CN117534097A - 一种多级逆流旋风器高硫铝土矿氧化焙烧的方法及装置 - Google Patents

一种多级逆流旋风器高硫铝土矿氧化焙烧的方法及装置 Download PDF

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Abstract

一种多级逆流旋风器高硫铝土矿氧化焙烧的方法及装置，属于高硫铝土矿综合利用技术领域，该方法包括：(1)以高硫铝土矿为原料，以燃气锅炉燃烧产生的高温二氧化碳和氧气分别作为热源和氧化剂；(2)在多级逆流旋风器内在进行氧化焙烧，高硫铝土矿中的黄铁矿相转化为氧化铁和二氧化硫；(3)多级逆流旋风器由1到N个旋风换热器组成，固相与气相采用逆流方式在换热过程中完成黄铁矿相的氧化反应；(4)反应后所得烟气温度降至200℃以下，体系热量利用率达到80％以上；(5)烟气经脱硫脱硝处理后，硫组分用于制备硫酸，二氧化碳采用含钙溶液吸收制备轻质碳酸钙产品；本发明是一种高效、无污染的高硫铝土矿利用方法。

Description

一种多级逆流旋风器高硫铝土矿氧化焙烧的方法及装置
技术领域
本发明属于高硫铝土矿综合利用技术领域，具体涉及一种多级逆流旋风器高硫铝土矿氧化焙烧的方法及装置。
背景技术
高硫铝土矿一般指硫含量高于0.7wt.％的铝土矿，硫的赋存状态以黄铁矿为主，伴有磁黄铁矿、白铁矿及硫酸盐等。高硫铝土矿之所以不能够直接用于氧化铝生产是因为硫在溶出过程中造成碱耗升高，容器结疤，产品质量变差，设备腐蚀等危害。因此，开发利用以高硫铝土矿为代表的高铁高硫等复杂铝土矿，可以极大缓解我国铝土矿短缺。
专利CN201910738682.9公开了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。
专利CN201510362694.8公开了一种低品位高硫铝土矿生产氧化铝的方法，包括下述步骤：(1)在低品位高硫铝土矿中加入矿化剂，在焙烧下使铝土矿中SiO2转化为活性硅，烟气脱硫后排放；(2)用氢氧化钠溶液处理焙烧后铝土矿脱硅后铝土矿A/S可提高至6～14；(3)脱硅后浆液经固液分离后得到硅酸钠溶液和高品位铝土矿；(4)固液分离得到的高品位铝土矿采用拜耳法生产冶金级氧化铝；(5)固液分离得到的硅酸钠溶液直接蒸发得到偏硅酸钠产品或加入石灰乳生产活性硅酸钙产品和氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液返回脱硅工序。本发明工艺流程中实现了低品位高硫铝土矿焙烧脱硫、硅矿物活化，化学脱硅，成本低，经济效益好。
专利CN201210399209.0公开了一种低温焙烧脱硫法活化处理高硫铝土矿的方法。一种将硫含量在1～5wt％的铝土矿进行氧化脱硫焙烧处理，使之成为适用于拜耳法生产氧化铝的原料的方法，其特征在于控制氧化脱硫温度在500～600℃范围内。具体地，在沸腾炉或回转窑内利用650～900℃的热空气加热经过研磨的矿粉。经处理后矿粉不仅硫含量降至0.5％以下，矿中的有机物也完全氧化分解，同时因焙烧温度较低避免了活性氧化铝的转型而过于稳定。焙烧后铝土矿用于拜耳法溶出时，溶出性能改善，氧化铝溶出率大于93％。对于氧化脱硫所产生的含SO2尾气，采用石灰石悬浮液循环喷雾脱硫净化或赤泥悬浮液喷雾脱硫净化处理后，可将SO2含量降至300mg/m3以下，达到排放标准。
