1、第第2章章 硫鐵礦焙燒制二氧化硫硫鐵礦焙燒制二氧化硫爐氣爐氣 v2.1 原料及其預處理原料及其預處理v2.2 硫鐵礦焙燒理論基礎(chǔ)硫鐵礦焙燒理論基礎(chǔ)v2.3 硫鐵礦沸騰焙燒硫鐵礦沸騰焙燒v2.4 熱能回收及燒渣利用熱能回收及燒渣利用2.1 原料及其預處理原料及其預處理中國硫酸生產(chǎn)的主要原料 v硫鐵礦的處理硫鐵礦的處理 ： q硫鐵礦的破碎硫鐵礦的破碎篩分篩分配礦脫水脫水 配礦應(yīng)考慮：配礦應(yīng)考慮：v貧礦與富礦搭配，以便混合礦中含硫量恒定。貧礦與富礦搭配，以便混合礦中含硫量恒定。v為保證燃燒穩(wěn)定性，含煤硫鐵礦與普通硫鐵礦搭為保證燃燒穩(wěn)定性，含煤硫鐵礦與普通硫鐵礦搭配，使混合礦中含碳量小于配，使混合礦中

2、含碳量小于1v有害雜質(zhì)含量在配礦時應(yīng)符合規(guī)定限量，如高砷有害雜質(zhì)含量在配礦時應(yīng)符合規(guī)定限量，如高砷礦與低砷礦搭配礦與低砷礦搭配,含水多礦與含水少礦適當配合含水多礦與含水少礦適當配合.v有無足夠之供應(yīng)量，并兼顧其成本有無足夠之供應(yīng)量，并兼顧其成本v 配礦不僅可充分合理利用資源，且對穩(wěn)定生產(chǎn)、配礦不僅可充分合理利用資源，且對穩(wěn)定生產(chǎn)、降低有害雜質(zhì)，以及提高硫的燒出率都十分重要。降低有害雜質(zhì)，以及提高硫的燒出率都十分重要。 脫水 v塊礦一般含水量在塊礦一般含水量在5以下，層砂含水量低的以下，層砂含水量低的也在也在8以上，高的可達以上，高的可達15一一18。沸騰。沸騰爐干法加料要求含水量在爐干法加料要

3、求含水量在8以內(nèi)，水量過多，以內(nèi)，水量過多，不僅會造成原料輸送困難，而且結(jié)成的團礦不僅會造成原料輸送困難，而且結(jié)成的團礦入爐后會破壞爐子的正常操作。因此，干法入爐后會破壞爐子的正常操作。因此，干法加料應(yīng)對過濕的礦料進行干燥，通常采用自加料應(yīng)對過濕的礦料進行干燥，通常采用自然干燥，在大型工廠采用專門設(shè)備然干燥，在大型工廠采用專門設(shè)備(如滾筒烘如滾筒烘干機干機)烘干。烘干。 2.2硫鐵礦的焙燒硫鐵礦的焙燒v2.2.1 2.2.1 硫鐵礦焙燒原理硫鐵礦焙燒原理v2.2.2 2.2.2 焙燒方法焙燒方法 v2.2.3 2.2.3 焙燒過程焙燒過程v2.2.4 2.2.4 反應(yīng)速度的影響因素反應(yīng)速度的影

4、響因素2.2.1 2.2.1 硫鐵礦焙燒原理硫鐵礦焙燒原理v 反應(yīng)熱力學v主要反應(yīng)：主要反應(yīng)：v 2FeS2=2FeS+S2 H298O=295.68kJv對對，在不同溫度段分解產(chǎn)物不同。，在不同溫度段分解產(chǎn)物不同。vFeS2=FeS（1+x）+1/2（1-x）S2v溫度高于溫度高于400，反應(yīng)開始緩慢進行，反應(yīng)開始緩慢進行，500 500 是較為顯著。是較為顯著。vT900 T900 ，x1x1； T=900 T=900 ，x=0 x=0。v S2+2O2=2SO2 H298O=-724.07kJ （快快）4FeS+7O2=2Fe2O3+4SO2 H298O=-2453.30k

5、J2.2.1 2.2.1 硫鐵礦焙燒原理硫鐵礦焙燒原理v 反應(yīng)熱力學v主要反應(yīng)：主要反應(yīng)：v當較溫度較高，空氣過剩量小時，有部分當較溫度較高，空氣過剩量小時，有部分Fe3O4(棕棕黑色）黑色） v3FeS+5O2=Fe3O4+4SO2 H298O=-1723.79kJv總反應(yīng)式為：總反應(yīng)式為：4FeS2+11O2=8SO2+2Fe2O3 (1-2-6)v 3FeS2+8O2=6SO2+Fe3O4 (1-2-7)硫鐵礦焙燒的主反應(yīng)式(1-2-6)和式(1-2-7)均為強放熱、體積減小的不可逆反應(yīng)。提高反應(yīng)溫度及壓力有利于反應(yīng)的進行和提高余熱品位。過程中的副反應(yīng)：過程中的副反應(yīng)：v

6、SO3和硫酸鹽的生成和硫酸鹽的生成v 高溫下礦石與燒渣反應(yīng)高溫下礦石與燒渣反應(yīng)v 與與Cu、Zn、Co、Pb、As、Se等反應(yīng)生等反應(yīng)生成氧化物或硫酸鹽成氧化物或硫酸鹽生成三氧化硫及硫酸鹽的反應(yīng)v反應(yīng)過程為二氧化硫在三氧化二鐵的催化作用下被氧化為三反應(yīng)過程為二氧化硫在三氧化二鐵的催化作用下被氧化為三氧化硫氧化硫v 2SO2十十O2=4SO3v生成的三氧化硫與三氧化二鐵或四氧化三鐵反應(yīng)生成硫酸鐵生成的三氧化硫與三氧化二鐵或四氧化三鐵反應(yīng)生成硫酸鐵和硫酸亞鐵和硫酸亞鐵v 3SO3十十Fe2O3Fe2（SO4）3；v Fe3O4+4 SO3= Fe2（SO4）3十十FeSO4v 在溫度高于在溫度高于

