专利名称：硫酸生产中的焙烧硫铁矿方法
技术领域：
本发明涉及硫酸的生产方法，更具体地涉及在硫酸生产中焙烧 硫铁矿的方法。
背景技术：
石克4失矿是碌"匕4失石户物的总称，它包4舌普通》充4失矿、f兹辟^失矿、 含煤碌u铁矿、高砷高氟石克铁矿、高铅锌石克《失矿和高-灰酸岩石危4失矿等。 普通硫铁矿主要成分为FeS2。在中国，生产硫酸的主要原料是硫铁矿。
如图1所示，在硫酸生产的硫铁矿焙烧阶段的一种常用实施方 式中，硫铁矿从贮矿斗l给出，经过皮带秤计量输送至星形给料器 3，进入到沸腾炉4中焙烧，并从沸腾炉底部排出第一部分矿渣， 其中对沸腾炉第一次供风(从沸腾炉底部)和第二次供风(从沸腾 炉顶部)。乂人沸腾炉4出来的高温炉气夹带着大部分石广渣进入废热 锅炉5,在其中回收部分余热，并排出第二部分矿渣，然后先后经 过旋风除尘器6和电除尘器除尘7以除去炉气中的绝大多数矿渣， 其中，在各除尘器中均有矿渣(第三、第四矿渣等)排出。上述流 程中的各部分矿渣皆落入埋刮板输送机10，被送往矿渣增湿器12 进行增湿降温以便运输。经除尘的主要由空气成分(如氮气)和二 氧化好u组成的炉气再进入后面的净化和制酸工序。在现有的制石危酸工艺中，石克4失矿焙烧的主要化学反应是二碌u化
4失的氧化，它分两步进4于，即FeS2的热分解和分解产物的氧化
2FeS2 -^ FeS + S2 ( 1 )
S2(g) + 202 - 2S02 (2)
FeS + 302 - 2FeO + 2S02 (3 )
2FeO + 0.5O2 -^ Fe203 (4)
实际上，在产出的矿渣中存在着不同价态的铁。在焙烧炉中氧 气不足的情况下，矿渣中的部分4失以FeO (II)形式存在，这时， 矿渣中会有至少部分的Fe304。在向沸腾炉足量供给空气的情况下， 过程中生成的FeO或Fe304会被进一步氧化，得到Fe203 (III )。由 于Fe203是无万兹性物质，在实际生产中无法通过》兹选从矿渣中分离 出来，只能作为矿渣而用作制造水泥的原冲+。而Fe304是一种两种 价态共存的化合物(FeO Fe203 ),具有》兹性。在焙烧石危铁矿时得 到尽可能多的Fe304是本领域所希望的，因为它可以通过》兹选法容 易地从矿渣中分离出来，作为生产含铁材料的原料。
然而，为了得到Fe304,需要在氧气量不足的情况下焙烧，这 会影响上述反应(2)的发生而在系统中产生大量的升华石克(S2)。 升华硫的出现是硫酸生产中应尽力避免的，因为其易导致下游管路 的堵塞，常常要求频繁的4亭工维^修以疏通管^各。因此，在现有的制 石克酸工艺中，总是在氧气大量过量的情况下焙烧石克4失矿，已避免在 焙烧段的下游出现升华硫的情况。为了这一目的，疏铁矿中的铁元 素因充分供氧的乡彖故几乎全部净皮氧4b成Fe203。
为了从矿渣中回收铁元素，人们必须对焙烧渣附加一个额外的 处理步骤，以得到具有磁性的Fe304。但是这一处理工艺的成本是
昂贵的。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的用于生产石危酸的焙烧好u铁矿的 方法，以便在矿渣中富含四氧化三铁，提高矿渣的利用价值。
在本发明的用于石克酸生产中焙烧辟u铁矿的方法，包括 -在沸腾炉中焙烧所述硫铁矿，
-在废热锅炉中回收部分矿渣余热并实现矿渣降温，
-在至少一个除尘器中进行除尘，以除去焙烧矿渣，其 特;f正在于通过对所述沸腾炉实施第一次供风和/或第二次供 风，以在850-950。C之间的第一温度进行所述焙烧，在500-750 之间的第二温度在所述沸腾炉的下游进行至少一次第三次供 风，以便氧化在沸腾炉中产生的升华硫。
