专利名称：一种含温度梯度的重力场下双向连续回收硫精矿中硫的方法
技术领域：
本发明涉及硫精矿中硫的回收领域，属于一种含温度梯度的重力场下双向连续硫 回收方法。
背景技术：
硫精矿是选矿厂、冶炼厂等冶金厂矿企业的一种常见副产物，一般含有较多的单 质硫，另有不同含量的硫化物。目前对硫精矿的综合利用主要集中于富集回收其中的硫化 物，而有相当大比例的硫被焚烧制硫酸，也有不少地方主要是将硫精矿进行堆积处置。另一 方面，当前社会对硫磺的需求在不断增加，国内外硫磺生产主要是采用克劳斯方法。此外还 有几种从含硫物料中提取硫的方法，如蒸馏，加压浸出，浮选，溶剂萃取等，但这些方法对 硫精矿中硫的提取都存在一定问题，特别是易造成环境的污染。
发明内容
单质硫为黄色固体，主要有正交和单斜晶型，硫的熔点是115°C左右，沸点是 444. 7°C。硫精矿是一种单质硫与某些其他矿物(主要是硫化矿物)的混合物质，通过实验 我们发现在200°C左右固体硫磺即发生升华，而没有明显的硫液化现象。气固两相的物相分 离比液固两相的物相分离要容易很多，鉴于这些实验基础，我们提出了这套有关处理硫精 矿硫磺回收的工艺与路线。在寻找适宜的操作参数时，我们充分考虑到了硫精矿中各种硫化物的化学性质、 反应过程(如1 — FeS+S ；FeS2+2H2 — FeS+2H2S)和热动力学规律。另外，综合考虑了工 艺过程的经济成本和收益(经济的和环境的)。本发明的目的就是为了提供一种适用于矿厂行业硫精矿中提取硫磺的技术方法 和工艺过程。经过实验室模拟，探索得到适宜的反应条件，并对前后样品进行了 XRD等表 征，以确定其中的单质硫确实已被去除，同时考察剩余物质的组成。鉴于实验室模拟的结 果，提出了一种适用于矿厂行业硫精矿中提取硫磺的工艺过程(包括反应装置)。本发明的 目的是通过以下技术方案实现的。一种从硫精矿中回收硫磺的方法，其特征在于使样品在重力场下借助传送带与载 气(氮气)相向运输，传送带温度保持在一定范围内并有一定的温度梯度(随着载气方向 逐渐升高)，将硫精矿中的单质硫升华出来，在硫磺收集装置(也具有一定温度梯度)将其 固化，制成成品硫磺。实验室模拟装置分别采用内径Φ 8mm和Φ 23mm的石英管，长60cm，在 管式炉中进行加热保温，样品干燥过程在105°C烘箱中进行。所述的方法，其所述的样品硫精矿需经过以下预处理步骤空气中干燥5-8天，且 研磨至一定尺寸，约0. 25mm到3cm。所述的方法，其所述的传送带由不锈钢包在四周，且其上装有若干挡板，外部设有 电加热管对其进行加热。传送带运行时，挡板将样品硫精矿带入不锈钢区，并在该具有温度梯度的区域内停留一定时间后，将处理后产物带出，在硫磺收集器中收集，对产物进行X射 线衍射分析(X射线衍射谱图见图1和图2)，可知处理后主要物质为i^eS，并含少量1 ,可 以进行再利用。若需得到较高纯度的i^eS，可以将剩余产物投入另一小型相似装置，使用氮 气、氢气混合气作为载气，将反应区温度提高至400°C到500°C进行进一步的处理(产物X 射线衍射谱图见图3)。所述的方法，其所述的传送带温度范围为200°C到500°C，且具有一定温度梯度。所述的方法，其所述的硫磺收集装置为一与升华部分相同的不锈钢管路，温度保 持在70°C到200°C之间，且具有一定温度梯度，管路末端温度略低并通入硫磺收集箱，其末 端部分设置一个可自由活动的挡板，以一定频率定期刮下管路中的硫磺至收集箱中。本发明具有以下有益效果1)采用重力场和温度梯度，相较于其他封闭式等温体系，无需近真空状态，在节能 上具有很大优势。2)矿物与载气相向传输，利于传质，也有利于其中气体硫磺和处理后固渣的迁移 收集。3)装置可以实现连续化操作，处理量大，相较于其他硫磺回收方法具有很大的优势。4)对矿物进行硫磺回收的同时，得到组成比较纯的硫化矿物，可以进行综合利用， 载气可以重复利用。该工艺不产生废水废气废渣，不会造成环境污染。
图1 原料硫精矿的X射线衍射谱图。图2 :380°C处理后矿渣的X射线衍射谱图。图3 5000C (10% H2+90% N2)处理后矿渣的X射线衍射谱图。图4:工艺装置示意图。