7、650時，生成的硫酸鐵及硫酸亞鐵可分解為時，生成的硫酸鐵及硫酸亞鐵可分解為SO2、SO3及鐵氧化物。鈣、鎂、鋇等金屬的碳酸鹽在高溫及鐵氧化物。鈣、鎂、鋇等金屬的碳酸鹽在高溫下分解出下分解出CO2和相應(yīng)的氧化物，這些氧化物又與三氧化硫反和相應(yīng)的氧化物，這些氧化物又與三氧化硫反應(yīng)生成硫酸鹽。應(yīng)生成硫酸鹽。高溫下礦石與礦渣間的相互反應(yīng)v反應(yīng)式如下。反應(yīng)式如下。vFeS2十十16Fe2O311 Fe3O4十十2 SO2 (1213)vFeS十十10 Fe2O37 Fe3O4十十SO2 (1214)vFeS2十十5 Fe3O416 FeO十十2 SO2 (1215)vFeS2十十3 Fe3O410 Fe

8、O十十SO2 (1216)v v 在這些反應(yīng)中，生成的低價鐵氧化物易被氧再氧化為高價在這些反應(yīng)中，生成的低價鐵氧化物易被氧再氧化為高價鐵氧化物，然后再與二硫化鐵反應(yīng)，如此形成循環(huán)。就其實鐵氧化物，然后再與二硫化鐵反應(yīng)，如此形成循環(huán)。就其實質(zhì)而言，鐵氧化物成為反應(yīng)系統(tǒng)中氧的載體和貯蓄庫。質(zhì)而言，鐵氧化物成為反應(yīng)系統(tǒng)中氧的載體和貯蓄庫。硫鐵礦中的雜質(zhì)在焙燒過程中轉(zhuǎn)化為氧化物v 一般礦石中所含銅、鉛、鋅、鈷、鎘、砷、一般礦石中所含銅、鉛、鋅、鈷、鎘、砷、硒等的硫化物在焙繞后有一部分成為氧化硒等的硫化物在焙繞后有一部分成為氧化物。其中銅、鋅、鈷、鎘的氧化物均留在礦物。其中銅、鋅、鈷、鎘的氧化物均留在礦

9、渣中，而氧化鉛、三氧化二砷及二氧化硒則渣中，而氧化鉛、三氧化二砷及二氧化硒則部分氣化，隨爐氣進入后續(xù)工序。如礦石中部分氣化，隨爐氣進入后續(xù)工序。如礦石中含有氟化物，則亦會有一部分分解進入爐氣含有氟化物，則亦會有一部分分解進入爐氣中。中。這些雜質(zhì)對制酸過程有害，爐氣凈化主要任務(wù)之一就是清除這些雜質(zhì)。 2212 反應(yīng)動力學 由實驗數(shù)據(jù)得到的硫鐵礦由實驗數(shù)據(jù)得到的硫鐵礦焙燒反應(yīng)焙燒反應(yīng)lgK1T曲線曲線(見左圖見左圖)表明，曲線分三表明，曲線分三段，第一段為段，第一段為485560，斜率大，活化能大，基本斜率大，活化能大，基本與二硫化鐵分解反應(yīng)活化與二硫化鐵分解反應(yīng)活化能一致，屬能一致，屬FeS2分

10、解動力分解動力學控制；第三段為學控制；第三段為7201155，斜率小，活，斜率小，活化能小，由氧的內(nèi)擴散控化能小，由氧的內(nèi)擴散控制；第二段為制；第二段為560720，由一硫化鐵燃燒和氧擴散由一硫化鐵燃燒和氧擴散聯(lián)合控制。聯(lián)合控制。提高反應(yīng)速率的主要途徑提高反應(yīng)速率的主要途徑v 在實際生產(chǎn)中，反應(yīng)溫度高于在實際生產(chǎn)中，反應(yīng)溫度高于700，硫鐵礦焙燒屬氧擴，硫鐵礦焙燒屬氧擴散控制。此時反應(yīng)總速率主要由反應(yīng)溫度、顆粒粒度、氣固散控制。此時反應(yīng)總速率主要由反應(yīng)溫度、顆粒粒度、氣固相相對運動速度、氣固相接觸面積等決定。提高反應(yīng)速率的相相對運動速度、氣固相接觸面積等決定。提高反應(yīng)速率的主要途徑為以下幾方面

11、。主要途徑為以下幾方面。v (1)提高反應(yīng)溫度。提高反應(yīng)溫度可加快擴散速率。硫鐵提高反應(yīng)溫度。提高反應(yīng)溫度可加快擴散速率。硫鐵礦理論焙燒溫度可以達到礦理論焙燒溫度可以達到1600，但要控制在，但要控制在800-900之之間，以免焙燒物熔結(jié)和設(shè)備被燒壞。間，以免焙燒物熔結(jié)和設(shè)備被燒壞。v (2)減小礦料粒度。礦石粒度小，可以減小內(nèi)擴散阻力并減小礦料粒度。礦石粒度小，可以減小內(nèi)擴散阻力并增加空氣與礦石的接觸面積。這一措施對氧擴散控制總焙燒增加空氣與礦石的接觸面積。這一措施對氧擴散控制總焙燒速率的情況最為有效。速率的情況最為有效。v (3)提高氣體與礦粒的相對運動速度。氣體與礦粒相對運提高氣體與礦粒