综上所述，现有高硫铝土矿的利用过程方法多采用氧化焙烧方式脱硫，传统焙烧法脱硫过程中高硫铝土矿与氧气或富氧空气换热效率较低，导致脱硫效率低；悬浮焙烧氧化脱硫法需要较细的矿粉粒度，气固两相反应面积大，脱硫速率高，但需要较高的焙烧温度，不利于节约能耗；微波焙烧法具有焙烧温度低、加热速度快、加热均匀、短时高效的优点，但其成本较高、大批量生产条件下脱硫效果难以保证。
发明内容
本发明提供一种多级逆流旋风器高硫铝土矿氧化焙烧的方法，包括如下步骤：
(1)以高硫铝土矿为原料，以燃气锅炉“富氧过氧”燃烧产生的高温二氧化碳和氧气分别作为热源和氧化剂；
(2)高硫铝土矿在多级逆流旋风器内进行氧化焙烧，高硫铝土矿中的黄铁矿相转化为氧化铁和二氧化硫；
(3)多级逆流旋风器由1到N个旋风换热器组成，其中，固相与气相采用逆流方式在换热过程中完成黄铁矿相的氧化反应；
(4)经多级逆流旋风器反应后所得烟气温度降至200℃以下，体系热量利用率达到80％以上；
(5)烟气经脱硫脱硝处理后，硫组分用于制备硫酸，剩余二氧化碳采用含钙溶液吸收制备轻质碳酸钙产品。
步骤(1)所述的高硫铝土矿是指硫含量高于0.5wt.％的铝土矿；
步骤(1)所述的碳和氧气“富氧过氧”燃烧为一氧化碳与氧气在燃气锅炉中发生反应产生含有二氧化碳和氧气的高温烟气，作为氧化反应的热源和氧化剂，其反应计量式为：
mC+(m+n)O2＝mCO2+nO2
步骤(2)所述的高硫铝土矿的氧化焙烧过程的反应温度为300～900℃，按质量比，烟气中氧气：高硫铝土矿＝(0.1～1):1，反应时间为1s～120s。高硫铝土矿中黄铁矿相氧化效率＞99.9％，S2-含量≤0.1％。
步骤(2)-(3)所述的多级逆流旋风器可根据高硫铝土矿中黄铁矿相氧化反应过程的实际需求采用1-N多级逆流旋风器进行，在多级逆流旋风器中固相与气相采用逆流方式在换热过程中进行氧化反应。
一种多级逆流旋风器高硫铝土矿氧化焙烧装置，包括：1-N级旋风换热器，第一级旋风换热器烟气出口与烟气净化装置通过气体管道连接，第N级旋风换热器的进气口与燃气锅炉出气口通过气体管道连接。所述多级逆流旋风器优选为1-5级旋风换热器。
以三级逆流旋风器为例，利用二级逆流旋风换热器产生的高温烟气送入一级逆流旋风换热器，发生换热和氧化反应，一级逆流旋风换热器排出烟气经烟气净化处理，其中二氧化硫制备硫酸，二氧化碳经矿化制备轻质碳酸钙；一级逆流旋风换热器产生的料渣利用三级逆流旋风换热器产生的高温烟气送入二级逆流旋风换热器，发生换热和氧化反应；二级逆流旋风换热器产生的料渣利用燃气锅炉产生的高温二氧化碳和氧气送入三级逆流旋风换热器，发生换热和氧化反应；三级逆流旋风换热器产生的料渣换热后排出，进入后续拜耳法流程提取氧化铝。
本发明的多级逆流旋风器高硫铝土矿氧化焙烧的方法及装置，相比于现有技术，其有益效果在于：
(1)脱硫效率高，热量利用效率高。采用多级逆流旋风换热器作为反应器具有较高的换热效率，高硫铝土矿中黄铁矿相氧化效率＞99.9％，S2-含量≤0.1％。与常规流化床反应器相比，经三级以上逆流旋风器热量利用率达到80％以上，所得烟气温度降至200℃以下。
(2)采用以燃气锅炉“富氧过氧”燃烧产生的高温二氧化碳和氧气分别作为热源和氧化剂，无需额外补热，过程零排放，清洁生产，产品附加值高。尾气剩余二氧化碳通入含钙水溶液制备轻质碳酸钙，在不外排二氧化碳的同时，提高二氧化碳利用附加值。
附图说明
图1为一种三级逆流旋风器高硫铝土矿氧化焙烧的方法及装置示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明所举实施例采用的高硫铝土矿的主要成分为Al2O3-63.85％，SiO2-15.84％，TiO2-2.93％，FeS2-4.64％，余量为杂质成分；
