CN103408047B - 高硫铝土矿悬浮态预热焙烧脱硫-快速冷却工艺 - Google Patents
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Abstract
一种高硫铝土矿悬浮态预热焙烧脱硫-快速冷却的工艺，首先，将高硫铝土矿磨细至平均粒径300μm以下，粉料在悬浮预热系统内被上升热气流快速加热至300℃～600℃；其次，预热后的粉料进入悬浮炉中进行悬浮态焙烧，焙烧温度范围为450℃～750℃；焙烧后的热物料在冷却系统中利用冷空气进行快速冷却，得到低温焙烧矿，本发明可将总硫含量为0.7-5.0%的高硫铝土矿经过悬浮态焙烧脱硫，得到适合于拜耳法生产氧化铝的原料，焙烧矿进行拜耳法溶出时，氧化铝溶出率大于95%，该方法克服了回转窑和流化床焙烧等方法的众多缺点，焙烧时间短、台时产量高、热效率高、能耗低、产品活性高。
Description
技术领域
本发明属于高硫铝土矿的资源化利用技术领域，特别涉及一种高硫铝土矿悬浮态预热焙烧脱硫-快速冷却工艺。
背景技术
我国高硫铝土矿(ST＞0.7%)现有储量约5亿吨，其中的硫元素主要是以黄铁矿(FeS2)的形式存在，导致高硫铝土矿没有在氧化铝工业生产中得以有效利用，原因是铝土矿中的硫在溶出过程中会以SO3 2-，SO4 2-，S2-，S2O3 2-等形态存在，这些形态的硫特别是负二价硫，在循环母液中的积累不但造成铝酸钠溶液的污染，影响溶出工艺；而且会加速钢在铝酸钠溶液中的腐蚀。另外高硫铝土矿中常含有0.5%～2%的有机碳，通常以腐殖质的形态存在，腐殖质能与碱作用生成草酸钠和蚁酸钠进入溶液，过高的有机物含量使得溶液年度增大，不利于赤泥分离和晶种分解。
如果解决了高硫铝土矿用于氧化铝生产中的脱硫问题，将缓解氧化铝生产矿石资源紧张的问题。国内外针对高硫铝土矿脱硫问题做了不少研究和实践尝试，主要可分为反浮选脱硫、氧化铝生产过程中添加剂脱硫和焙烧脱硫方法。
反浮选脱硫工艺通过抑制一水硬铝石，采用黄药类捕收剂浮选含硫矿物。反浮选脱硫的关键在于黄铁矿的强化捕收、一水铝石的选择性抑制以及矿泥的选择性分散等，国内外进行反浮选脱硫研究的重点主要是各种药剂的选择和选矿流程的优化，前苏联乌拉尔工学院和我国的张廷安等学者对含硫量2%左右的铝土矿进行反浮选脱硫，氧化铝回收率92%以上，精矿中的含硫量小于0.65%。浮选法设备成本偏低、能获得较高硫含量的尾矿，但是台时产量小、工艺操作繁琐复杂、自动化程度低、劳动环境差、用水量大，外排废水会对土壤和水源造成污染，收得的硫精矿品质低，直接利用成本大。
添加剂脱硫主要有添加石灰法、添加氧化锌法、添加含钡脱硫剂法等方法。这些方法各有优点，但是很难解决高硫铝土矿中硫元素在溶出过程中对钢铁设备的腐蚀问题，且成本较高。
焙烧脱硫法是指在中低温下对高硫铝土矿进行焙烧脱硫，其中的黄铁矿被氧化成为赤铁矿，生成的SO2进入烟气中，再通过烟气脱硫装置对烟气进行净化的方法。国内学者对回转炉焙烧、沸腾炉焙烧和流化床焙烧进行了较多的研究。吕志国、张廷安等在回转炉和流化床中对硫含量2%的高硫铝土矿中进行焙烧脱硫试验，回转炉中750℃焙烧30min，流化床中800℃焙烧10min，焙烧矿中的硫含量≤0.7%，氧化铝相对溶出率达可到93.7%；发明专利CN102897812A公布了一种低温焙烧脱硫活化处理高硫铝土矿的方法，涉及回转窑和沸腾炉两种焙烧方法，将粒径小于0.3mm的矿粉在500～600℃中焙烧5～20min，焙烧矿中的硫含量≤0.5%，氧化铝溶出率达到93%以上。上述焙烧方法得到的焙烧矿都能够满足后续氧化铝工艺的生产要求，但都存在焙烧时间长的问题，焙烧时间延长不但会增加单位产品的能耗，而且会使得一水铝石脱水形成的α-Al2O3晶型结构更加稳定，不利于后续氧化铝溶出率的提高。