在一种优选实施方式中，焙烧在900-950。C之间，优选在 900-93(TC之间进4亍。
在一种优选实施方式中，升华硫的氧化在550-700°C，优选在 570-600 。C之间进4亍。
在一种具体实施方式
中，用于第三次供风的装置i殳在连接于沸 腾炉和废热锅炉之间的第 一 烟道中，并且只进行一 次第三次供风。
在一种优选实施方式中，炉气含氧量低于1.5%，优选低于1.0 % ，更优选低于0.8 % ，更优选低于0.6 % ，最优选在0.4-0.5 %之间。
在一种具体实施方式
中，炉气含氧量是通过安装在位于废热锅 炉中的氧气浓度表来监控。在一种优选实施方式中，通过在位于除尘i殳备下游的冷却》荅出
口至洗涤塔进口气体管线上加设视4竟和摄像装置，来观察在冷却塔 的气液界面处有无升华硫产生，通过视镜和摄像装置提供的反馈来 相应调节第三次供风的量。
在一种优选实施方式中，将系统中的二氧化石克含量控制在 13.5-13.8的范围内，伊乙选在13.6-13.7%之间。
在一种优选实施方式中，用于焙烧碌^铁矿的系统被全封闭。
在一种优选实施方式中，将作为原料的碌u4失矿的水份控制在6 %以下。
在一种优选实施方式中，石克4失矿原料的含石克率^皮控制在35 %以上。
通过在沸腾炉的下游进行至少 一次第三次供风，可以避免矿渣 中的Fe304的充分氧化，4吏矿渣保留i兹性，同时又避免沸腾炉下游 产生大量的单质碌u ，而消除了管道堵塞的不利情况。
图1是现有技术中的制硫酸工艺中用于焙烧好i4失矿的流程简图。
具体实施例方式
在以下i兌明中，同样可以借助附图l来理解本发明的一般和优 选的实施方式。
7本发明的一个设计思想是，既要在硫铁矿的焙烧阶段得到尽可 能多的四氧化三《失，又要确l呆在该沸腾炉中产生的单质石克-故完全氧 化成二氧化碌u,以克力良现有4支术中长期渴望解决而又不能解决的4支 术问题。
为此，发明人采取的手段之一是， 一方面，控制沸腾炉的给氧 量，在一较高的第一温度下在沸腾炉中焙烧硫铁矿，以便在矿渣中
得到不完全氧化产物Fe304,另一方面，在沸腾炉之后的流路中增 加至少一个空气补给环节，在一较低的第二温度下对炉气(含有二
氧化硫、升华硫、和含铁粉尘)进行二次或多次氧化，以便将因硫 铁矿缺氧焙烧产生的升华碌^ (单质石克)氧化成二氧化硫。
在本发明中，术语"第一温度，，是指在850-950。C之间的温度， "第二温度，，是指通常在500-750之间的温度。
通过控制第一次供风和/或第二次供风的速率，来调节对沸腾炉 的氧气供给量，并且也影响第一温度，以建立石克4失矿缺氧焙烧的条 件。在本发明中，第一温度的数值取决于硫铁矿的进料速率、硫铁 矿的含硫率、冷却塔和给风速率。在进料速率、原料含硫率给定的 情况下，通过变化给风速度来调节第一温度是容易实现的。也可以 通过在原料含>5危率确定的情况下协同调节给料速度和第 一 次和/或 第二次纟会风速率来实施温度控制。此控制可以〗昔助一个i殳在废热锅 炉内的氧表来进行，通过氧表显示出炉气中的氧浓度。还可以根据 出自沸腾炉的矿渣颜色来判断。在本发明中，第一温度通常可以在 850-950。C的范围变化，但是作为优选方案，第一温度在900-950。C 之间，最优选在900-930。C之间。发明人经过多次试验发现，在 900-930。C的温度范围内焙烧，既能以较高速度转化石危铁矿，释放其 中的碌u，又不至于4吏系统内温度失控而不利于在流路下游中的搮: 作。在本发明中，第一次供风和/或第二次供风的位置可以与现有技 术相同，可以通过调节第一次供风和/或第二次供风的速率，来控制