12、的相對運動速度。氣體與礦粒相對運動速度大，會減小氧的外擴散阻力。動速度大，會減小氧的外擴散阻力。v (4)提高入爐氣體的氧含量。氣氛中氧濃度高，一則氧的提高入爐氣體的氧含量。氣氛中氧濃度高，一則氧的外擴散和內(nèi)擴散推動力大，氧的擴散速率高；二則可提高爐外擴散和內(nèi)擴散推動力大，氧的擴散速率高；二則可提高爐氣中氧含量，有利于氣中氧含量，有利于SO2催化轉(zhuǎn)化。因此，人們先后開發(fā)了催化轉(zhuǎn)化。因此，人們先后開發(fā)了富氧焙燒、純氧焙燒以及加壓焙燒工藝。富氧焙燒、純氧焙燒以及加壓焙燒工藝。222 焙燒過程的物料和熱量衡算焙燒過程的物料和熱量衡算 v2221 物料衡算物料衡算v (1)爐氣組成的計算爐氣組成的計算

13、v 焙燒硫鐵礦制二氧化硫爐氣，一般采用空氣作為焙燒介質(zhì)。焙燒硫鐵礦制二氧化硫爐氣，一般采用空氣作為焙燒介質(zhì)?？諝庵械难踔饕脑谏煽諝庵械难踔饕脑谏蒘O2及燒渣方面，氮作為惰性氣體及燒渣方面，氮作為惰性氣體進人爐氣，計算爐氣組成的方法，便是從氧氣含量的改變著手。進人爐氣，計算爐氣組成的方法，便是從氧氣含量的改變著手。v 設(shè)設(shè) m參加反應(yīng)的氧的物質(zhì)的量參加反應(yīng)的氧的物質(zhì)的量(摩爾摩爾)與反應(yīng)后生成的與反應(yīng)后生成的SO2物質(zhì)的量物質(zhì)的量(摩爾摩爾)之比，如按之比，如按v 4FeS2+11O2=8SO2+2Fe2O3 反應(yīng)，則反應(yīng)，則m11/8v n空氣中氧的體積分數(shù)，；空氣中氧的體積分數(shù)，

14、；v C O2，C SO2，C SO3，分別表示爐氣中分別表示爐氣中O2、SO2、SO3的體積分數(shù)，。的體積分數(shù)，。v 如果不考慮爐氣中的水分，不考慮礦石中其它成分對氧的消如果不考慮爐氣中的水分，不考慮礦石中其它成分對氧的消耗，并假設(shè)焙燒時不產(chǎn)生耗，并假設(shè)焙燒時不產(chǎn)生SO3，則產(chǎn)生，則產(chǎn)生100體積爐氣需要空氣體積爐氣需要空氣量量(體積體積)為為v Vm100C SO2+mC SO2 100+(m-1) C SO2 v其中空氣中氧的體積為其中空氣中氧的體積為v （1-2-18）v因焙燒時消耗因焙燒時消耗m C SO2體積的氧，則爐氣中剩余氧的體積為體積的氧，則爐氣中剩余氧的體積為 v v （1

15、-2-19）v 亦即爐氣中氧的濃度為亦即爐氣中氧的濃度為 v v （1-2-20）v上式表明，爐氣中氧的含量與上式表明，爐氣中氧的含量與SO2的含量成線性關(guān)系，生成的含量成線性關(guān)系，生成的的SO2含量越高，爐氣中氧的含量越低。含量越高，爐氣中氧的含量越低。) 1(10010022SOOCmnV22221001) 1(100100SOSOSOOCmmnnmCCmnV221001SOOCmmnnC實際v實際生產(chǎn)中，為使原料中的硫最大限度地焙實際生產(chǎn)中，為使原料中的硫最大限度地焙燒出來及考慮礦料中雜質(zhì)的氧耗，供給焙燒燒出來及考慮礦料中雜質(zhì)的氧耗，供給焙燒爐的空氣量，比理論計算值要大?？諝膺^剩爐的空氣

16、量，比理論計算值要大?？諝膺^剩量的多少，習慣上用過剩系數(shù)量的多少，習慣上用過剩系數(shù)a表示，即實際表示，即實際送入焙燒爐的空氣量與理論上所必需數(shù)量的送入焙燒爐的空氣量與理論上所必需數(shù)量的比。比。 v普通硫鐵礦：普通硫鐵礦：a1.1,對應(yīng)對應(yīng) C SO2約為約為13.36%，C O2約為約為2%，否則將在爐氣中出現(xiàn)未燒完的，否則將在爐氣中出現(xiàn)未燒完的硫磺蒸汽。硫磺蒸汽。（2）爐氣體積及所需空氣量的計算）爐氣體積及所需空氣量的計算v爐氣體積和所需空氣量，可根據(jù)爐氣中爐氣體積和所需空氣量，可根據(jù)爐氣中SO2含量及硫鐵礦釋含量及硫鐵礦釋出的硫量計算。出的硫量計算。v焙燒焙燒1t含硫干原料，可制得含硫干原