具体实施例方式实施例1 某冶炼厂硫精矿在105°C烘箱中干燥脱水后，磨至40至60目，作为样 品硫精矿。取其中0.749g，放入内径Φ8πιπι的石英管中，在管式炉中加热，氮气气氛保护 (15ml/min)，由20°C开始程序升温(10°C /min)至350°C，保持20min。最后取出石英管末 端冷凝的硫，称重0. 371g，计算得硫含量49. 5%。实施例2 某冶炼厂硫精矿在105°C烘箱中干燥脱水后，磨至40至60目，作为样 品硫精矿。取其中0.742g，放入内径Φ8πιπι的石英管中，在管式炉中加热，氮气气氛保护 (15ml/min)，由20°C开始程序升温(10°C /min)至300°C，保持45min。最后取出石英管末 端冷凝的硫，称重0. 384g，计算得硫含量51.8%。实施例3 某冶炼厂硫精矿在105°C烘箱中干燥脱水后，磨至20至40目，作为样 品硫精矿。取其中0.845g，放入内径Φ8πιπι的石英管中，在管式炉中加热，氮气气氛保护 (15ml/min)，由20°C开始程序升温(10°C /min)至300°C，保持45min。最后取出石英管末 端冷凝的硫，称重0. 421g，计算得硫含量49. 8%。实施例4 某冶炼厂硫精矿在105°C烘箱中干燥脱水后，磨至20至40目，作为样品硫精矿。取其中0.715g，放入内径Φ8πιπι的石英管中，在管式炉中加热，氮气气氛保护 (15ml/min)，由20°C开始程序升温(10°C /min)至250°C，保持120min。最后取出石英管末 端冷凝的硫，称重0. 3g,计算得硫含量42 %。实施例5 某冶炼厂硫精矿3. 788g，含水量沈.3%，空气中干燥7天后脱水约 80.7%，称重为3. 482g，磨至尺寸约1cm，将其放入内径Φ 23mm的石英管中，在管式炉中加 热，氮气气氛保护(80ml/min)，由20°C开始程序升温(10°C /min)至350°C并保持20min。前 后样品称重得到理论含硫量为1. 116g，最后取出石英管末端冷凝出的硫磺，称重l.OOlg， 回收率达到89. 7%。实施例6 实施例5中矿渣2. 366g，将其放入内径Φ 23mm的石英管中，在管式炉中 加热，使用氢气氮气混合气做载气(氢气lOml/min，氮气90ml/min)，由20°C开始程序升温 (10°C /min)至500°C并保持120min。取处理后样品称重1. 934g，并进行XRD分析(谱图见 图3)，由分析得知其中的1 组分已基本全部分解，从而得到较高纯度的FeS矿渣。实施例7 某冶炼厂硫精矿194.(^，含水量沈.3%，空气中干燥7天后脱水约 80.7%,称重为184. 2g，磨至尺寸约2cm，将其通过挡板带入传送带，保持传送带入口温度 在350°C，出口温度200°C，维持一定传送速度，使样品在该区停留约30min，升华硫磺被氮 气气流带至硫磺迁移区，迁移区入口温度保持在140°C，向出口方向延伸温度逐渐降低，在 尾部经由挡板刮下进入收集箱，由前后样品称重计算得到其中含硫约66. 3g，最终得到固体 硫磺56. 5g，回收率达到85. 2%0
权利要求
1.本发明涉及一种含温度梯度的重力场下双向连续硫磺回收方法，特别适宜于硫精矿 中硫的回收；其主要方法为使硫精矿原料在重力场下借助传送带与载气相向运输，传送 带温度保持一定温度梯度，将硫精矿中的单质硫升华出来，在硫磺收集装置将其固化，制成 成品硫磺。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，硫精矿干燥后磨至尺寸约0.25mm至3cm。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其所述的不锈钢区传送带温度范围为200°C 到 500"C。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其所述的装置传送带由不锈钢包在四周，并 对其进行加热，传送带上装有若干挡板用于输送样品。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其所述的硫磺收集装置为一与升华部分相 同的不锈钢管路，温度保持在70°C到200°C之间，管路末端逐渐降至常温并通入硫磺收集 箱，其末端部分设置一个可自由活动的挡板，以一定频率定期刮下管路中的硫磺至收集箱 中。
全文摘要
本发明涉及一种含温度梯度的重力场下双向连续硫回收方法，特别适宜于硫精矿中硫的回收。其主要方法为把在空气中干燥7天左右的硫精矿样品磨至0.25mm至3cm，引入硫回收装置，在重力场下借助传送带与氮气相向运输，传送带温度保持在200℃到500℃内且有一定梯度，维持一定时间，将硫精矿中的单质硫升华出来，被氮气气流带入硫磺收集装置。硫磺收集部分保持70℃到200℃，末端冷却将其固化并收集，制成成品硫磺。本发明对硫精矿样品中硫的回收率可以达到80％以上，且剩余样品主要为FeS，并含少量FeS2，可以进行再利用，本发明在硫磺回收领域具有广阔应用前景。
文档编号C01B17/027GK102120564SQ20111000657
公开日2011年7月13日 申请日期2011年1月13日 优先权日2011年1月13日
发明者李鹏, 窦广玉, 豆宝娟, 郝郑平 申请人:中国科学院生态环境研究中心