硫铁矿焙烧制气生产过程中,为提高硫的烧出率采用了哪些措施
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发布时间：2022-06-09 20:17
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时间：2023-09-23 00:43
(中国地质科学院矿产综合利用研究所，四川 成都 610041) 摘要:在 800℃ 下对含硫量 50% 的硫铁矿进行了沸腾焙烧，产出的硫铁矿烧渣硫含量低于 0． 30% ，全铁含 量大于 64% 。硫铁矿烧渣的主要矿物组成为赤铁矿、磁铁矿、磁赤铁矿。硫铁矿在焙烧过程中首先发生分 解，在颗粒的表面上生成氧化产物或中间产物，体积膨胀，粒径增大，产生许多细微的裂纹，在氧气的亲和力和 SO 2 向外逃逸产生的牵引力的作用下，使硫铁矿烧渣产生空洞。当反应温度升高，反应急剧进行，硫铁矿颗粒 会发生爆炸反应，最终形成以 Fe 2 O 3 为壳的小球形烧渣; 或者形成以 Fe 3 O 4 为基体，Fe 2 O 3 为包壳，Fe 2 O 3 柱状 晶钉扎在 Fe 3 O 4 基体上的实心硫铁矿烧渣。 关键词:硫铁矿; 焙烧; 反应过程; 微观结构 中图分类号:TFTF806． 11 文献标识码:A 文章编号:1000－6532( 2012) 03－0046－03 在采用自行设计制作的小型试验用沸腾炉对 硫铁矿进行焙烧条件试验的基础上 〔1－3〕 ，在 800℃ 时 对对含硫 50% 的硫精矿进行了沸腾焙烧试验，对烧 渣的化学成分、粒度、矿物组成以及硫铁矿的焙烧过 程进行了初步研究。 纯硫精矿。 从 表 可 看 出， + 0． 147mm 2． 5% ，－ 0． 2 096mm90% ，硫精矿的粒度较细。 试验的设备为试验用小型沸腾炉。 表 2 硫铁矿精矿的粒度分布 Table 2 Particle size distribution of pyrite concentrate 原料与设备 试验的主要原料为选矿得到的硫铁矿精矿，工 艺矿物学研究表明，硫铁矿精矿的矿物组成为黄铁 矿占 93． 5% 、高岭土占 5． 0% ，另有少量和微量的褐 铁矿、锐钛矿、白铁矿、绿泥石、水铝石、炭质等。高 岭土以单体为主，占硫精矿中高岭土量的 70% 左 右，和黄铁矿成连生体者较少占 30% 左右。其化学 成分和粒度分布分别见表 1、表 2。 表 1 原料的化学组成 / % Table 1 Chemical components of materials 1 粒度范围 / mm －0． 147+ 0． 096 －0． 096+ 0． 074 －0． 074+ 0． 043 +0． 147 －0． 043 分布率/ % 2． 5 7． 2 31． 3 20． 7 38． 3 2 试验方法 以含硫 50% 的硫铁矿精矿为原料，在设计制造 的试验用小型沸腾炉中进行沸腾焙烧试验。先将小 型沸腾炉预热到 800℃ ，空气预热器加热到 200℃ ， 保温。启动风机，产生的高压风经预热后，由风帽进 入沸腾炉管内，将烘干的物料倒入到加料装置中，开 启加料阀控制物料均匀地加入到沸腾炉管内进行燃 烧，产生的烟气由烟气管道进入烟气处理装置处理 后排放。加料完成后，继续吹入高压风 10 min，以 S TFe SiO 2 Al 2 O 3 CaO C MgO TiO 2 Pb Zn V 2 O 5 50． 61 43． 48 2． 26 1． 63 0． 045 0． 56 0． 027 0． 38 0． 028 0． 06 0． 0073 从表 1 可看出，硫铁矿精矿中含硫为 50． 61% ， 杂质主要为二氧化硅和氧化铝，且含量较低，属于高 保证沸腾炉管内的氧化气氛，然后关闭加热电源。 等沸腾炉管内温度降到 100 ℃ 以下时，启动升降装 收稿日期:2011 －05 －04; 改回日期:2011 －05 －31 基金项目:国土资源地质大调查项目( 1212010816037) 作者简介:徐建林( 1976 －) ，男，硕士，从事冶金工作。 物理化学变化。首先是 FeS 2 分解形成 FeS 和单体 硫，其反应为: 2FeS 2 = 2FeS+S 2 。 结果与讨论 烧渣的成分与组成 硫铁矿沸腾焙烧后得到的烧渣化学多项分析结 3 3． 1 果见表 3。 表 3 烧渣的化学多项分析结果 / % Table 3 Chemical analysis results of multi－elements of slag TFe FeO S SiO 2 Al 2 O 3 CaO MgO P Cu Co 64． 54 4． 28 0． 17 3． 95 2． 94 ＜0． 01 ＜0． 01 0． 0064 0． 039 0． 022 Pb Zn TiO 2 F Na 2 O K 2 O MnO 2 Ni As 图 1 显微镜下 800℃ 烧渣 反光 200 × 0． 022 0． 018 0． 61 0． 068 0． 016 0． 0040 0． 039 0． 039 0． 0022 Fig． 1 Slag at 800℃ under microscope 200 × reflection 从表 3 可看出，烧渣中全铁含量为 64． 