实施例1
(1)一氧化碳和氧气在燃气锅炉中“富氧过氧”燃烧为含有二氧化碳和氧气的高温烟产气，作为氧化反应的热源和氧化剂，烟气中氧气：高硫铝土矿＝0.1:1；
(2)如图1所示，将高硫铝土矿、氧气在三级逆流旋风换热器内进行氧化焙烧反应，将高硫铝土矿中黄体矿相转化为氧化铁，硫转化成二氧化硫，氧化焙烧过程反应温度为900℃，反应时间为10s；
(3)脱硫后的高温矿粉经冷却后得到的氧化铝精矿，所得精矿中S2-含量为0.06％，与常规流化床反应器相比，经三级以上逆流旋风器热量利用率达到80％以上，所得烟气温度降至200℃以下；
(4)含SO2烟气经脱硝处理，采用吸收液吸收后进行硫酸制备，尾气剩余二氧化碳通入含钙水溶液制备轻质碳酸钙。
实施例2
(1)一氧化碳和氧气在燃气锅炉中“富氧过氧”燃烧为含有二氧化碳和氧气的高温烟产气，作为氧化反应的热源和氧化剂，烟气中氧气：高硫铝土矿＝1:1；
(2)将高硫铝土矿、富氧空气在二级逆流旋风换热器内进行氧化焙烧反应，将高硫铝土矿中黄体矿相转化为氧化铁，硫转化成二氧化硫，氧化焙烧过程反应温度为700℃，反应时间为30s；
(3)脱硫后的高温矿粉经冷却后得到的氧化铝精矿，所得精矿中S2-含量为0.07％；
(4)含SO2烟气经脱硝处理，采用吸收液吸收后进行硫酸制备，尾气剩余二氧化碳通入含钙水溶液制备轻质碳酸钙。
实施例3
(1)一氧化碳和氧气在燃气锅炉中“富氧过氧”燃烧为含有二氧化碳和氧气的高温烟产气，作为氧化反应的热源和氧化剂，烟气中氧气：高硫铝土矿＝0.2:1；
(2)将高硫铝土矿、氧气在一级逆流旋风换热器内进行氧化焙烧反应，将高硫铝土矿中黄体矿相转化为氧化铁，硫转化成二氧化硫，氧化焙烧过程反应温度为600℃，反应时间为120s；
(3)脱硫后的高温矿粉经冷却后得到的氧化铝精矿，所得精矿中S2-含量为0.09％；
(4)含SO2烟气经脱硝处理，采用吸收液吸收后进行硫酸制备，尾气剩余二氧化碳通入含钙水溶液制备轻质碳酸钙。
实施例4
(1)一氧化碳和氧气在燃气锅炉中“富氧过氧”燃烧为含有二氧化碳和氧气的高温烟产气，作为氧化反应的热源和氧化剂，烟气中氧气：高硫铝土矿＝0.8:1；
(2)将高硫铝土矿、氧气在四级逆流旋风换热器内进行氧化焙烧反应，将高硫铝土矿中黄体矿相转化为氧化铁，硫转化成二氧化硫，氧化焙烧过程反应温度为850℃，反应时间为15s；
(3)脱硫后的高温矿粉经冷却后得到的氧化铝精矿，所得精矿中S2-含量为0.1％，所得烟气温度降至200℃以下，体系热量利用率达到80％以上。
(4)含SO2烟气经脱硝处理，采用吸收液吸收后进行硫酸制备，尾气剩余二氧化碳通入含钙水溶液制备轻质碳酸钙。
实施例5
(1)一氧化碳和氧气在燃气锅炉中“富氧过氧”燃烧为含有二氧化碳和氧气的高温烟产气，作为氧化反应的热源和氧化剂，烟气中氧气：高硫铝土矿＝0.6:1；
(2)将高硫铝土矿、氧气在三级逆流旋风换热器内进行氧化焙烧反应，将高硫铝土矿中黄体矿相转化为氧化铁，硫转化成二氧化硫，氧化焙烧过程反应温度为750℃，反应时间为20min；
(3)脱硫后的高温矿粉经冷却后得到的氧化铝精矿，所得精矿中S2-含量为0.07％，所得烟气温度降至200℃以下，体系热量利用率达到80％以上。
(4)含SO2烟气经脱硝处理，采用吸收液吸收后进行硫酸制备，尾气剩余二氧化碳通入含钙水溶液制备轻质碳酸钙。