回转窑、沸腾炉和流化床都存在设备大型化困难、物料停留时间长、单机台时产能小和“过烧”或“欠烧”的缺点，铝土矿比重大，在进行沸腾炉和流化床焙烧时对操作要求严苛，回转窑中物料处于半堆积态，气固两相接触面积小，导致传热传质速率小。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高硫铝土矿悬浮态预热焙烧脱硫-快速冷却工艺，热效率高、焙烧时间短、台时产量高、能耗低，易于实现大型化，焙烧矿质量好。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种高硫铝土矿悬浮态预热焙烧脱硫-快速冷却工艺，包括如下步骤：
第一步，将高硫铝土矿进行破碎、粉磨和烘干后得到的粉料送入多级悬浮预热系统的最顶层预热器中，粉料与热气流在预热器内迅速完成气固换热和分离，再依次通过下层各级预热器完成预热；
第二步，预热后的粉料进入悬浮炉反应器中，在高温烟气的携带下与氧气进行快速反应，炉内温度控制范围：450℃～750℃，烟气中氧体积含量控制范围：8%～15%，出悬浮炉反应器的粉料中，二价硫化物的反应率大于60%，在物料随烟气离开反应器后，进入旋风分离器，实现气固两相分离，气体进入多级悬浮预热系统，物料进入旋风冷却系统；
第三步，物料在旋风冷却系统中快速风冷，物料依次通过各级旋风冷却器，出冷却系统的物料温度60℃～400℃，得到低温焙烧矿。
所述破碎、粉磨和烘干后得到的粉料粒径小于300μm，比如平均最好在5～300μm；且粉料进入多级悬浮预热系统之前先进行均化，所述高硫铝土矿粉磨烘干所需要的热焓由出多级悬浮预热系统的部分废气提供，也可以由为单独的热风炉供热风。
所述多级悬浮预热系统可以是两级、三级或者四级预热器单体串联组成的预热器系统，多级悬浮预热系统的热气体来自悬浮炉反应器出口，经过该级预热，出系统的废气温度150℃～350℃，粉料被预热至300℃～700℃。
所述悬浮炉反应器为单次通过式的输送床反应器或者外循环式反应器，所述的外循环式反应器为物料经弱旋流分离器后得到的粗物料根据预设的粒径和循环量标准再循环进入悬浮炉反应器，以保证物料的反应率。
所述进入悬浮炉反应器的高温烟气由燃煤或燃气热风炉产生，烟气温度为600℃～1000℃。
所述旋风冷却系统的级数为一级、两级或三级，冷却用气体为空气，经过与高温物料的多次换热，获得温度为300～600℃的高温空气。
所述旋风冷却系统产生的高温空气通过如下两种方式进入悬浮炉反应器：通过风管直接从悬浮炉底部进入；或者作为热风炉的助燃空气，进入热风炉中助燃燃料，成为高温烟气进入悬浮炉。
所述低温焙烧矿的温度根据后续氧化铝溶出工艺的温度要求，在60℃～300℃范围内调整。
所述高硫铝土矿中的硫质量含量为0.7～5.0%，如果所得低温焙烧矿中的硫含量仍然高于生产要求，则与低硫铝土矿进行配矿，得到符合氧化铝工业生产要求的原料。
过程中产生含有的SO2废气，采用湿法或干法的脱硫工艺净化。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)工艺过程简单，焙烧时间短，工况稳定，设备易于大型化，占地面积小，综合能耗低，台时产能高，处理量可达660t/h。
2)可根据上下游工艺的需要灵活设置系统废气温度和焙烧矿温度。
3)通过预热系统的预热，降低了废气温度，提高了入炉粉料的温度，使粉料在悬浮炉内能够快速进行反应。
4)悬浮态焙烧炉中气固两相接触面积大，传热和反应速率大大提高，在外循环装置的作用下，悬浮炉内温度梯度小，热稳定性好，粗重颗粒反应充分，能够得到低硫高活性的焙烧矿，基本不存在“过烧”或“欠烧”现象。