17、料，可制得SO2濃度為濃度為C SO2的干爐氣的體積的干爐氣的體積為（設(shè)不生成為（設(shè)不生成SO3）；）；v （1-2-23）v式中式中 V爐氣（礦）爐氣（礦）爐氣的體積（標準狀況），爐氣的體積（標準狀況），m3；v CS（燒）（燒）釋出硫量占原料總量的質(zhì)量分數(shù)，釋出硫量占原料總量的質(zhì)量分數(shù)，%；v 22.4標準狀況下氣體千摩爾體積（實際上標準狀況下氣體千摩爾體積（實際上SO2標準標準狀況下千摩爾體積為狀況下千摩爾體積為21.9），），m3。v當爐氣中含有當爐氣中含有SO2和和SO3時，時，v （1-2-24）22700100321004 .221000SOSSOSCCCCV（燒）（燒）爐氣（礦

18、）32700SOSOSCCCV（燒）爐氣（礦）v生產(chǎn)生產(chǎn)1t100%硫酸所需硫酸所需SO2濃度為濃度為C SO2爐氣（干）所需干空氣體積為爐氣（干）所需干空氣體積為v v （1-2-25）v式中式中v V爐氣（酸）爐氣（酸）爐氣的體積（標準狀況），爐氣的體積（標準狀況），m3；v SO2在產(chǎn)品酸中的利用率，在產(chǎn)品酸中的利用率，%；v焙燒焙燒1t含硫干原料，可制得含硫干原料，可制得SO2濃度為濃度為CSO2的干爐氣所需干空氣的體積的干爐氣所需干空氣的體積為為v （1-2-26）v化簡得化簡得v （1-2-27）v式中式中 v V空（礦）空（礦）焙燒焙燒1t含硫干原料所需干空氣的體積（標準狀況），

19、含硫干原料所需干空氣的體積（標準狀況），m3；v如按生產(chǎn)如按生產(chǎn)1t100%硫酸計，所需干空氣體積為硫酸計，所需干空氣體積為 v （1-2-28）2222860981004 .221000SOSOCCV爐氣（酸）10070010070070022222SOSOSSOSOSSOSCCCmCCCCCV（燒）（燒）（燒）空（礦）（燒）空（礦）（SSOCmCV17700210011002286022SOSOCmCV空（酸）（3）爐氣中水分的計算）爐氣中水分的計算v爐氣中水分有兩個來源，一為礦石帶入，二為空氣（或其他焙燒用氣）爐氣中水分有兩個來源，一為礦石帶入，二為空氣（或其他焙燒用氣）帶入。帶入。v由

20、礦石帶入爐氣的水分：由礦石帶入爐氣的水分：v （1-2-29）v式中式中v W礦礦1t干礦石帶入爐氣中的水分，干礦石帶入爐氣中的水分，kg；v WH2O礦石中的含水量（質(zhì)量分數(shù)），礦石中的含水量（質(zhì)量分數(shù)），%；v由空氣（或其他焙燒用氣）帶入爐氣的水分：由空氣（或其他焙燒用氣）帶入爐氣的水分：v v （1-2-30）v式中式中v W”礦（空）礦（空）焙燒焙燒1t干礦石，由空氣帶入爐氣中的水分，干礦石，由空氣帶入爐氣中的水分，kg；v V礦（空）礦（空）焙燒焙燒1t干礦石，所需空氣的體積（標準狀況），干礦石，所需空氣的體積（標準狀況），m3；v aH2O標準狀況下標準狀況下1 m3空氣（或其他焙

21、燒用氣）中水含量，空氣（或其他焙燒用氣）中水含量，kg；OHOHWWW221001000礦10002OHaVW礦空空礦（3）爐氣中水分的計算）爐氣中水分的計算v綜合式（綜合式（1-2-29）和（）和（1-2-30），爐氣中的水分為），爐氣中的水分為v v （1-2-31）v式中式中v W礦（爐）礦（爐）焙燒焙燒1t干礦石，帶入爐氣中的總含干礦石，帶入爐氣中的總含水量，水量，kg。OHOHWW221001000 10002OHaV 礦礦空空 空空礦礦礦礦爐爐礦礦WWW （4）燒渣的產(chǎn)率）燒渣的產(chǎn)率v 焙燒硫鐵礦所得的燒渣量占硫鐵礦量的百分率為燒渣產(chǎn)率焙燒硫鐵礦所得的燒渣量占硫鐵礦量的百分率為燒渣

22、產(chǎn)率。一般情況，燒。一般情況，燒渣產(chǎn)率與礦石組成、焙燒爐的型式及操作條件有很大關(guān)系。理想情況下，燒渣產(chǎn)率與礦石組成、焙燒爐的型式及操作條件有很大關(guān)系。理想情況下，燒渣產(chǎn)率可按渣產(chǎn)率可按FeS2轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)镕e2O3計算，當焙燒不完全時，殘硫以計算，當焙燒不完全時，殘硫以FeS計算。計算。v設(shè)：干硫鐵礦中含硫量設(shè)：干硫鐵礦中含硫量CS（礦）（礦）（質(zhì)量分數(shù)），（質(zhì)量分數(shù)），%；燒渣中含硫量；燒渣中含硫量CS（渣）（渣）（質(zhì)量分數(shù)），（質(zhì)量分數(shù)），%。v 則在則在100kg硫鐵礦中含硫鐵礦中含F(xiàn)eS2量為量為vCS（礦）（礦）=120/64=1.875 CS（礦）（礦） %v在在100kg燒渣中含

