石煤提钒回转窑焙烧工艺分析

1、石煤提锐焙烧工艺分析针对含飢碳质页岩、含饥煤肝石、含饥黏土提取帆化合物的冶金化工过程通 常被 称为石煤提饥工业过程。在我国起步于上世纪的 70 年代末期，在 2004年以 后，随着 世界饥制品需求量逐步增加，锤式破碎机石煤提锐工业进入快速发展时 期。石煤提锐 的主要丄艺路线有两条，即火法焙烧 2 湿法提锐和全湿法提帆。通常 认为提饥原料的 饥呈吸附性存在于矿物表面时可用全湿法提锐工艺，其特点是流程 较短，占地面积 小，节约投资。回转窑当提锐原料中的锐呈嵌布态存在于矿物内部 时，若用全湿法提 饥丄艺，因锐浸出率过低而无法实现丄业化。就口前的研究情况 而言，石煤焙烧是针 对这类矿物实现工业化的途径

2、之一。然而采用什么焙烧工艺进 行焙烧和如何保证焙烧 的实际效果一直在困扰着今天的石煤提帆工业，对此进行分 析探讨将有利于石煤提锐 工业进一步发展。一、石煤提帆焙烧过程机理 石煤焙烧的作用在于使提饥原料中各种价态的饥尽可能氧化成高价态的五氧 化二 锐。五氧化二锐再与物料中的金属氧化物反应生成可溶于水或酸、碱的锐酸 盐。概括 过程中低价锐氧化物氧化的化学机理为式（1）和式 （ 2）所示，五氧化二 锐与金属氧化物反应的机理为式 （3）和式 （4）所示。石煤中常见的金属氧化物为钙、镁、铁、钠的氧化物，与五氧化二锐所生成 的钠 盐主要是正饥酸钠 （ N&3V04 ）、焦锐酸钠 （N&4V207 ）、偏锐

3、酸钠（N&2V03 ），所形成的镁盐为偏锐酸镁 （Mg0#V205 ） 焦锐酸镁（2Mg0#V203 ）、 正锐酸镁 （ 3Mg0#V203 ），饥的钠盐和镁盐均可溶于水。所形成的钙盐主要是偏锐 酸 钙（Ca0#V205） 焦锐酸钙（2Ca0#V203）、正锐酸钙（3Ca0#V203）,所形成的 铁盐 主要是正锐酸铁（FeV04）。饥的钙盐和铁盐在水中溶解度很小，能溶于稀硫酸和碱溶液。焙烧温度、反应时间和炉窑内气氛对饥在石煤焙烧中形成理想的饥酸盐至关重- ）焙烧温度焙烧过程对于温度的要求是山焙烧原料的反应机理要求和焙烧产物特性所决 定的。 通常锐的逐步氧化及各种饥酸的生成温度均由 600e 开

4、始。例如尖晶石的氧 化分解和锐 酸（钠、钙、镁、铁）盐的形成，如反应 （5）? 反应（11）所示。反 应（5）中 Fe2 +被 氧化成Fe3+,反应（6）中V3 +被氧化成V4 +，反应（7）中V4 +被氧化成V5+,反应（8） 为分解反应，反应 （ 9）生成偏飢酸钠，反应（ 10）生成偏锐酸钙，反应 （ 11） 生成正锐酸铁。上述反应700e时激烈，到800e在理论上趋于完全。由此可见，石煤焙烧的温度应该高于800e,否则可溶性飢酸盐的生成在理论上不能趋向完全。然而焙烧产物的物理特性要求焙烧温度必须控制在一定范围，这个物理特性就是饥盐熔化温度。最常见的饥酸盐熔化温度见表 1。表 1 主要锐酸

5、盐的熔化温度由表1可知，偏饥酸钠在理论上到 603? 630e就会熔化，若以此来决定焙烧温度，势必导致饥的成盐反应不完全，因为系统的成盐反应要求焙烧温度达到700e以上。通常焙烧温度是山正飢酸钠熔化温度来决定，即焙烧温度控制在830? 870e左右。许多研究结果都表明此温度范围是保证锐浸出的最佳温度范用。同时必须认识到 III 于石煤提饥原料的差异，用一刀切来决定焙烧温度是不合理的。在针 对湖北通城地区的 石煤焙烧试验就得出了石煤焙烧最佳的焙烧温度是800e的结 论。这可能是在焙烧过程中，当温度高于800e时，有大量的偏硅酸盐生成，熔化的偏硅酸盐玻璃体包裹了饥，阻碍了氧的扩散和饥酸盐的生成。山