5)该工艺采用快速风冷工艺装置，在实现焙烧矿快速冷却的同时回收了高温焙烧矿带走的大部分热焓。
附图说明
图1是本发明工艺路线图。
图2是本发明所得焙烧矿中硫含量过高时的工艺路线图。
图中实线表示料流路线，虚线代表气流路线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
一种高硫铝土矿悬浮态预热焙烧脱硫-快速冷却工艺，可将总硫含量为0.7～5.0%的高硫铝土矿经过悬浮态焙烧脱硫，得到适合于拜耳法生产氧化铝的原料。首先，将高硫铝土矿细磨至平均粒径300μm以下，粉料在多级悬浮预热系统内被上升热气流快速加热至300℃～600℃；其次，预热后的粉料进入悬浮炉中进行快速焙烧，焙烧温度450℃～750℃；最后，空气携带高温焙烧矿在快速冷却系统进行冷却，得到低温焙烧矿。焙烧矿进行拜耳法溶出时，氧化铝溶出率大于96%。
实施例1
将A/S为5.97、ST含量1.35%、-200μm占90%的高硫铝土矿粉料送入悬浮态快速焙烧脱硫装置，三级预热系统温度：165℃～545℃；粉料进入外循环式悬浮炉中进行焙烧，炉内温度550℃～630℃，氧含量9.50%～9.88%；粉料在一级风冷系统中快速冷却，冷却系统温度230℃～420℃，得到低温焙烧矿。工艺路线如图1所示，原料与焙烧矿的分析结果如下：
溶出温度260℃，石灰添加量10%，溶出时间60分钟，溶出液分子比 1.45的溶出条件下，赤泥的A/S约为1.2，溶出赤泥的N/S约为0.40左右，氧化铝实际溶出率为79.6%，相对溶出率为95.4%。
实施例2
将A/S为6.45、ST含量1.40%、-200μm占90%的高硫铝土矿粉料送入悬浮态快速焙烧脱硫装置，三级预热系统温度180℃～625℃；粉料进入外循环式悬浮炉中进行焙烧，炉内温度650℃～710℃，氧含量8.50%～9.28%；粉料在三级风冷系统中快速冷却，冷却系统温度80℃～510℃，得到低温焙烧矿。工艺路线如图1所示，原料与焙烧矿的分析结果如下：
溶出温度260℃，石灰添加量10%，溶出时间60分钟，溶出液分子比 1.45的溶出条件下，赤泥的A/S约为1.21，溶出赤泥的N/S约为0.50左右，氧化铝实际溶出率为81.5%，相对溶出率为96.5%。溶出时间45分钟时，赤泥的A/S约为1.24，溶出赤泥的N/S约为0.50左右，氧化铝实际溶出率为80.8%，相对溶出率为95.6%。
实施例3
将A/S为6.2、ST含量4.32%、-200μm占80%的高硫铝土矿粉料送入悬浮态快速焙烧脱硫装置，三级预热系统温度170℃～640℃；粉料进入外循环式悬浮炉中进行焙烧，炉内温度660℃～740℃，氧含量9.63%～10.88%；粉料在三级风冷系统中快速冷却，冷却系统温度80℃～540℃，得到低温焙烧矿。炉尾废气中的SO2体积浓度为4950～5230ppm。工艺路线如图1所示，原料与焙烧矿的分析结果如下：
溶出温度260℃，石灰添加量10%，溶出时间60分钟，溶出液分子比 1.41的溶出条件下，赤泥的A/S约为1.19，溶出赤泥的N/S约为0.50左右，氧化铝实际溶出率为81.6%，相对溶出率为97.0%。
实施例4
将A/S为2.0、ST含量3.23%、-200μm占80%的高硫铝土矿粉料送入悬浮态快速焙烧脱硫装置，三级预热系统温度175℃～560℃；粉料进入外循环式悬浮炉中进行焙烧，炉内温度600℃～650℃，氧含量9.43%～10.12%；粉料在三级风冷系统中快速冷却，冷却系统温度60℃～470℃，得到低温焙烧矿。工艺路线如图1所示，原料与焙烧矿的分析结果如下：
