石煤提釩回轉(zhuǎn)窯焙燒工藝分析

1、石煤提銳焙燒工藝分析針對含飢碳質(zhì)頁巖、含饑煤肝石、含饑黏土提取帆化合物的冶金化工過程通 常被 稱為石煤提饑工業(yè)過程。在我國起步于上世紀(jì)的 70 年代末期，在 2004年以 后，隨著 世界饑制品需求量逐步增加，錘式破碎機(jī)石煤提銳工業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展時 期。石煤提銳 的主要丄藝路線有兩條，即火法焙燒 2 濕法提銳和全濕法提帆。通常 認(rèn)為提饑原料的 饑呈吸附性存在于礦物表面時可用全濕法提銳工藝，其特點(diǎn)是流程 較短，占地面積 小，節(jié)約投資?；剞D(zhuǎn)窯當(dāng)提銳原料中的銳呈嵌布態(tài)存在于礦物內(nèi)部 時，若用全濕法提 饑丄藝，因銳浸出率過低而無法實(shí)現(xiàn)丄業(yè)化。就口前的研究情況 而言，石煤焙燒是針 對這類礦物實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的途徑

2、之一。然而采用什么焙燒工藝進(jìn) 行焙燒和如何保證焙燒 的實(shí)際效果一直在困擾著今天的石煤提帆工業(yè)，對此進(jìn)行分 析探討將有利于石煤提銳 工業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。一、石煤提帆焙燒過程機(jī)理 石煤焙燒的作用在于使提饑原料中各種價態(tài)的饑盡可能氧化成高價態(tài)的五氧 化二 銳。五氧化二銳再與物料中的金屬氧化物反應(yīng)生成可溶于水或酸、堿的銳酸 鹽。概括 過程中低價銳氧化物氧化的化學(xué)機(jī)理為式（1）和式 （ 2）所示，五氧化二 銳與金屬氧化物反應(yīng)的機(jī)理為式 （3）和式 （4）所示。石煤中常見的金屬氧化物為鈣、鎂、鐵、鈉的氧化物，與五氧化二銳所生成 的鈉 鹽主要是正饑酸鈉 （ N&3V04 ）、焦銳酸鈉 （N&4V207 ）、偏銳

3、酸鈉（N&2V03 ），所形成的鎂鹽為偏銳酸鎂 （Mg0#V205 ） 焦銳酸鎂（2Mg0#V203 ）、 正銳酸鎂 （ 3Mg0#V203 ），饑的鈉鹽和鎂鹽均可溶于水。所形成的鈣鹽主要是偏銳 酸 鈣（Ca0#V205） 焦銳酸鈣（2Ca0#V203）、正銳酸鈣（3Ca0#V203）,所形成的 鐵鹽 主要是正銳酸鐵（FeV04）。饑的鈣鹽和鐵鹽在水中溶解度很小，能溶于稀硫酸和堿溶液。焙燒溫度、反應(yīng)時間和爐窯內(nèi)氣氛對饑在石煤焙燒中形成理想的饑酸鹽至關(guān)重- ）焙燒溫度焙燒過程對于溫度的要求是山焙燒原料的反應(yīng)機(jī)理要求和焙燒產(chǎn)物特性所決 定的。 通常銳的逐步氧化及各種饑酸的生成溫度均由 600e 開

4、始。例如尖晶石的氧 化分解和銳 酸（鈉、鈣、鎂、鐵）鹽的形成，如反應(yīng) （5）? 反應(yīng)（11）所示。反 應(yīng)（5）中 Fe2 +被 氧化成Fe3+,反應(yīng)（6）中V3 +被氧化成V4 +，反應(yīng)（7）中V4 +被氧化成V5+,反應(yīng)（8） 為分解反應(yīng)，反應(yīng) （ 9）生成偏飢酸鈉，反應(yīng)（ 10）生成偏銳酸鈣，反應(yīng) （ 11） 生成正銳酸鐵。上述反應(yīng)700e時激烈，到800e在理論上趨于完全。由此可見，石煤焙燒的溫度應(yīng)該高于800e,否則可溶性飢酸鹽的生成在理論上不能趨向完全。然而焙燒產(chǎn)物的物理特性要求焙燒溫度必須控制在一定范圍，這個物理特性就是饑鹽熔化溫度。最常見的饑酸鹽熔化溫度見表 1。表 1 主要銳酸