6、此可见温度是石 煤焙烧的要素之一，焙烧物料性 质的不同，其最佳温度的范用也应该有所不同。（二）焙烧时间焙烧的时间是决定焙烧成败的另一要素，焙烧分干燥、燃碳、氧化、烧成和冷却四个步骤。干燥、燃碳步骤是指入炉原料遇热脱水，进入炉内的碳升温燃烧，产出 CO烧炉（窑）内，低价锐氧化物与氧反应生成高价锐氧化物，这一步骤 为氧化步骤，它与 干燥燃碳步骤都是气固反应， 两步骤所需要的时间 lh 在以上。 烧成步骤是高价五氧化二 饥与金属氧化物反应生成饥酸盐的过程，属于固固反应， 所需时间也在 lh 以上。冷却步 骤是烧成的物料到出炉窑的时间，山于焙烧过程中 有可能生成同时含有四价和五价锐的 锐青铜 （N&V

7、6015 和 N&8V29023 ） ,这种可溶 性差的饥青铜与可溶性饥酸盐之间存在转 变可逆性，即饥青铜在空气中氧化则可变 为可溶性饥酸盐，可溶性锐酸盐缓慢冷却时则 可能结晶脱氧变成锐青铜。因此冷却 步骤的时间越短越好，即骤冷冷却能最大限度地抑 制锐青铜的生成。通过上述分析 可知，通常的焙烧时间不应低于 2h。（三）焙烧气氛焙烧除温度和时间外，炉内的气氛条件也是不可忽略的要素。其控制因素一 个是 入炉料的燃料的含碳量，另一个是送入炉内的助燃空气的含氧量。入炉燃料的 燃烧反 应为式 （12）和式 （13）所示。反应 （12）是不可逆的化学反应，而反应 （13）则是可逆的化学反应。如果 炉内 的

8、氧分压不够，反应 （13） 就会逆向进行，使炉内的一氧化碳分压增加，导致炉内气氛呈还原气氛，不利于焙烧物料的氧化。因此焙烧过程中，要求在控制碳加 入量的基 础上保证氧气的供给。现场讣算应根据所拟定的焙烧温度结合该温度下的P（ C02） /p（CO）平衡相图来确定，以保证整个焙烧过程在氧化气氛下完成。二、石煤提筑焙烧工业化措施石煤焙烧工业化的第一步就是要确定焙烧工艺，然后根据理论分析结果，采取相应的措施，以保证氧化焙烧过程的顺利实施，最大限度的将低价锐转化成五氧化二锐，形成可溶性锐酸盐。- ）焙烧工艺的确定益而乂石煤焙烧可采用的窑炉主要有平窑、立窑、转窑、隧道窑、多膛炉、沸腾炉等。传统的石煤焙烧

9、设备主要是平窑焙烧，平窑的特点是投资省，对于讲究经济效缺乏投资的中小企业而言，它是有很大的诱惑力，长期以来是我国石煤焙烧 的主要工 艺。随着科技发展的日新月异以及国家对环保的要求越来越高，平窑焙烧 因环保条件 差，工人劳动强度大，不适宜继续釆用。从 L1 前试验研究情况来看，转 窑焙烧工艺似 乎是最佳的选择。它除了环保条件和工人劳动强度有了明显的改进 外，还有利于焙烧 过程自动控制，生产能连续进行等关键性的优势。（二） 冶金计算控制转窑焙烧的实际效果 , 首先要进行石煤焙烧的冶金计算，包括物料平衡 计算、 热平衡计算和设备选型讣算。计算的依据是针对该项 LI 所处理石煤的试验报 告，山焙 烧石

10、煤的化学成分和物相组成根据项 L1 所拟定的饥制品产量讣算岀入炉的 物料量及各 种元素的平衡，从而编制出物料平衡表。再以物料平衡表为依据进行热 平衡讣算。热平 衡计算的LI的是要求保证焙烧过程能产生理想（800? 900e）的热量。过多的热量可能导致窑内温度超过理想焙烧温度，从而使生成的五氧化二锐熔 化形成难以浸出的物质， 过低的热量则不能使低价锐最大限度转化成五氧化二锐， 同样影响锐的浸出。如果焙烧 中热量过高，则应先脱部分碳再氧化焙烧，这就是常 说的两段焙烧工艺，即脱碳焙烧氧 化焙烧。如果原料中热量过低则应在入炉料中加 配可燃物质碳。在物料平衡和热平衡计 算的基础上，再进行焙烧设备选型计算

11、，以 确定设备的规格。石煤焙烧的主要工艺设备 包括辅助设施设备与焙烧设备。 辅助设 施设备主要指石煤原料的破碎细磨、 制粒等设备， 焙烧设备除焙烧炉窑本体外还包 括与其配套的燃烧系统和收尘系统的设备。（三） 主要工艺控制措施山理论分析得知石煤焙烧的主要控制要素是焙烧过程的温度、时间和气氛。就我国现有石煤提锐转窑焙烧丄业化过程，确保焙烧时间的主要措施是选用带有调速电机的转窑和确定理想的倾斜角度，通过调整转窑的转速和倾斜角来控制焙烧的 有效时间。当 焙烧时间不足时，常用减低转窑转速的形式来减缓窑内物料的运行速 度。当焙烧时间过 长时，也可用增加转窑转速的形式来加快窑内物料的运行速度， 以减少焙烧时