将上述焙烧矿与取自同一矿山的A/S为27.1，ST为0.09%的铝土矿进行配矿，配矿后的物料A/S为6.1，ST为0.17%。在溶出温度260℃，石灰添加量10%，溶出时间60分钟，溶出液分子比1.42的溶出条件下，赤泥的A/S约为1.24，溶出赤泥的N/S约为0.50左右，氧化铝实际溶出率为78.4%，相对溶出率为95.0%。
如果所得焙烧矿中的硫含量过高，仍然无法满足氧化铝工业生产要求，此时可与低硫铝土矿进行配矿，如图2所示。
上述实施例中气体含量百分比均指体积百分百，而固体的含量百分比均指质量百分比。
Claims (8)
1.一种高硫铝土矿悬浮态预热焙烧脱硫-快速冷却工艺，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，将高硫铝土矿进行破碎、粉磨和烘干后得到的粉料送入多级悬浮预热系统的最顶层预热器中，粉料与热气流在预热器内迅速完成气固换热和分离，再依次通过下层各级预热器完成预热；
第二步，预热后的粉料进入悬浮炉反应器中，在高温烟气的携带下与氧气进行快速反应，炉内温度控制范围：450℃～750℃，烟气中氧的体积含量控制范围：8％～15％，出悬浮炉反应器的粉料中，二价硫化物的反应率大于60％，在物料随烟气离开反应器后，进入旋风分离器，实现气固两相分离，气体进入多级悬浮预热系统，物料进入旋风冷却系统；
第三步，物料在旋风冷却系统中快速风冷，物料依次通过各级旋风冷却器，出冷却系统的物料温度60℃～400℃，得到低温焙烧矿；
所述破碎、粉磨和烘干后得到的粉料粒径小于300μm，且粉料进入多级悬浮预热系统之前先进行均化，所述高硫铝土矿粉磨烘干所需要的热焓由出多级悬浮预热系统的部分废气提供；
所述悬浮炉反应器为单次通过式的输送床反应器或者外循环式反应器，所述的外循环式反应器为物料经弱旋流分离器后得到的粗物料根据预设的粒径和循环量标准再循环进入悬浮炉反应器，以保证物料的反应率。
2.根据权利要求1所述的高硫铝土矿悬浮态预热焙烧脱硫-快速冷却工艺，其特征在于，所述多级悬浮预热系统是两级、三级或者四级预热器单体串联组成的预热器系统，多级悬浮预热系统的热气体来自悬浮炉反应器出口，经过该级预热，出系统的废气温度150℃～350℃，粉料被预热至300℃～700℃。
3.根据权利要求1所述的高硫铝土矿悬浮态预热焙烧脱硫-快速冷却工艺，其特征在于，所述进入悬浮炉反应器的高温烟气由燃煤或燃气热风炉产生，烟气温度为600℃～1000℃。
4.根据权利要求1所述的高硫铝土矿悬浮态预热焙烧脱硫-快速冷却工艺，其特征在于，所述旋风冷却系统的级数为一级、两级或三级，冷却用气体为空气，经过与高温物料的多次换热，获得温度为300～600℃的高温空气。
5.根据权利要求1所述的高硫铝土矿悬浮态预热焙烧脱硫-快速冷却工艺，其特征在于，所述旋风冷却系统产生的高温空气通过如下两种方式进入悬浮炉反应器：通过风管直接从悬浮炉底部进入；或者作为热风炉的助燃空气，进入热风炉中助燃燃料，成为高温烟气进入悬浮炉。
6.根据权利要求1所述的高硫铝土矿悬浮态预热焙烧脱硫-快速冷却工艺，其特征在于，所述低温焙烧矿的温度根据后续氧化铝溶出工艺的温度要求，在60℃～300℃范围内调整。
7.根据权利要求1所述的高硫铝土矿悬浮态预热焙烧脱硫-快速冷却工艺，其特征在于，所述高硫铝土矿中的硫质量含量为0.7～5.0％，如果所得低温焙烧矿中的硫含量仍然高于生产要求，则与低硫铝土矿进行配矿，得到符合氧化铝工业生产要求的原料。
8.根据权利要求1所述的高硫铝土矿悬浮态预热焙烧脱硫-快速冷却工艺，其特征在于，过程中产生含有的SO2废气，采用湿法或干法的脱硫工艺净化。
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