45% ， FeO 质量百分含量为 4． 28 % ，推算出 Fe 2 O 3 的质量 百分含量为 87． 44% ，其中 FeO 主要以 Fe 3 O 4 的形 式存在。烧渣中铁氧化物的质量百分含量为 91． 72% ，主要杂质为 SiO 2 和 Al 2 O 3 ，铁氧化物、SiO 2 和 Al 2 O 3 三者总和为 98． 61% ，硫含量较低，为 0． 17% ， 烧渣质量达到了高品位铁精矿的要求。 烧渣的主要矿物组成为赤铁矿、磁铁矿、磁赤铁 矿，含量 93% 左右; 其次为偏高岭石，其含量为 5． 5% 左右，另有少量和微量的石英。 烧渣的粒度分析结果见表 4。 表 4 烧渣的粒度分布 Table 4 Particle size distribution of slag 当温度在单质硫熔点 ( 120 ℃ ) 与 沸 点 ( 444 ． 6 ℃ ) 之间时，分解形成的硫呈液态，而 FeS 以固体形式 存在，由于液态硫的表面张力，硫铁矿颗粒变成球 形，FeS 固体微粒则弥散分布在液态硫中。在球表 面，硫发生蒸发和氧化反应，裸露出来的 FeS 也被 氧化成 Fe 2 O 3 ，反应为: 4 FeS+7 O 2 = 2 Fe 2 O 3 +4 SO 2 ↑ 由于硫的蒸发和氧化，球体积收缩变小，表面 形成的 Fe 2 O 3 相互靠拢而结成一个带有裂纹的壳。 氧则通过裂纹向小球内部扩散，与 FeS 反应生成 SO 2 ，SO 2 向外逃逸时带动 Fe 2 O 3 向外迁移。 同时 与液态硫反应生成的 SO 2 向外逃逸时也会推动 Fe 2 O 3 向外迁移。另外，反应过程中还会发生如下 的反应: FeS+ 10Fe 2 O 3 = 7 Fe 3 O 4 +SO 2 ↑ 由于外部的氧势较高，对 FeS 的亲和力较强，也 粒级 / mm +0． 2 －0． 2+0． 074 －0． 074+0． 043 －0． 043 分布率 / % 8． 6 51． 3 24． 7 15． 4 从表 4 看出，+ 0 ． 074 mm 的颗粒占 69 ． 9 % ，+ 0 ． 043 mm 的颗粒占 84 ． 4 % ，－ 0 ． 043 mm 的颗粒仅 占 15 ． 4 % 。 与 表 2 对 比，焙 烧 后，颗 粒 的 直 径 变 大。 会造成 FeS 向外迁移。上述各反应产生的推动力， 促进了空洞的形成。 在图 1 中，呈椭圆形实心颗粒的边缘和内部条 纹均为 Fe 2 O 3 ，内部略显暗白色的是 Fe 3 O 4 。当反应 温度较高时，焙烧反应剧烈进行，部分硫铁矿来不及 分解，直接发生燃烧反应: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 ↑。生成的 Fe 2 O 3 以极快的速度向颗粒内部生 反应过程初探 硫铁矿烧渣属于人造矿物，在焙烧时很容易形 成球形颗粒，由于有大量气体逸出，矿物颗粒变得疏 松多孔，呈蜂窝状，显微镜下的微观结构见图 1。 3． 2 体积也会发生变化。Fe 2 O 3 柱状晶会与剩余的 FeS 2 继续发生反应: FeS 2 + 16Fe 2 O 3 = 11Fe 3 O 4 + 2SO 2 ↑ 。 反应产生的 SO 2 通过颗粒上的细微裂纹排出，这时 部分先生成的 Fe 2 O 3 成为反应的中间体，担负着传 递氧的角色。最终形成以 Fe 3 O 4 为基体，Fe 2 O 3 为 包壳，Fe 2 O 3 柱状晶钉扎在 Fe 3 O 4 为基体上的硫铁 矿烧渣。 在图 1 中左角处，有类似个乒乓球的硫铁矿烧 渣颗粒，其外壁厚度均匀，在焙烧过程中，由于温度 较高，硫铁矿以极快的速度分解，使硫激剧气化而发 生爆炸，先形成一个以 FeS 为壳的小球，然后再发生 反应而形成一个以 Fe 2 O 3 为壳的小球。 在颗粒的表面上生成氧化产物或中间产物，同时发 生体积膨胀，粒径增大，产生许多细微的裂纹，在氧 气的亲和力和 SO 2 向外逃逸产生的牵引力的作用 下，使硫铁矿烧渣产生空洞。 4． 当反应温度较高，反应急剧进行时，硫铁矿颗 粒会发生爆炸反应，最终形成一个以 Fe 2 O 3 为壳的 小球形烧渣; 或者一部分 FeS 2 直接氧化生成 Fe 2 O 3 ， Fe 2 O 3 与剩余的 FeS 2 发生反应生成 Fe 3 O 4 ，形成一 个以 Fe 3 O 4 为基体，Fe 2 O 3 为包壳，Fe 2 O 3 柱状晶钉 扎在 Fe 3 O 4 基体上的实心硫铁矿烧渣。 参考文 献: 〔1〕徐建林，史光大，李元坤． 试验用小型沸腾炉的设计与实 践〔J〕． 甘肃冶金． 2011，33( 2) : 30－33． 〔2〕徐建林，李元坤． 一种试验用小型沸腾炉〔P〕． 中国: ZL201020157305． 0． 2010－04－13． 〔3〕徐建林，史光大，李元坤． 试验用小型沸腾炉焙烧硫铁 矿试验研究〔J〕． 矿产综合利用，2012( 01) : 43 －45． 结 论 4 1． 烧渣中全铁含量为 64． 45% ，硫含量较低，为 0． 17% ，大部分铁以 Fe 2 O 3 形式存在，质量百分含量 为 87． 44% ，烧渣质量达到了高品位铁精矿的要求。