矿渣的渣色。矿渣颜色为红色意p未着供风量过大，矿渣中的4失元素 被氧化为三价铁(Fe203 )，这时，需要将风量调小，使矿渣颜色变 黑(Fe304的颜色)。
本发明的另一个要点是在沸腾炉的下游追加一次供风(第三次 供风)操作，以将来自沸腾炉的炉气中所含的单质硫(升华硫)进 一步氧化成二氧化硫。这一氧化是在较低的第二温度下进行。这一 点非常重要，因为在〗氐于前述第一温度的第二温度下，可以顺利地 将升华石克氧化，而较难发生四氧化三铁的进一步氧化。发明人发现， 第二温度越偏离第一温度，四氧化三铁越难进一步氧化。但是在这 此第二温度下，将未完全转化的碌u铁矿氧化成四氧化三铁则可以实 现。在本发明中，第二温度一4殳为500-750。C，优选为550-700。C， 最优选为570-600°C。发明人发现，在570-600。C下，石克4失矿可以更 安全而快速地转化成四氧化三铁，不会产生三价氧化铁，另外在这 一温度下，升华硫能够以较快的速度燃烧。
在本发明的一个具体实施方式
中，第三次供风装置是设在连接 于沸腾炉和废热锅炉之间的第 一 烟道，其将第三次风送入废热锅 炉，使得升华好u的氧化主要在废热锅炉中进行。但是本发明并不受 此具体实施方式
的限制，就是i兌，在沸腾炉下游的其他〗立置也可以 进4亍上述补氧条件下的二次氧化步骤，而且该步骤可以不止一次进 行，直至将炉气中的升华^克完全转化为二氧化石克。
本发明的要点之一是将炉气含氧量控制在低于现有技术的水 平。在现有的焙烧石危铁矿工艺中，炉气含氧量通常在2.0-3.6 %之间。 在本发明中，炉气含氧量一般低于1.5%,优选不高于1.0%,更优 选不高于0.8%，更优选不高于0.6%，最优选在0.4-0.5 % 。在本发 明的含氧量水平， 一方面升华石克可以充分i也转化为二氧化石克，另一方面，过量的氧气不至于将矿渣中的四氧化三铁进一步氧化。炉气 含氧量可以用设置在废热锅炉处的氧表来监测。也可以设置多个这 样的氧表，例如，还可以将另一个氧表设在沸腾炉出口处，即位于 沸腾炉和废热^锅炉之间。
为了更直观J也监控工艺条件，可以在〗立于电除尘器下游的冷却 塔出口至洗涤塔进口气体管线上加设视镜和l聂像装置，以观察在冷 却塔的出口有无升华硫产生。如有深绿色升华疏产生，及时反馈到 焙烧环节进4亍调节。具体而言，如有深绿色升华石危产生，应相应加 大第三次供风量。但第三次供风量也不能过大，因为氧气浓度过大 会导致铁粉在一定程度上进一步氧化，达不到》兹性焙烧的目的。风 量以所形成的升华石克完全燃烧为宜。
随着在沸腾炉出口处测得的炉气中二氧化石危含量的增加，矿渣 颜色由红变黑，矿渣中磁性铁含量也逐渐增高。磁性铁含量由总铁
量与亚铁量(总Fe/FeO)之比来衡量，该比值越大，意味着磁性铁 含量越低。发明人发现，当二氧化硫含量小于13.5%时，矿渣中的 全铁与亚铁的比大于5，且变化急剧。当二氧化硫大于13.8%时， 矿渣中的全铁与亚铁的比值小于3,但变化緩慢。尤其是，当S02 浓度小于13.6%时，炉气中的升华硫的含量增加緩慢，当SCb浓度 大于13.7%时，增加较快，因此13.6-13.7%是个优选范围。因此控 制沸腾炉出口 S02含量在13.5-13.8范围内，则多可以得到棕黑色磁 性矿渣，这与现有技术中S02含量通常在13.0-13.5 %范围的情况不 同。
为了更有效地控制系统中的各项参数如含氧量、so2含量等， 优选将系统加以密封，为此，可以焊封锅炉、旋风除尘器、电除尘 器的所有漏气点。
10在本发明的一个具体实施方式
中，将作为原料的疏铁矿的水份