23、燒渣中含F(xiàn)eS量為量為vCS（渣）（渣）=88/32=2.75 CS（渣）（渣） %v又設(shè)又設(shè)X為燒渣產(chǎn)率，則為燒渣產(chǎn)率，則100kg硫鐵礦所得的燒渣中含硫鐵礦所得的燒渣中含F(xiàn)eS為為2.75 CS（渣）（渣）X（kg），相當于），相當于FeS2的量為的量為v120/88*2.75 CS（渣）（渣）X=3.75 CS（渣）（渣）X（kg）v 其余部分的其余部分的FeS2為：為：1.875 CS（礦）（礦）-3.75 CS（渣）（渣）X（kg），該），該FeS2部分以部分以Fe2O3型式轉(zhuǎn)入燒渣中，相當于型式轉(zhuǎn)入燒渣中，相當于Fe2O3的量為：的量為：v（1.875 CS（礦）（礦）-3.75

24、CS（渣）（渣）X）*160/（2*120）=1.25 CS（礦）（礦）-2.5 CS（渣）（渣）X（kg）v則則100kg硫鐵礦焙燒后的組成（硫鐵礦焙燒后的組成（kg）：）：vFeS 2.75 CS（渣）（渣）XvFe2O3 1.25 CS（礦）（礦）-2.5 CS（渣）（渣）Xv雜質(zhì)雜質(zhì) 100-1.875 CS（礦）（礦）v總燒渣量總燒渣量v100X=100-0.625 CS（礦）（礦）+0.25 CS（渣）（渣）Xv燒渣產(chǎn)率燒渣產(chǎn)率 v v或或v （1-2-32）v如焙燒時鐵氧化物均轉(zhuǎn)化為如焙燒時鐵氧化物均轉(zhuǎn)化為Fe3O4，殘硫以，殘硫以FeS形式存在，形式存在，同理可得如下算式：同理

25、可得如下算式：v或或 v （1-2-33）v此外，也可利用有關(guān)手冊中算圖直接進行燒渣產(chǎn)率計算。此外，也可利用有關(guān)手冊中算圖直接進行燒渣產(chǎn)率計算。（渣）（礦）SSCCX25. 0100625. 0100（渣）（礦）SSCCX4 . 0160160（渣）（礦）SSCCX334. 0100677. 0100（渣）（礦）SSCCX5 . 014814（5）硫鐵礦中硫的燒出率計算）硫鐵礦中硫的燒出率計算v100kg硫鐵礦中硫含量為硫鐵礦中硫含量為CS（礦）（礦）（kg），渣），渣的硫含量的硫含量 CS（渣）（渣）（kg），如燒渣產(chǎn)率為），如燒渣產(chǎn)率為X，則燒渣中殘余的硫為則燒渣中殘余的硫為CS（渣）（渣

26、）X，。這時硫的，。這時硫的燒出率燒出率v （1-2-34）v式中：式中：CS（燒出率）（燒出率）硫燒出率，質(zhì)量分數(shù)。硫燒出率，質(zhì)量分數(shù)。%100（礦）（渣）（礦）（燒出率）SSSSCXCCC 熱量衡算熱量衡算v（1）焙燒過程燃燒熱）焙燒過程燃燒熱v 硫鐵礦焙燒時，其燃燒熱可根據(jù)焙燒反應(yīng)方程式，由各物質(zhì)的生成焓硫鐵礦焙燒時，其燃燒熱可根據(jù)焙燒反應(yīng)方程式，由各物質(zhì)的生成焓計算。計算。v如反應(yīng)產(chǎn)物為如反應(yīng)產(chǎn)物為Fe2O3和和SO2，則，則FeS2的燃燒熱為，的燃燒熱為，v 2FeS2=2FeS+S2 H298O =295.68kJv S2+2O2=2SO2 H298O =-724.0

27、7kJ v4FeS+7O2=2Fe2O3+4SO2 H298O =-2453.30kJvH298O =-297.095*8-882.706*2+178.023*4=-3430.08kJ/（4mol FeS2）v v同樣方法亦可計算同樣方法亦可計算FeS2的反應(yīng)產(chǎn)物為的反應(yīng)產(chǎn)物為Fe3O4和和SO2的燃燒熱。的燃燒熱。v硫鐵礦硫含量為硫鐵礦硫含量為CS（礦）（礦），其硫的燒出率為，其硫的燒出率為CS（燒出率）（燒出率），焙燒時不計其中，焙燒時不計其中雜質(zhì)所產(chǎn)生的熱量，則雜質(zhì)所產(chǎn)生的熱量，則100kg硫鐵礦產(chǎn)生的熱量為硫鐵礦產(chǎn)生的熱量為v（-7146.000/53.45）* CS（礦）（礦）* C

28、S（燒出率）（燒出率） kJ/kg （1-2-35）2298/000.71461204100008.3430HkgFeSkJ（2）硫鐵礦的理論燃燒溫度和實際燃燒溫度）硫鐵礦的理論燃燒溫度和實際燃燒溫度v計算硫鐵礦的燃燒溫度，要考慮爐內(nèi)的熱平衡。v入爐熱量：v空氣帶入的熱，v硫鐵礦帶入的熱，v硫鐵礦在爐內(nèi)的燃燒熱。v沸騰爐需維持一定溫度，多余熱量應(yīng)移走以免物料熔融結(jié)疤，破壞沸騰操作?？珊雎钥珊雎?2.3 沸騰焙燒沸騰焙燒v2.3.1 沸騰焙燒原理沸騰焙燒原理v 沸騰爐的使用沸騰爐的使用v焙燒是在焙燒爐中進行。焙燒爐有塊礦爐、機械爐、焙燒是在焙燒爐中進行。焙燒爐有塊礦爐、機械爐、沸騰

