焙烧生成SO₂气体；氧化焙烧反应后的物料在负压作用下通过上部通道进入二级旋风分离器，进行二次气固分离，产生二级固体物料和携带SO₂的二级尾气；

(6)二级尾气与高硫铝土矿粉料一同进入一级旋风分离器，二级固体物料在重力作用下经下料管排出，得到铝土矿产品。

上述方法中，高硫铝土矿中S的质量百分比为0.8～5.0％。

上述的步骤1中，高硫铝土矿粉料的粒径≤0.8mm，并且粒度≤0.074mm的部分占总质量≥40％。

上述方法中，一级旋风分离器气固分离后产生一级尾气，在负压作用下进入除尘脱硫设备，经过除尘脱硫设备后的气体通过引风机排出。

上述的步骤5中，悬浮焙烧炉内的氧化焙烧反应的温度为800～1100℃，一级固体物料在悬浮焙烧炉内的停留时间为30～60s。

上述的步骤3中，通入燃烧器的天然气与空气的体积流量比为1:12～1:15，高温氧化性气体中O₂的体积浓度≥15％。

上述的步骤4中，悬浮加热炉内高温氧化性气体的体积流量与一级固体物料的质量流量比为4～6m³/kg。

上述方法中，铝土矿产品中S的质量百分比≤0.4％。

本发明的基本原理是：高硫铝土矿粉料在高温氧化性气体的作用下处于流化运动状态，同时被加热并发生氧化反应，使高硫铝土矿中的含硫矿物黄铁矿(FeS₂)等与O₂快速发生氧化反应生成SO₂气体，SO₂气体与固体物料分离后经脱硫净化，从而达到高硫铝土矿脱硫的目的；此外，铝土矿中的含铝氢氧化物经加热分解后使其原有结构遭到破坏，具有更高的反应活性，有利于后续拜耳法溶出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：工艺流程简单，反应时间短，综合能耗低；相比回转窑焙烧，悬浮焙烧炉内颗粒处于良好的流化运动状态，气固传质传热效率高，炉内温度均匀，产品性质稳定，生产效率高。

附图说明

图1为本发明实施例中的高硫铝土矿悬浮焙烧氧化脱硫的装置结构示意图。

图中，1、料仓，2、螺旋给料机，3、一级旋风分离器，4、除尘脱硫设备，5、引风机，6、燃烧器，7、悬浮焙烧炉，8、上部通道，9、二级旋风分离器。

具体实施方式

本发明实施例中采用的高硫铝土矿的成分按质量百分比含Al₂O₃ 55～65％，SiO₂8～15％，S 0.8～5.0％，TFe 3～10％，CaO 0.1～0.5％，MgO 0.1～1.0％，TiO₂ 2～4％。

本发明实施例中的一级尾气经除尘脱硫设备除尘和脱硫后，再经引风机排出的尾气中SO₂浓度200mg/Nm³以下。

本发明实施例中获得的铝土矿产品采用拜耳法进行溶出，氧化铝的溶出率≥95％。

本发明实施例中喷淋脱硫塔内填充石灰石悬浮液，一级尾气经旋风除尘器除尘后通入脱硫塔，其中的SO₂被石灰石悬浮液喷雾吸收。

以下为本发明优选实施例。

实施例1

高硫铝土矿悬浮焙烧氧化脱硫的装置如图1所示，包括料仓1、螺旋给料机2、一级旋风分离器3、悬浮焙烧炉7、二级旋风分离器9和除尘脱硫设备4；料仓1出口和螺旋给料机2的进口连通，螺旋给料机2的出口通过进料口管道与一级旋风分离器3的进料口连通，一级旋风分离器3的出料口与悬浮焙烧炉7下部的进料口连通，悬浮焙烧炉7的顶部通过上部通道8与二级旋风分离器9的进料口连通；其中，悬浮焙烧炉7的底部设有燃烧器6，二级旋风分离器9的出气口通过进料口管道与一级旋风分离3的进料口连通，一级旋风分离器3的出气口与除尘脱硫设备4的进料口连通，除尘脱硫设备4的出气口与引风机5连通；

除尘脱硫设备4由旋风除尘器和喷淋脱硫塔串联组成；

方法为；

采用的高硫铝土矿按质量百分比含Al₂O₃ 56.85％，SiO₂ 13.99％，S 1.01％，TFe3.31％，CaO 0.13％，MgO 0.14％，TiO₂ 2.88％；

将高硫铝土矿进行破碎和磨矿，烘干去除水分后得到高硫铝土矿粉料，并置于料仓中；高硫铝土矿粉料的粒径≤0.8mm，并且粒度≤0.074mm的部分占总质量的50％；

开启引风机，使一级旋风分离器、悬浮焙烧炉和二级旋风分离器内形成负压；

向燃烧器内通入天然气和空气，经燃烧器点燃后形成高温氧化性气体；高温氧化性气体从悬浮焙烧炉经上部通道进入二级旋风分离器，再经过进料口管道进入一级旋风分离器，然后经过除尘脱硫设备后的气体通过引风机排出；