Claims (8)

1.一种多级逆流旋风器高硫铝土矿氧化焙烧的方法，包括如下步骤：
(1)以高硫铝土矿为原料，以燃气锅炉燃烧产生的高温二氧化碳和氧气分别作为热源和氧化剂；
(2)高硫铝土矿在多级逆流旋风器内进行氧化焙烧，高硫铝土矿中的黄铁矿相转化为氧化铁和二氧化硫；
(3)多级逆流旋风器由1到N个旋风换热器组成，其中，固相与气相采用逆流方式在换热过程中完成黄铁矿相的氧化反应；
(4)经多级逆流旋风器反应后所得烟气温度降至200℃以下，体系热量利用率达到80％以上；
(5)烟气经脱硫脱硝处理后，硫组分用于制备硫酸，剩余二氧化碳采用含钙溶液吸收制备轻质碳酸钙产品。
2.根据权利要求1所述的多级逆流旋风器高硫铝土矿氧化焙烧的方法，其特征在于，步骤(1)所述的高硫铝土矿是指硫含量高于0.5wt.％的铝土矿。
3.根据权利要求1所述的多级逆流旋风器高硫铝土矿氧化焙烧的方法，其特征在于，步骤(2)所述的高硫铝土矿的氧化焙烧过程的反应温度为300～900℃，按质量比，烟气中氧气：高硫铝土矿＝(0.1～1):1，反应时间为1s～120s；高硫铝土矿中黄铁矿相氧化效率＞99.9％，S2-含量≤0.1％。
4.根据权利要求1所述的多级逆流旋风器高硫铝土矿氧化焙烧的方法，其特征在于，所述的多级逆流旋风器，根据高硫铝土矿中黄铁矿相氧化反应过程的实际需求采用1-N多级逆流旋风器进行，在多级逆流旋风器中固相与气相采用逆流方式在换热过程中进行氧化反应。
5.一种多级逆流旋风器高硫铝土矿氧化焙烧装置，包括：1-N级旋风换热器，第一级旋风换热器烟气出口与烟气净化装置通过气体管道连接，第N级旋风换热器的进气口与燃气锅炉出气口通过气体管道连接。
6.根据权利要求5所述的多级逆流旋风器高硫铝土矿氧化焙烧装置，其特征在于，所述多级逆流旋风器为一至五级旋风换热器，与常规流化床反应器相比，经三级以上逆流旋风器热量利用率达到80％以上，所得烟气温度降至200℃以下。
7.根据权利要求6所述的多级逆流旋风器高硫铝土矿氧化焙烧装置，其特征在于，三级逆流旋风器中，利用二级逆流旋风换热器产生的高温烟气送入一级逆流旋风换热器，发生换热和氧化反应，一级逆流旋风换热器排出烟气经烟气净化处理，其中二氧化硫制备硫酸，二氧化碳经矿化制备轻质碳酸钙；一级逆流旋风换热器产生的料渣利用三级逆流旋风换热器产生的高温烟气送入二级逆流旋风换热器，发生换热和氧化反应；二级逆流旋风换热器产生的料渣利用燃气锅炉产生的高温二氧化碳和氧气送入三级逆流旋风换热器，发生换热和氧化反应；
三级逆流旋风换热器产生的料渣换热后排出，进入后续拜耳法流程提取氧化铝。
8.根据权利要求5所述的多级逆流旋风器高硫铝土矿氧化焙烧装置，其特征在于，与常规流化床反应器相比采用多级逆流旋风器热量利用率达到80％以上，氢气利用效率到达99％以上。
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