29、爐等幾種型式，我國廣泛使用沸騰爐。沸騰爐等幾種型式，我國廣泛使用沸騰爐。v由硫鐵礦焙燒動力學及熱力學可知，提高焙燒強度由硫鐵礦焙燒動力學及熱力學可知，提高焙燒強度和硫的燒出率，應(yīng)強化氧的擴散速率、增大礦粒度和硫的燒出率，應(yīng)強化氧的擴散速率、增大礦粒度與空氣的接觸面積、提高反應(yīng)溫度。硫鐵礦焙燒爐與空氣的接觸面積、提高反應(yīng)溫度。硫鐵礦焙燒爐型的改進就是在以上幾個方面取得的。型的改進就是在以上幾個方面取得的。焙燒過程（焙燒過程（氣氣-固非均相固非均相）v1 1、氣流中氧氣向硫鐵礦表面擴散v2 2、吸附在固體表面上的氧與硫鐵礦反應(yīng)v3 3、生成的二氧化硫穿過氧化鐵礦渣層自表面向氣流擴散v實驗知：實驗知

30、：對于整個焙燒過程，硫化亞鐵與氧反應(yīng)速度為控制步驟。反應(yīng)速度的影響因素反應(yīng)速度的影響因素1、溫度、溫度 2、礦料粒度、礦料粒度3、氧氣濃度、氧氣濃度 沸騰焙燒過程原理床層開始沸騰后，床層開始沸騰后，即使風速保持不即使風速保持不變，亦會由于氣變，亦會由于氣流對細小粒子的流對細小粒子的夾帶，床層壓降夾帶，床層壓降隨時間延長慢慢隨時間延長慢慢下降，直到爐內(nèi)下降，直到爐內(nèi)礦粒不再被氣流礦粒不再被氣流夾帶。由于這個夾帶。由于這個原因，實際生產(chǎn)原因，實際生產(chǎn)中在爐子進入沸中在爐子進入沸騰狀態(tài)后應(yīng)連續(xù)騰狀態(tài)后應(yīng)連續(xù)加料。加料。 影響沸騰焙燒的主要因素影響沸騰焙燒的主要因素v（1

31、）原料物性：顆粒平均直徑）原料物性：顆粒平均直徑v（2）氣流速度）氣流速度ub：umfubutv （1-2-37）v式中式中 umf臨界流化速率，臨界流化速率， m/s；v dp顆粒平均直徑，顆粒平均直徑，m；v B顆粒密度，顆粒密度，kg/m3；v f氣體密度，氣體密度，kg/m3；v 氣體粘度，氣體粘度，Pas。v （1-2-38）v式中式中 ut吹出速度，吹出速度， m/s；vdp顆粒粒徑，顆粒粒徑，m；vCd曳力系數(shù)，無量綱。曳力系數(shù)，無量綱。88. 094. 082. 10093. 0ffsfpmfdu2/134fdfsfptCgdu實際生產(chǎn)中實際生產(chǎn)中v經(jīng)驗公式經(jīng)驗公式v （1-2

32、-39）v式中式中 ub沸騰床氣速，沸騰床氣速， m/s；v d50與篩下質(zhì)量累積百分數(shù)等于與篩下質(zhì)量累積百分數(shù)等于50%相對相對應(yīng)的硫鐵礦粒度，應(yīng)的硫鐵礦粒度，mm；v c經(jīng)驗系數(shù)，經(jīng)驗系數(shù)，=3.20.8。v 上式適用范圍：上式適用范圍：1.0mm d50 0.01mmv 實際生產(chǎn)中，操作速率的確定還應(yīng)考慮爐內(nèi)氣體實際生產(chǎn)中，操作速率的確定還應(yīng)考慮爐內(nèi)氣體的停留時間的停留時間保持在保持在79秒范圍內(nèi)，以確保爐塵秒范圍內(nèi)，以確保爐塵的脫硫率。的脫硫率。4 . 050cdub （3）床層高度v床層高度床層高度=濃相流化區(qū)濃相流化區(qū)+稀相流化區(qū)稀相流化區(qū)vZ=LRv式中：式中：vL靜止料層高度；

33、靜止料層高度；vR料層膨脹比。料層膨脹比。（4）氣體分布v 氣體的均勻分布，對沸騰床穩(wěn)定操作極為重氣體的均勻分布，對沸騰床穩(wěn)定操作極為重要。床層下面設(shè)氣體分布器，作用有三：要。床層下面設(shè)氣體分布器，作用有三：vA支承爐內(nèi)物料；支承爐內(nèi)物料；B使氣體均勻分布；使氣體均勻分布；c抑制聚式流化的不穩(wěn)定性，也就是創(chuàng)造一個抑制聚式流化的不穩(wěn)定性，也就是創(chuàng)造一個良好的流化條件并得以長期穩(wěn)定。良好的流化條件并得以長期穩(wěn)定。（5）焙燒強度）焙燒強度v 沸騰爐的焙燒強度是指單位爐床截面積日焙燒標沸騰爐的焙燒強度是指單位爐床截面積日焙燒標準礦準礦(含硫含硫35)的量，單位為的量，單位為t(m2d)。它是衡量。它是

34、衡量爐子生產(chǎn)能力的一個重要指標。提高焙燒強度，就爐子生產(chǎn)能力的一個重要指標。提高焙燒強度，就須同時增加入爐空氣量和投礦量，采用較高的操作須同時增加入爐空氣量和投礦量，采用較高的操作速度。但這樣一來，會引起料層膨脹率和礦塵夾帶速度。但這樣一來，會引起料層膨脹率和礦塵夾帶量增加，而且必須增大粒子移除反應(yīng)熱的能力。為量增加，而且必須增大粒子移除反應(yīng)熱的能力。為了不致使操作風速過大，一般采用二次風的方法。了不致使操作風速過大，一般采用二次風的方法。v 實踐證明，礦粒粒徑對焙燒強度起著決定性的作實踐證明，礦粒粒徑對焙燒強度起著決定性的作用。目前選取的各種礦料的焙燒強度用。目前選取的各種礦料的焙燒強度t(

