CN1632140A - 旋风炉焙烧硫铁矿粉生产铁块矿的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用旋风炉焙烧硫铁矿粉生产铁块矿的方法，包括含硫铁矿矿物大于90％的硫铁矿粉、含CaO+MgO或SiO₂成分的熔剂物料与硫铁矿烧渣细粉按规定比例混合形成混合料，混合料给入旋风炉中焙烧，含SO₂的焙烧烟气经除尘、净化后制硫酸，液态渣经冷却、破碎、筛分得粒度、碱度符合炼铁要求的铁块矿。硫铁矿粉用旋风炉焙烧，烟气含尘量低，有利于后来的除尘、净化过程。焙烧过程温度高，燃烧速度快，硫的脱出率高，烧渣含硫可降到0.2％以下，铁含量大于60％，达到了炼铁对铁块矿的质量要求。液态渣冷却破碎后直接得到铁块矿，省去了粉矿的烧结过程，降低了成本，使硫铁矿中的铁资源得到充分有效的利用。

Description

旋风炉焙烧硫铁矿粉生产铁块矿的方法

一、技术领域：属于化工冶金技术领域。

二、背景技术：沸腾炉焙烧硫铁矿制硫酸是应用上百年的成熟技术，现在仍被广泛应用于国内外的硫酸生产行业。沸腾炉所使用的硫铁矿矿石多数为含S30％-45％，粒度小于6mm的普通硫铁矿，得到的烟气含尘250g-350g/m³，烧渣含S0.5％-2％，含铁40％-55％。由于烟气含尘量大，后来的除尘工作压力大，成本高，烧渣含硫高，含铁低，铁的综合利用困难。

采用选矿方法将硫铁矿提纯，获得含硫铁矿矿物大于90％，粒度小于1mm的硫铁矿粉，虽然利用沸腾炉焙烧可得到含铁大于60％，含硫小于0.5％的烧渣，但该烧渣作为炼铁原料时，结构松散、多孔，烧结强度低，粉化严重，不利于高炉炼铁，且0.5％的含硫量仍然偏高。沸腾炉原料粒度太细时，烟气含尘量更大，不利于后来的除尘处理。硫铁矿粉含硫高，粒度细，燃烧速度快，发热量大，焙烧温度控制困难，容易出现烧结现象，影响生产的正常进行。所以，对于含硫品位高，粒度细的硫铁矿粉，尽管沸腾炉焙烧可以进行，但已不再是一种好的方法。针对硫铁矿粉的性质，开发一种新的焙烧技术与方法，对提高焙烧效率，充分利用铁、硫资源具有重要意义。

旋风炉在火电厂的煤粉燃烧中是应用多年的成熟设备，由于燃烧速度快，燃烧强度高，燃烧完全，烟气含尘量小，液态排渣给操作和环境控制带来了很多好处，所以在火电行业得到了广泛应用。然而用旋风炉焙烧硫铁矿至今没有得到应用，主要原因是工业应用的硫铁矿含硫品位低，其中包含了大量的石英、三氧化铝等高硬度、高熔点的脉石矿物，原料粒度一般在-6mm，粒度粗，当采用旋风炉燃烧时，燃烧不完全，高速的旋流运动造成旋风炉内壁严重磨损，旋风炉不能长期稳定工作。对于硫铁矿粉，已经没有大于1mm的矿粒，-0.074mm和-0.045mm含量高，燃烧速度快，发热量大，烧渣熔点低，旋流运动时对炉壁的磨损小，采用旋风炉燃烧已成为可能。

三、发明内容：本发明的目的就是针对硫铁矿粉，提供一种旋风炉焙烧产生制硫酸用的低尘SO₂，同时利用液态渣生产铁块矿的方法。通过配料、混合、焙烧、液态渣冷却固化工艺，得到含硫低、含铁高、碱度和粒度符合炼铁要求的铁块矿。