控制在6%以下。对于含水量高于6%的原料矿，最好在其进入系 统之前增加一烘干步骤，这样做的目的是控制炉温和炉气浓度。另 外，在本发明的一个具体实施方式
中，对高品位矿掺入4氐品位或矿 渣使矿含疏保持在35%以上，这样更容易稳定系统的各参数，并防 止因含疏高、炉内温度骤升造成高温结疤。但是，本发明并不局限 于此，在其他含水量和含流量的条件下，按照本发明的思想，通过 调节工艺参凄t也可以实现本发明。
通过本发明的上述方法，可以实现硫铁矿的非过氧焙烧，沸腾 炉烧出率可以达到98%或更高，矿渣含石克在0.7-1.0%,矿渣基本上 呈棕黑色，有利于》兹选。
通过本发明的方法，既实现硫铁矿的不完全氧化，得到富含四 氧化三铁的磁性矿渣，又避免在沸腾炉的下游存在升华硫而堵塞管 路的现象，使得工业化生产硫酸得以长期连续进行，克服了现有技 术的不足。
权利要求
1.一种硫酸生产中焙烧硫铁矿的方法，包括-在沸腾炉中焙烧所述硫铁矿，-在废热锅炉中回收部分矿渣余热并实现矿渣降温，-在至少一个除尘器中进行除尘，以除去焙烧矿渣，其特征在于通过对所述沸腾炉实施第一次供风和/或第二次供风，以在850-950℃之间的第一温度进行所述焙烧，在500-750之间的第二温度在所述沸腾炉的下游进行至少一次第三次供风，以便氧化在沸腾炉中产生的升华硫。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述焙烧在900-950。C之 间进行。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述升华石克的氧化在 550-700。C之间进行。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中，用于所述第三次供风的装 置i殳在连4妻于所述沸腾炉和废热锅炉之间的第一烟道中，并且 只进行一 次第三次供风。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述炉气含氧量低于1.5%。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述炉气含氧量是通过安 装在废热锅炉中的氧气浓度表来监控。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中，通过在位于除尘设备下游 的冷却塔出口至洗涤塔进口气体管线上加设视镜和才聂像装置， 来观察在冷却塔的气液界面处有无升华石克产生。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中，通过所述视镜和摄像装置 提供的反馈来相应调节所述第三次供风的量。
9. 根据权利要求1所述的方法，其中，将系统中的二氧化硫含量 4空制在13.5-13.8的范围内。
10. 根据权利要求1所述的方法，其中，用于焙烧硫铁矿的系统被 全封闭。
全文摘要
本发明涉及在硫酸生产过程中焙烧硫铁矿的方法，包括(1)在沸腾炉中焙烧所述硫铁矿；(2)在废热锅炉中回收部分矿渣余热并实现矿渣降温；(3)在至少一个除尘器中进行除尘，以除去焙烧矿渣，其特征在于通过对所述沸腾炉实施第一次供风和/或第二次供风，以在850-950℃之间的第一温度进行所述焙烧，在500-750之间的第二温度在所述沸腾炉的下游进行至少一次第三次供风，以便氧化在沸腾炉中产生的升华硫。
文档编号C22B1/00GK101585513SQ200910147659
公开日2009年11月25日 申请日期2009年6月11日 优先权日2009年6月11日
发明者冯世凯, 超 周 申请人:周 超;冯世凯