35、m2d)如如下：尾砂的為下：尾砂的為615；塊礦為；塊礦為2530；混礦為；混礦為1525。2.3.2 沸騰焙燒爐的構(gòu)造沸騰焙燒爐的構(gòu)造類型：類型：直筒型、擴大型、錐型。擴大型沸騰爐主要包括：擴大型沸騰爐主要包括：1、 風室風室 2、分布板、分布板3、沸騰層、沸騰層4、上部燃燒空間、上部燃燒空間 2.3.3 沸騰焙燒工藝流程和工藝條件沸騰焙燒工藝流程和工藝條件焙焙燒燒爐爐廢廢熱熱鍋鍋爐爐旋旋風風分分離離電電除除塵塵器器硫鐵礦硫鐵礦空氣空氣爐氣爐氣廢渣廢渣 工藝流程工藝流程 工藝條件v生產(chǎn)上要做到三個穩(wěn)定生產(chǎn)上要做到三個穩(wěn)定v爐溫、爐底壓力、投礦量爐溫、爐底壓力、投礦

36、量最重要 生產(chǎn)中，影響沸騰爐焙燒溫度的主要因素有投礦量、生產(chǎn)中，影響沸騰爐焙燒溫度的主要因素有投礦量、礦料的含硫量和水分，以及風速。其中原料含硫量及投礦料的含硫量和水分，以及風速。其中原料含硫量及投礦量對爐溫影響最顯著，這是因為爐內(nèi)熱量來自于硫分礦量對爐溫影響最顯著，這是因為爐內(nèi)熱量來自于硫分的燃燒反應(yīng)。單位時間入爐硫量的增加或減少分別對爐的燃燒反應(yīng)。單位時間入爐硫量的增加或減少分別對爐溫影響有升高和降低兩種可能，這要視爐內(nèi)空氣的過剩溫影響有升高和降低兩種可能，這要視爐內(nèi)空氣的過剩程度。風量對爐溫亦影響較大，如何影響也要視爐內(nèi)的程度。風量對爐溫亦影響較大，如何影響也要視爐內(nèi)的空氣過剩程度。礦料

37、中水分增加可較明顯地使爐溫下降，空氣過剩程度。礦料中水分增加可較明顯地使爐溫下降，平時要保持水分含量穩(wěn)定，免使爐溫受此影響。平時要保持水分含量穩(wěn)定，免使爐溫受此影響。 沸騰爐的硫燒出率較高，燒渣中含硫量較低，約為沸騰爐的硫燒出率較高，燒渣中含硫量較低，約為0.1一一0.5。其值的大小由渣和礦塵的燒出率兩部分構(gòu)成主要受礦粒。其值的大小由渣和礦塵的燒出率兩部分構(gòu)成主要受礦粒度、反應(yīng)速度、爐料爐塵停留時間影響。溫度高、反應(yīng)快，有度、反應(yīng)速度、爐料爐塵停留時間影響。溫度高、反應(yīng)快，有利于硫燒出率的提高：沸騰層高度、氣流速度決定涪和塵的停利于硫燒出率的提高：沸騰層高度、氣流速度決定涪和塵的停留時間，停留

38、時間長硫燒出率高，但床層阻力大，一般沸騰層留時間，停留時間長硫燒出率高，但床層阻力大，一般沸騰層的高度維持在的高度維持在l1.5m范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。 v爐底壓力波動會直接影響進入爐內(nèi)的空氣量，爐溫隨之產(chǎn)生波爐底壓力波動會直接影響進入爐內(nèi)的空氣量，爐溫隨之產(chǎn)生波動。爐底壓力主要表示分布器和沸騰層的阻力。分布器阻力一動。爐底壓力主要表示分布器和沸騰層的阻力。分布器阻力一般變化不大，正常設(shè)計占總阻力的般變化不大，正常設(shè)計占總阻力的23，所以爐底壓力變化主，所以爐底壓力變化主要反映了沸騰層阻力的大小和床層情況。由沸騰原理可知，沸要反映了沸騰層阻力的大小和床層情況。由沸騰原理可知，沸騰層阻力大小決定于靜止

39、料層的厚度和它的堆積密度，同爐內(nèi)騰層阻力大小決定于靜止料層的厚度和它的堆積密度，同爐內(nèi)流速關(guān)系不大，這就是說爐底壓力增減表明了沸騰層內(nèi)爐料多流速關(guān)系不大，這就是說爐底壓力增減表明了沸騰層內(nèi)爐料多少。調(diào)節(jié)爐底壓力可采用調(diào)節(jié)風量和投礦量兩個措施。少。調(diào)節(jié)爐底壓力可采用調(diào)節(jié)風量和投礦量兩個措施。 幾種沸騰焙燒工藝幾種沸騰焙燒工藝1、常規(guī)焙燒、常規(guī)焙燒2、磁性焙燒、磁性焙燒3、脫砷焙燒、脫砷焙燒4、硫酸化焙燒、硫酸化焙燒1 1、常規(guī)焙燒常規(guī)焙燒( (氧化焙燒氧化焙燒) )流程示意圖如下：流程示意圖如下：沸騰焙沸騰焙燒爐燒爐旋風旋風除塵除塵電除電除塵器塵器 爐氣去爐氣去精制精制廢熱廢熱鍋