通入燃烧器的天然气与空气的体积流量比为1:12，燃烧产生的高温氧化性气体中O₂的体积浓度18％；

将高硫铝土矿粉料通过螺旋给料机给入一级旋风分离器的进料口管道中，在负压作用下进入一级旋风分离器，进行气固分离，产生的一级固体物料进入悬浮焙烧炉；

一级旋风分离器气固分离后产生一级尾气，在负压作用下进入除尘脱硫设备，经过除尘脱硫设备后的气体通过引风机排出；

悬浮加热炉内高温氧化性气体的体积流量与一级固体物料的质量流量比为5.6m³/kg；

一级固体物料在高温氧化性气体作用下处于悬浮流动状态，同时被加热并发生氧化焙烧反应，一级固体物料中的硫元素被氧化焙烧生成SO₂气体；

悬浮焙烧炉内的氧化焙烧反应的温度为850℃，一级固体物料在悬浮焙烧炉内的停留时间为55s；

氧化焙烧反应后的物料在负压作用下通过上部通道进入二级旋风分离器，进行二次气固分离，产生二级固体物料和携带SO₂的二级尾气；

二级尾气与高硫铝土矿粉料一同进入一级旋风分离器，二级固体物料在重力作用下经下料管排出，得到铝土矿产品，铝土矿产品中S的质量百分比0.21％。

实施例2

装置结构同实施例1；

采用的高硫铝土矿按质量百分比含Al₂O₃ 64.61％，SiO₂ 8.97％，S 4.77％，TFe9.46％，CaO 0.35％，MgO 0.41％，TiO₂ 2.65％。

方法同实施例1，不同点在于：

(1)高硫铝土矿粉料中粒度≤0.074mm的部分占总质量的90％；

(2)通入燃烧器的天然气与空气的体积流量比为1:15，燃烧产生的高温氧化性气体中O₂的体积浓度20％；

(3)悬浮加热炉内高温氧化性气体的体积流量与一级固体物料的质量流量比为4.2m³/kg；

(4)悬浮焙烧炉内的氧化焙烧反应的温度为900℃，一级固体物料在悬浮焙烧炉内的停留时间为40s；

(5)铝土矿产品中S的质量百分比0.37％。

实施例3

装置结构同实施例1；

采用的高硫铝土矿按质量百分比含Al₂O₃ 59.77％，SiO₂ 11.65％，S 2.97％，TFe7.33％，CaO 0.41％，MgO 0.88％，TiO₂ 2.70％。

方法同实施例1，不同点在于：

(1)高硫铝土矿粉料中粒度≤0.074mm的部分占总质量的75％；

(2)通入燃烧器的天然气与空气的体积流量比为1:13，燃烧产生的高温氧化性气体中O₂的体积浓度19％；

(3)悬浮加热炉内高温氧化性气体的体积流量与一级固体物料的质量流量比为5.1m³/kg；

(4)悬浮焙烧炉内的氧化焙烧反应的温度为1050℃，一级固体物料在悬浮焙烧炉内的停留时间为45s；

(5)铝土矿产品中S的质量百分比0.32％。

Claims

1.一种高硫铝土矿悬浮焙烧氧化脱硫的装置，其特征在于包括料仓、螺旋给料机、一级旋风分离器、悬浮焙烧炉、二级旋风分离器和除尘脱硫设备；料仓出口和螺旋给料机的进口连通，螺旋给料机的出口通过进料口管道与一级旋风分离器的进料口连通，一级旋风分离器的出料口与悬浮焙烧炉下部的进料口连通，悬浮焙烧炉的顶部通过上部通道与二级旋风分离器的进料口连通；其中，悬浮焙烧炉的底部设有燃烧器，二级旋风分离器的出气口通过进料口管道与一级旋风分离的进料口连通，一级旋风分离器的出气口与除尘脱硫设备的进料口连通，除尘脱硫设备的出气口与引风机连通。

2.根据权利要求1所述的一种高硫铝土矿悬浮焙烧氧化脱硫的装置，其特征在于所述的除尘脱硫设备由旋风除尘器和喷淋脱硫塔串联组成。

3.一种高硫铝土矿悬浮焙烧氧化脱硫的方法，其特征在于采用权利要求1所述的装置，按以下步骤进行：

4.根据权利要求3所述的高硫铝土矿悬浮焙烧氧化脱硫的方法，其特征在于所述的高硫铝土矿中S的质量百分比为0.8～5.0％。

5.根据权利要求3所述的高硫铝土矿悬浮焙烧氧化脱硫的方法，其特征在于所述的高硫铝土矿粉料的粒径≤0.8mm，并且粒度≤0.074mm的部分占总质量≥40％。

6.根据权利要求3所述的高硫铝土矿悬浮焙烧氧化脱硫的方法，其特征在于步骤(4)中，一级旋风分离器气固分离后产生一级尾气，在负压作用下进入除尘脱硫设备，经过除尘脱硫设备后的气体通过引风机排出。

7.根据权利要求3所述的高硫铝土矿悬浮焙烧氧化脱硫的方法，其特征在于步骤(5)中，悬浮焙烧炉内的氧化焙烧反应的温度为800～1100℃，一级固体物料在悬浮焙烧炉内的停留时间为30～60s。

8.根据权利要求3所述的高硫铝土矿悬浮焙烧氧化脱硫的方法，其特征在于步骤(3)中，通入燃烧器的天然气与空气的体积流量比为1:12～1:15，高温氧化性气体中O₂的体积浓度≥15％。

9.根据权利要求3所述的高硫铝土矿悬浮焙烧氧化脱硫的方法，其特征在于步骤(4)中，悬浮加热炉内高温氧化性气体的体积流量与一级固体物料的质量流量比为4～6m³/kg。

10.根据权利要求3所述的高硫铝土矿悬浮焙烧氧化脱硫的方法，其特征在于所述的铝土矿产品中S的质量百分比≤0.4％。