5、鹽的熔化溫度由表1可知，偏饑酸鈉在理論上到 603? 630e就會熔化，若以此來決定焙燒溫度，勢必導(dǎo)致饑的成鹽反應(yīng)不完全，因?yàn)橄到y(tǒng)的成鹽反應(yīng)要求焙燒溫度達(dá)到700e以上。通常焙燒溫度是山正飢酸鈉熔化溫度來決定，即焙燒溫度控制在830? 870e左右。許多研究結(jié)果都表明此溫度范圍是保證銳浸出的最佳溫度范用。同時必須認(rèn)識到 III 于石煤提饑原料的差異，用一刀切來決定焙燒溫度是不合理的。在針 對湖北通城地區(qū)的 石煤焙燒試驗(yàn)就得出了石煤焙燒最佳的焙燒溫度是800e的結(jié) 論。這可能是在焙燒過程中，當(dāng)溫度高于800e時，有大量的偏硅酸鹽生成，熔化的偏硅酸鹽玻璃體包裹了饑，阻礙了氧的擴(kuò)散和饑酸鹽的生成。山

6、此可見溫度是石 煤焙燒的要素之一，焙燒物料性 質(zhì)的不同，其最佳溫度的范用也應(yīng)該有所不同。（二）焙燒時間焙燒的時間是決定焙燒成敗的另一要素，焙燒分干燥、燃碳、氧化、燒成和冷卻四個步驟。干燥、燃碳步驟是指入爐原料遇熱脫水，進(jìn)入爐內(nèi)的碳升溫燃燒，產(chǎn)出 CO燒爐（窯）內(nèi)，低價銳氧化物與氧反應(yīng)生成高價銳氧化物，這一步驟 為氧化步驟，它與 干燥燃碳步驟都是氣固反應(yīng)， 兩步驟所需要的時間 lh 在以上。 燒成步驟是高價五氧化二 饑與金屬氧化物反應(yīng)生成饑酸鹽的過程，屬于固固反應(yīng)， 所需時間也在 lh 以上。冷卻步 驟是燒成的物料到出爐窯的時間，山于焙燒過程中 有可能生成同時含有四價和五價銳的 銳青銅 （N&V

7、6015 和 N&8V29023 ） ,這種可溶 性差的饑青銅與可溶性饑酸鹽之間存在轉(zhuǎn) 變可逆性，即饑青銅在空氣中氧化則可變 為可溶性饑酸鹽，可溶性銳酸鹽緩慢冷卻時則 可能結(jié)晶脫氧變成銳青銅。因此冷卻 步驟的時間越短越好，即驟冷冷卻能最大限度地抑 制銳青銅的生成。通過上述分析 可知，通常的焙燒時間不應(yīng)低于 2h。（三）焙燒氣氛焙燒除溫度和時間外，爐內(nèi)的氣氛條件也是不可忽略的要素。其控制因素一 個是 入爐料的燃料的含碳量，另一個是送入爐內(nèi)的助燃空氣的含氧量。入爐燃料的 燃燒反 應(yīng)為式 （12）和式 （13）所示。反應(yīng) （12）是不可逆的化學(xué)反應(yīng)，而反應(yīng) （13）則是可逆的化學(xué)反應(yīng)。如果 爐內(nèi) 的

8、氧分壓不夠，反應(yīng) （13） 就會逆向進(jìn)行，使?fàn)t內(nèi)的一氧化碳分壓增加，導(dǎo)致爐內(nèi)氣氛呈還原氣氛，不利于焙燒物料的氧化。因此焙燒過程中，要求在控制碳加 入量的基 礎(chǔ)上保證氧氣的供給?，F(xiàn)場訃算應(yīng)根據(jù)所擬定的焙燒溫度結(jié)合該溫度下的P（ C02） /p（CO）平衡相圖來確定，以保證整個焙燒過程在氧化氣氛下完成。二、石煤提筑焙燒工業(yè)化措施石煤焙燒工業(yè)化的第一步就是要確定焙燒工藝，然后根據(jù)理論分析結(jié)果，采取相應(yīng)的措施，以保證氧化焙燒過程的順利實(shí)施，最大限度的將低價銳轉(zhuǎn)化成五氧化二銳，形成可溶性銳酸鹽。- ）焙燒工藝的確定益而乂石煤焙燒可采用的窯爐主要有平窯、立窯、轉(zhuǎn)窯、隧道窯、多膛爐、沸騰爐等。傳統(tǒng)的石煤焙燒