40、爐鍋爐礦料礦料空氣空氣2、磁性焙燒、磁性焙燒磁化磁化- -氧化焙燒氧化焙燒（兩個流化床迭合）（兩個流化床迭合）v 下層：下層：反應(yīng)區(qū)（反應(yīng)區(qū)（750-900） FeS2+16Fe2O3=11 Fe3O4 +2SO2v 上層：上層：再生區(qū)（再生區(qū)（850-1000） 4 Fe3O4+O2=6Fe2O33、脫砷焙燒脫砷焙燒（兩個階段）（兩個階段） q熱分解熱分解 4FeAsS=4FeS+As4 2FeS2=2FeS+S2 4FeAsS+4FeS2=8 FeS+ As4S4 q 氧化氧化 As4+3O2=2As2O3 1/2 S2+O2= SO2 As4S4+7 O2=2As2O3+4 SO2 3F

41、eS+5 O2 =Fe3O4+3 SO2 # 在脫砷焙燒中，在脫砷焙燒中，關(guān)鍵是只能生成磁性氧化鐵關(guān)鍵是只能生成磁性氧化鐵，避免，避免Fe2O3。因因2 Fe2O3+As2O3=4FeO+As2O5使砷留于殘渣中。使砷留于殘渣中。圖圖 3.44、硫酸化焙燒硫酸化焙燒討論：沸騰焙燒的強化？vA. 盡力提高反應(yīng)溫度；盡力提高反應(yīng)溫度；vB. 進一步提高沸騰層氣流速度，有的氣速已進一步提高沸騰層氣流速度，有的氣速已接近和超過吹出速度；接近和超過吹出速度；vC. 使用富氧或純氧焙燒。使用富氧或純氧焙燒。 v 在雙層爐的基礎(chǔ)上，采用第二沸在雙層爐的基礎(chǔ)上，采用第二沸騰層和返回旋風分離器原理，開發(fā)騰層和返

42、回旋風分離器原理，開發(fā)山高強度的沸騰焙燒爐，即山高強度的沸騰焙燒爐，即“高氣高氣速返渣沸騰焙燒爐速返渣沸騰焙燒爐”。該爐子巳不。該爐子巳不是傳統(tǒng)意義上的沸騰爐，是傳統(tǒng)意義上的沸騰爐，爐內(nèi)氣體爐內(nèi)氣體速度比顆粒平均帶出速度高速度比顆粒平均帶出速度高l020倍倍爐內(nèi)的反應(yīng)在氣固高速運動下爐內(nèi)的反應(yīng)在氣固高速運動下完成。因此，反應(yīng)速率很快，設(shè)備完成。因此，反應(yīng)速率很快，設(shè)備的生產(chǎn)強度大為提離。的生產(chǎn)強度大為提離。v 與雙層沸騰爐相比，它的優(yōu)點在與雙層沸騰爐相比，它的優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)簡單操作簡化；與普通沸于結(jié)構(gòu)簡單操作簡化；與普通沸騰爐相比，可以焙燒普通硫鐵礦及騰爐相比，可以焙燒普通硫鐵礦及粒度很小的浮選

43、硫精砂等不同品種粒度很小的浮選硫精砂等不同品種礦料，并且可以在相當廣泛的溫度礦料，并且可以在相當廣泛的溫度范圍內(nèi)范圍內(nèi)(580一一850)實現(xiàn)任何焙燒實現(xiàn)任何焙燒制度，如氧化焙燒、硫酸化焙燒、制度，如氧化焙燒、硫酸化焙燒、磁性焙僥等。返回旋風分離器是焙磁性焙僥等。返回旋風分離器是焙燒爐的一個組成部分，爐子出口合燒爐的一個組成部分，爐子出口合塵且為塵且為5070gm3，較普通沸騰，較普通沸騰爐的爐的300 gm3低許多。低許多。2.4 爐氣中礦塵的清除爐氣中礦塵的清除排排氣氣電除塵器電除塵器v構(gòu)成構(gòu)成：除塵室、高壓供電設(shè)備。除塵室、高壓供電設(shè)備。v原理原理：電暈電極電暈電極上電場強度特別大，使導

44、線產(chǎn)生電暈電暈，其周圍氣體被電離，負電離子充滿電場空間，在從電暈電極電暈電極向沉淀電極沉淀電極移動時，遇到顆粒被其吸附從而帶電。 帶電粉塵移向沉淀電極，沉淀電極，在電極上放電，使粉塵變成中性并沉積在沉淀電極沉淀電極上，經(jīng)振動后墜落在吸塵斗中而被清除。2.5熱能回收及燒渣利用（一）熱能回收（一）熱能回收 從廢熱鍋爐回收高溫爐氣的熱量，除了產(chǎn)生產(chǎn)生蒸汽蒸汽外也可用于發(fā)電發(fā)電或驅(qū)動氣輪機驅(qū)動氣輪機。（二）燒渣利用（二）燒渣利用q1、水泥生產(chǎn)、水泥生產(chǎn)q2、煉鐵的原料、煉鐵的原料q3、回收有色金屬和貴金屬、回收有色金屬和貴金屬q4、作液體三氯化鐵、鐵紅的原料、作液體三氯化鐵、鐵紅的原料圖圖 3.3硫鐵礦制酸沸騰爐后SO2氣體顯熱回收 v SO2原料氣的顯熱回收主要有兩部分原料氣的顯熱回收主要有兩部分:一、沸騰爐內(nèi)一、沸騰爐內(nèi)部輻射換熱室余熱回收，二、沸騰爐外部降溫顯熱回部輻射換熱室余熱回收，二、沸騰爐外部降溫顯熱回收。回收方式：沸騰