12、间。再通控制温度和气氛的措施主要是通过冶金汁算来确定窑内的焙烧温度和气氛。过测量窑内排放的尾气推算窑内的气氛。一般认为当排放的尾气中含氧小于10%时，窑内有呈还原气氛的可能，这时应加大窑的供风量，增加其氧分压，确保 窑内的氧化气 氛。通过相关的自动化测量仪表可测知窑内的温度，当焙烧温度过低 时，应增加窑内 热量。除了修改入窑料的配方，适当增配碳外，还可从窑的出料端 喷射粉煤、煤气或 油料来实现。若焙烧温度过高，则可釆用风冷或水冷来降低窑内 的温度。（四）石煤焙烧的辅助措施要确保石煤焙烧的转化效果，除控制焙烧的温度、时间和气氛外，相对应的 辅助 措施也是石煤焙烧工业化过程的重要手段。主要包括破碎

13、磨矿、预选 2 抛尾、 加碳或 脱碳、粉料制粒和添加剂的选择五个方面。1、破碎磨矿。石煤破碎磨矿的 L1 的是增大焙烧物料的表面积以保证低价锐氧 化 物与氧气有最大的接触面，达到氧化低价饥的效果。然而磨矿的粒度也并非越细越好，过细的石煤若不经制粒入窑容易被窑内的气流带走，使其焙烧时间难以满足2ho 目前国内各锐厂的磨矿粒度一般控制在一 121Lm 占 75%左右。2、预选抛尾。预选抛尾是根据石煤矶矿普遍含饥较低而提出来的。某选冶中心对此进行了大量的试验，得出了选择性磨矿抛尾、分级抛尾、分级浮选抛尾和重选加浮选抛尾共四种预选 2 抛尾的工艺，试验数据分别见表 2。山表 2的试验数据 可知，试 验

14、物料的平均品位为 01925%,通过选矿 2抛尾后富集粉平均品位大于 2% 为 2105%,尾矿 平均品位 0125%,抛去的尾矿平均产率大于 50%。应该说预选 2 抛 尾的措施是一项很有 成效的举措。表 2 选矿抛尾物料分析3、加碳或脱碳。 石煤焙烧过程的加碳或脱碳工艺是山石煤矶矿自身的性质所 决定 的。饥矿中的碳含量直接决定焙烧过程的温度。碳含量低，通常发热质较低， 焙烧的温 度也低，要达到焙烧的理想温度就要加配部分可燃碳入窑。一般来说含碳 量在 7%? 8% 左右的石煤矿才有可能使得焙烧过程有足够的热量而达到理想状态， 并保持 2h 的时间。 对于含碳量过高的石煤在焙烧过程中很可能导致

15、超过理想值的 温度，从而影响焙烧的效 果。对含炭量高的石煤 LI 前最有效的方法是焙烧询脱碳。 焙烧前脱碳的装置可以是沸 腾炉，也可以是其他流态化燃烧炉。脱碳附产的蒸气可 用于本企业的浸出工序，也可直 接发电达到节能的目的。4、粉料制粒。石煤矶矿破碎磨矿的粒度越小，其表面积越大，从理论上来讲 其与 氧接触的机会越多，氧化的效果也应该越好。然而在工业化生产过程中，由于 石煤焙烧 过程要保证足够的氧分压，鼓入的风会将细小的粉料带入气流，无法保证 其氧化所需要 的时间，既没达到氧化的口的乂增加了烟尘率。另一方面，粉料在转 窑中比较密实，只 有相对的滑动下移，基本没有其他的运动，与空气接触不够，也 影响了焙烧效果。解决 这一问题的有效方法是将磨细的粉料粘结成球，即粉料制粒 后进行焙烧。粒状物料在转 窑中不会被气流带走，同时它不仅有滑动下移，而且还 有滚动运动，起到了近似搅拌的 作用。增大了物料与空气的接触机率乂降低了烟尘 率，也减少了窑结的机率，既能保证 物料氧化的程度，乂能保证转窑的使用寿命。5、配放添加剂。在石煤焙烧工艺中，目前只有少数企业，如怀化双溪煤矿不 用配 放添加剂外，大多数地方的石煤矿在焙烧时，为了增加焙烧的实际氧化效果， 要将一些 化学试剂配入窑料中。最典型的添加剂是氯化钠，这是因为氯化钠热稳