本发明通过以下技术方案来实现：

1、配料

(1)原料：硫铁矿粉+熔剂+返渣

硫铁矿粉含硫铁矿矿物的重量百分含量大于90％，矿粒粒度小于1mm，水分的重量百分含量不大于16％。

熔剂为含SiO₂或CaO+MgO的矿物，粒度小于1mm。

返渣为从硫铁矿烧渣破碎产物中筛出的-5mm的细颗粒烧渣经再破碎至小于1mm，与除尘装置中排除的烧渣粉尘的合并物。

(2)配料比例

硫铁矿粉∶熔剂∶返渣＝100∶A(或B)∶C(或C₁)其中：

A＝100(RD-A₁)/A₂                      (1)

B＝100[(A₁/R)-B₁]/B₂                 (2)

C＝0～3.33S-A-100                      (3)

C₁＝0～3.33S-B-100                    (4)

式中：R-铁块矿要求的碱度，R＝(CaO+MgO)/SiO₂＝0.7-1.5；

A-100千克硫铁矿粉中需要加入的含CaO+MgO的矿物重量；

A₁-硫铁矿粉中CaO+MgO的重量百分含量；

A₂-加入的熔剂矿物中CaO+MgO的重量百分含量；

B-100千克硫铁矿粉中需要加入的含SiO₂的矿物重量；

B₁-硫铁矿粉中SiO₂的重量百分含量；

B₂-加入的熔剂矿物中SiO₂的重量百分含量；

C-加入熔剂为CaO+MgO时，100千克硫铁矿粉中加入的返渣的重量；

C₁-加入熔剂为SiO₂时，100千克硫铁矿粉中加入的返渣的重量；

S-硫铁矿粉的含硫品位。

以铁块矿要求的具体碱度R为依据，按R＝(CaO+MgO)/SiO₂计算，当硫铁矿粉中CaO+MgO的重量百分含量不足时，使用(1)、(3)式计算需加入的CaO+MgO的量；当硫铁矿粉中SiO₂的重量百分含量不足时，使用(2)、(4)计算需加入的SiO₂的量。

(3)混料

返渣、含SiO₂或CaO+MgO的矿物熔剂，与含水不大于16％的硫铁矿粉按上述的配料比例在混合机中搅拌混合均匀。混合料含水分和含硫品位为：

$E_1=\frac{100E}{10000+100A+100C-\mathrm{EA}-\mathrm{EC}}\×100\%---\left(5\right)$

$E_1=\frac{100E}{10000+100B+100C_1-\mathrm{EB}-E{C}_1}\×100\%---\left(6\right)$

$S_1=\frac{S}{100+A+C}\×100\%---\left(7\right)$

$S_1=\frac{S}{100+B+C_1}\×100\%---\left(8\right)$

式中：E-硫铁矿粉水分的重量百分含量；

      E₁-混合料水分的重量百分含量；

      S₁-混合料的含硫品位。

添加熔剂为CaO+MgO时，用(5)、(7)式计算混合料水分的重量百分含量和含硫品位，添加熔剂为SiO₂，用(6)、(8)式计算混合料水分的重量百分含量和含硫品位。

2、旋风炉焙烧

(1)旋风炉设计参数

焙烧硫铁矿混合配料的旋风炉，安装倾斜角度为0-90°，旋风筒的长度与直径的比值L/D＝4-6，根据硫铁矿的粒度、含硫品位通过试验确定，确保烧渣含硫不大于0.2％。

(2)旋风炉焙烧过程及控制的工艺条件

硫铁矿粉经配料后的混合料的焙烧在水冷的旋风筒中进行。300-450℃的预热空气以40-150m/s的速度切向给入旋风筒内，沿旋风筒内壁形成旋流，硫铁矿粉混合料以切向或轴向或割向给入旋风筒内，在旋转空气流的带动下作旋转运动，同时以1200-1450℃的温度燃烧，过量空气系数1.1-1.2，旋风筒一次风量占总风量的体积百分数10-20％，旋风筒二次风量占总风量的体积百分数80-90％。燃烧反应为： (硫铁矿为黄铁矿时)， (硫铁矿为磁黄铁矿时)，燃烧的渣呈熔融液态，在旋转离心力的作用下沿筒壁作螺旋线运动，运动的过程中，没有燃烧完全的硫铁矿颗粒继续燃烧，直至液态渣从出渣口排出，经冷却固化得到铁块矿。燃烧反应生成的含SO₂的气体为焙烧烟气，烟气中的细粒烧渣遇到捕渣管后被部分捕集进入液态渣池，随液态渣从出渣口排出。经过捕渣管后的烟气含尘小于60g/m³，经除尘、净化得含尘小于10mg/m³的SO₂烟气进入硫酸系统制硫酸。