9、設(shè)備主要是平窯焙燒，平窯的特點(diǎn)是投資省，對于講究經(jīng)濟(jì)效缺乏投資的中小企業(yè)而言，它是有很大的誘惑力，長期以來是我國石煤焙燒 的主要工 藝。隨著科技發(fā)展的日新月異以及國家對環(huán)保的要求越來越高，平窯焙燒 因環(huán)保條件 差，工人勞動強(qiáng)度大，不適宜繼續(xù)釆用。從 L1 前試驗(yàn)研究情況來看，轉(zhuǎn) 窯焙燒工藝似 乎是最佳的選擇。它除了環(huán)保條件和工人勞動強(qiáng)度有了明顯的改進(jìn) 外，還有利于焙燒 過程自動控制，生產(chǎn)能連續(xù)進(jìn)行等關(guān)鍵性的優(yōu)勢。（二） 冶金計(jì)算控制轉(zhuǎn)窯焙燒的實(shí)際效果 , 首先要進(jìn)行石煤焙燒的冶金計(jì)算，包括物料平衡 計(jì)算、 熱平衡計(jì)算和設(shè)備選型訃算。計(jì)算的依據(jù)是針對該項(xiàng) LI 所處理石煤的試驗(yàn)報(bào) 告，山焙 燒石

10、煤的化學(xué)成分和物相組成根據(jù)項(xiàng) L1 所擬定的饑制品產(chǎn)量訃算岀入爐的 物料量及各 種元素的平衡，從而編制出物料平衡表。再以物料平衡表為依據(jù)進(jìn)行熱 平衡訃算。熱平 衡計(jì)算的LI的是要求保證焙燒過程能產(chǎn)生理想（800? 900e）的熱量。過多的熱量可能導(dǎo)致窯內(nèi)溫度超過理想焙燒溫度，從而使生成的五氧化二銳熔 化形成難以浸出的物質(zhì)， 過低的熱量則不能使低價銳最大限度轉(zhuǎn)化成五氧化二銳， 同樣影響銳的浸出。如果焙燒 中熱量過高，則應(yīng)先脫部分碳再氧化焙燒，這就是常 說的兩段焙燒工藝，即脫碳焙燒氧 化焙燒。如果原料中熱量過低則應(yīng)在入爐料中加 配可燃物質(zhì)碳。在物料平衡和熱平衡計(jì) 算的基礎(chǔ)上，再進(jìn)行焙燒設(shè)備選型計(jì)算

11、，以 確定設(shè)備的規(guī)格。石煤焙燒的主要工藝設(shè)備 包括輔助設(shè)施設(shè)備與焙燒設(shè)備。 輔助設(shè) 施設(shè)備主要指石煤原料的破碎細(xì)磨、 制粒等設(shè)備， 焙燒設(shè)備除焙燒爐窯本體外還包 括與其配套的燃燒系統(tǒng)和收塵系統(tǒng)的設(shè)備。（三） 主要工藝控制措施山理論分析得知石煤焙燒的主要控制要素是焙燒過程的溫度、時間和氣氛。就我國現(xiàn)有石煤提銳轉(zhuǎn)窯焙燒丄業(yè)化過程，確保焙燒時間的主要措施是選用帶有調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)窯和確定理想的傾斜角度，通過調(diào)整轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速和傾斜角來控制焙燒的 有效時間。當(dāng) 焙燒時間不足時，常用減低轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速的形式來減緩窯內(nèi)物料的運(yùn)行速 度。當(dāng)焙燒時間過 長時，也可用增加轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速的形式來加快窯內(nèi)物料的運(yùn)行速度， 以減少焙燒時

12、間。再通控制溫度和氣氛的措施主要是通過冶金汁算來確定窯內(nèi)的焙燒溫度和氣氛。過測量窯內(nèi)排放的尾氣推算窯內(nèi)的氣氛。一般認(rèn)為當(dāng)排放的尾氣中含氧小于10%時，窯內(nèi)有呈還原氣氛的可能，這時應(yīng)加大窯的供風(fēng)量，增加其氧分壓，確保 窯內(nèi)的氧化氣 氛。通過相關(guān)的自動化測量儀表可測知窯內(nèi)的溫度，當(dāng)焙燒溫度過低 時，應(yīng)增加窯內(nèi) 熱量。除了修改入窯料的配方，適當(dāng)增配碳外，還可從窯的出料端 噴射粉煤、煤氣或 油料來實(shí)現(xiàn)。若焙燒溫度過高，則可釆用風(fēng)冷或水冷來降低窯內(nèi) 的溫度。（四）石煤焙燒的輔助措施要確保石煤焙燒的轉(zhuǎn)化效果，除控制焙燒的溫度、時間和氣氛外，相對應(yīng)的 輔助 措施也是石煤焙燒工業(yè)化過程的重要手段。主要包括破碎