液态渣的冷却固化可以采取以下三种方式：

1)液态渣从出渣口流出时，用风机产生的自然温度的空气喷吹，使烧渣冷却固化后的粒度小于40mm。对固化烧渣进行筛分，小于5mm的细粒烧渣作为返渣，5-40mm的块状烧渣就是合格的铁块矿。

2)液态渣从出渣口流出后，自然冷却固化，再用破碎机破碎成-40mm，筛出-5mm细粒烧渣作为返渣，筛上5-40mm的块状烧渣就是合格铁块矿。

3)液态渣直接流进水箱，在0～100℃水的急冷作用下形成粒化水淬渣，这种渣可作为直接还原炼铁的原料。

除尘系统排出的细粒灰渣作为返渣返回配料系统配料。

本发明具有以下优点：

1、本发明同时完成了硫铁矿制酸的焙烧任务，硫铁矿制铁矿的脱硫任务和铁粉矿的烧结任务；

2、硫铁矿粉在旋风炉中燃烧时，燃烧温度高，硫的烧出率高，烧渣含硫可低达0.2％以下，达到炼铁原料对含硫量的要求；

3、硫铁矿粉在旋风炉中燃烧，烧渣为液态渣，经冷却固化后可得粒度符合炼铁要求的铁块矿，省去了细粒烧渣的烧结过程；

4、控制硫铁矿粉的杂质含量，可使烧渣铁块矿的含铁品位大于60％，满足高炉炼铁的需要；

5、通过硫铁矿粉的配料处理，可根据炼铁需要获得不同酸碱度的铁块矿、中性(自熔性)铁块矿；

6、烟气含尘量远小于沸腾炉烟气的含尘量，减轻了后来的烟气除尘的压力和成本。液态排渣也减轻了粉尘带来的环境污染。

四、具体实施方式：

实施例一：

1、配料

(1)原料

硫铁矿粉+熔剂+返渣

硫铁矿粉含硫铁矿矿物为黄铁矿，黄铁矿矿物含量为96％，含硫品位S＝51.26％，SiO₂的重量百分含量为B₁＝1.2％，CaO+MgO的重量百分含量为A₁＝0.5％，矿粒粒度为-0.074mm90％，水分E＝12％。

熔剂为CaO，粒度小于1mm。

返渣为从硫铁矿烧渣破碎产物中筛出的-5mm的细颗粒烧渣经再破碎至小于1mm，与除尘装置中排除的烧渣粉尘的合并物。

(2)配料比例

铁块矿要求的碱度R＝1。

硫铁矿粉∶CaO∶返渣＝100∶A∶C＝100∶0.7∶25

(3)混料

返渣、CaO，与硫铁矿粉按上述的配料比例在螺旋混合机中搅拌混合均匀。混合料含水分E₁＝9.79％，总的混合料含硫品位S₁＝40.78％。

2、旋风炉焙烧

(1)旋风炉设计参数

焙烧硫铁矿混合配料的旋风炉，倾斜角度为90°，为立式旋风炉。旋风筒的长度与直径的比值L/D＝5。

(2)旋风炉焙烧控制的工艺条件

300-400℃的预热空气以90-120m/s的速度切向给入旋风筒内，硫铁矿混合料燃烧温度为1300-1450℃，过量空气系数1.2，旋风筒一次风量占总风量的体积百分比15％，旋风筒二次风量占总风量的体积百分比85％。液态渣从出渣口排出，用风机产生的自然温度的空气喷吹，使烧渣冷却固化后的粒度小于40mm。对固化烧渣进行筛分，小于5mm的细粒烧渣作为返渣，5-40mm的块状烧渣就是碱度为1的自熔性合格的铁块矿。除尘系统排出的细粒灰渣作为返渣返回配料系统配料。