13、磨礦、預(yù)選 2 拋尾、 加碳或 脫碳、粉料制粒和添加劑的選擇五個方面。1、破碎磨礦。石煤破碎磨礦的 L1 的是增大焙燒物料的表面積以保證低價銳氧 化 物與氧氣有最大的接觸面，達(dá)到氧化低價饑的效果。然而磨礦的粒度也并非越細(xì)越好，過細(xì)的石煤若不經(jīng)制粒入窯容易被窯內(nèi)的氣流帶走，使其焙燒時間難以滿足2ho 目前國內(nèi)各銳廠的磨礦粒度一般控制在一 121Lm 占 75%左右。2、預(yù)選拋尾。預(yù)選拋尾是根據(jù)石煤磯礦普遍含饑較低而提出來的。某選冶中心對此進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，得出了選擇性磨礦拋尾、分級拋尾、分級浮選拋尾和重選加浮選拋尾共四種預(yù)選 2 拋尾的工藝，試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別見表 2。山表 2的試驗(yàn)數(shù)據(jù) 可知，試 驗(yàn)

14、物料的平均品位為 01925%,通過選礦 2拋尾后富集粉平均品位大于 2% 為 2105%,尾礦 平均品位 0125%,拋去的尾礦平均產(chǎn)率大于 50%。應(yīng)該說預(yù)選 2 拋 尾的措施是一項(xiàng)很有 成效的舉措。表 2 選礦拋尾物料分析3、加碳或脫碳。 石煤焙燒過程的加碳或脫碳工藝是山石煤磯礦自身的性質(zhì)所 決定 的。饑礦中的碳含量直接決定焙燒過程的溫度。碳含量低，通常發(fā)熱質(zhì)較低， 焙燒的溫 度也低，要達(dá)到焙燒的理想溫度就要加配部分可燃碳入窯。一般來說含碳 量在 7%? 8% 左右的石煤礦才有可能使得焙燒過程有足夠的熱量而達(dá)到理想狀態(tài)， 并保持 2h 的時間。 對于含碳量過高的石煤在焙燒過程中很可能導(dǎo)致

15、超過理想值的 溫度，從而影響焙燒的效 果。對含炭量高的石煤 LI 前最有效的方法是焙燒詢脫碳。 焙燒前脫碳的裝置可以是沸 騰爐，也可以是其他流態(tài)化燃燒爐。脫碳附產(chǎn)的蒸氣可 用于本企業(yè)的浸出工序，也可直 接發(fā)電達(dá)到節(jié)能的目的。4、粉料制粒。石煤磯礦破碎磨礦的粒度越小，其表面積越大，從理論上來講 其與 氧接觸的機(jī)會越多，氧化的效果也應(yīng)該越好。然而在工業(yè)化生產(chǎn)過程中，由于 石煤焙燒 過程要保證足夠的氧分壓，鼓入的風(fēng)會將細(xì)小的粉料帶入氣流，無法保證 其氧化所需要 的時間，既沒達(dá)到氧化的口的乂增加了煙塵率。另一方面，粉料在轉(zhuǎn) 窯中比較密實(shí)，只 有相對的滑動下移，基本沒有其他的運(yùn)動，與空氣接觸不夠，也 影響了焙燒效果。解決 這一問題的有效方法是將磨細(xì)的粉料粘結(jié)成球，即粉料制粒 后進(jìn)行焙燒。粒狀物料在轉(zhuǎn) 窯中不會被氣流帶走，同時它不僅有滑動下移，而且還 有滾動運(yùn)動，起到了近似攪拌的 作用。增大了物料與空氣的接觸機(jī)率乂降低了煙塵 率，也減少了窯結(jié)的機(jī)率，既能保證 物料氧化的程度，乂能保證轉(zhuǎn)窯的使用壽命。5、配放添加劑。在石煤焙燒工藝中，目前只有少數(shù)企業(yè)，如懷化雙溪煤礦不 用配 放添加劑外，大多數(shù)地方的石煤礦在焙燒時，為了增加焙燒的實(shí)際氧化效果， 要將一些 化學(xué)試劑配入窯料中。最典型的添加劑是氯化鈉，這是因?yàn)槁然c熱穩(wěn)