3、取得的主要技术指标：铁块矿含Fe65.53％，含S0.15％，进入制酸系统的烟气含SO₂符合制酸标准，含尘小于10mg/m³。

实施例二：

1、配料

(1)原料

硫铁矿粉+熔剂+返渣

硫铁矿粉含硫铁矿矿物为磁黄铁矿，磁黄铁矿矿物含量为95％，含硫品位S＝37.53％，SiO₂的重量百分含量为B₁＝1.2％，CaO+MgO的重量百分含量为A₁＝1.0％，矿粒粒度为-0.074mm95％，水分E＝11％。

熔剂为石灰石+白云石，含CaO+MgO的重量百分含量为A₂＝44％，粒度小于1mm。

返渣为除尘装置中排除的烧渣粉尘。

(2)配料比例

铁块矿要求的碱度R＝1.1。

硫铁矿粉∶石灰石+白云石∶返渣＝100∶A∶C＝100∶0.73∶24

(3)混料

返渣、石灰石+白云石，与硫铁矿粉按上述的配料比例在螺旋混合机中搅拌混合均匀。混合料含水分E₁＝9.02％，总的混合料含硫品位S₁＝30.09％。

2、旋风炉焙烧

(1)旋风炉设计参数

焙烧硫铁矿混合配料的旋风炉，倾斜角度为0°，为卧式旋风炉。旋风筒的长度与直径的比值L/D＝4。

(2)旋风炉焙烧控制的工艺条件

350-450℃的预热空气以100-150m/s的速度切向给入旋风筒内，硫铁矿混合料燃烧温度为1200-1300℃，过量空气系数1.1，旋风筒一次风量占总风量的体积百分比20％，旋风筒二次风量占总风量的体积百分比80％。液态渣从出渣口排出，直接流进水箱，在0～100℃水的急冷作用下形成粒化铁矿。

除尘系统排出的细粒灰渣作为返渣返回配料系统配料。

3、取得的主要技术经济指标：粒化铁矿含Fe66.21％，含S0.2％，进入制酸系统的烟气含SO₂符合制酸标准，含尘小于10mg/m³。

实施例三：

1、配料

(1)原料

硫铁矿粉+熔剂+返渣

硫铁矿粉含硫铁矿矿物黄铁矿和磁黄铁矿，硫铁矿矿物含量为90％，含硫品位S＝44％，SiO₂的重量百分含量为B₁＝1.5％，CaO+MgO的重量百分含量为A₁＝1.2％，矿粒粒度小于1mm，-0.074mm含量50％，水分E＝16％。

熔剂为含SiO₂的粘土矿，粒度小于1mm。

返渣为从硫铁矿烧渣破碎产物中筛出的-5mm的细颗粒烧渣经再破碎至小于1mm，与除尘装置中排除的烧渣粉尘的合并物。

(2)配料比例

铁块矿要求的碱度R＝0.8。

硫铁矿粉∶粘土矿∶返渣＝100∶B∶C＝100∶0∶30

(3)混料

返渣与硫铁矿粉按上述的配料比例在螺旋混合机中搅拌混合均匀。混合料含水分E₁＝12.78％，总的混合料含硫品位S₁＝33.85％。

2、旋风炉焙烧

(1)旋风炉设计参数

焙烧硫铁矿混合配料的旋风炉，倾斜角度为20°，为卧式旋风炉。旋风筒的长度与直径的比值L/D＝6。

(2)旋风炉焙烧控制的工艺条件

350-400℃的预热空气以40-100m/s的速度切向给入旋风筒内，硫铁矿混合料燃烧温度为1250-1350℃，过量空气系数1.15，旋风筒一次风量占总风量的体积百分比10％，旋风筒二次风量占总风量的体积百分比90％。液态渣从出渣口排出，自然冷却固化，再用破碎机破碎成-40mm，筛出-5mm细粒烧渣作为返渣，筛上5-40mm的块状烧渣就是碱度为0.8的合格铁块矿。

除尘系统排出的细粒灰渣作为返渣返回配料系统配料。

3、取得的主要技术经济指标：铁块矿含Fe61.40％，含S0.2％，进入制酸系统的烟气含SO₂符合制酸标准，含尘小于1Omg/m³。

Claims (6)

1、一种旋风炉焙烧硫铁矿粉生产铁块矿的方法，其特征在于，原料为硫铁矿粉+熔剂+返渣。

2、根据权利要求1所述的旋风炉焙烧硫铁矿粉生产铁块矿的方法，其特征是，所述的硫铁矿粉是含黄铁矿或磁黄铁矿的矿粉，黄铁矿、磁黄铁矿或黄铁矿加磁黄铁矿在原料中的重量百分含量大于或等于90％，粒度小于1mm，水分的重量百分含量不大于16％；所述的熔剂是CaO+MgO或SiO₂，其加入量根据铁块矿要求的碱度R＝(CaO+MgO)/SiO₂＝0.7～1.5加以确定；所述的返渣是从硫铁矿烧渣产物中筛出的-5mm的细粒烧渣再破碎至-1mm，与除尘装置中排出的烧渣粉尘合并而成。

3、根据权利要求1～2中任一项所述的旋风炉焙烧硫铁矿粉生产铁块矿的方法，其特征是，当硫铁矿粉中CaO+MgO的重量百分含量不足时，原料配比为，硫铁矿粉∶熔剂∶返渣＝100∶A∶C，式中A＝100(RB₁-A₁)/A₂，是100千克硫铁矿粉中需要加入的含CaO+MgO的矿物重量，C＝0～3.33S-A-100，是100千克硫铁矿粉中需要加入的返渣重量，B₁是硫铁矿粉中SiO₂的重量百分含量，A₁是硫铁矿粉中CaO+MgO的重量百分含量，A₂是加入的熔剂矿物中CaO+MgO的重量百分含量，S是硫铁矿粉的含硫品位；当硫铁矿粉中SiO₂的含量不足时，原料配比为，硫铁矿粉∶熔剂∶返渣＝100∶B∶C₁，式中B＝100[(A₁/R)-B₁]/B₂，是100千克硫铁矿粉中需要加入的含SiO₂的矿物的重量，C₁＝0～3.33S-B-100，是100千克硫铁矿粉中需要加入的返渣的重量，B₂是加入的熔剂矿物中SiO₂的重量百分含量。

4、一种旋风炉焙烧硫铁矿粉生产铁块矿的方法，其特征是，用以焙烧权利要求1至3中任一项所配制原料的旋风炉的设计参数是，安装倾斜角度为0-90°，旋风筒的长度与直径的比值L/D＝4-6；控制的技术工艺条件是，空气预热温度300 450℃，流速40-150m/s，炉内燃烧温度1200-1450℃，过量空气系数1.1-1.2，旋风筒一次风量占总风量的体积百分数10-20％，旋风筒二次风量占总风量的体积百分数80-90％。产出的液态渣冷却固化得到铁块矿，含SO₂的烟气含尘小于10mg/m³。

5、根据权利要求4所述的旋风炉焙烧硫铁矿粉生产铁块矿的方法，其特征是，所述的硫铁矿粉的混合料给入旋风筒内的方向为切向或轴向或割向。

6、根据权利要求4所述的旋风炉焙烧硫铁矿粉生产铁块矿的方法，其特征是，所述的液态渣处理方法为：(1)液态渣从出渣口流出时，用风机产生的自然温度的空气喷吹，使液态渣冷却固化后的粒度小于40mm，对固化烧渣进行筛分，小于5mm的细粒烧渣作为返渣，5-40mm的块状烧渣就是合格的铁块矿；(2)液态渣从出渣口流出后，自然冷却固化，再用破碎机破碎成-40mm，筛出-5mm细粒烧渣作为返渣，筛上5-40mm的块状烧渣就是合格铁块矿；(3)液态渣直接流进水箱，在0～100℃水的急冷作用下形成粒化铁矿。