多膛炉无碳焙烧技术的研究与应用.pdf

2 0 1 2 年1 l 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 6 3 d o i l O ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 s ．2 0 1 2 ．1 1 ．0 1 8 多膛炉无碳焙烧技术的研究与应用 刘玲，琚成新，蔡朝辉 洛阳钼业集团金属材料有限公司，河南洛阳4 7 1 0 0 0 摘要通过对钼精矿氧化焙烧机理的研究，在多膛炉焙烧钼精矿实践中，将高温尾气的热能引入多膛 炉，作为钼精矿焙烧的补充热源，从而使各层温度均保持在最佳范围内 5 5 0 ～6 5 0 ℃ ，成功实现了多膛 炉无碳焙烧。 关键词多膛炉；钼精矿；热能；无碳焙烧 中图分类号T F 8 4 1 ．2文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 2 1 10 0 6 3 一0 3 S t u d yo na n dA p p l i c a t i o no fM u l t i p I eH e a r t hF u r n a c e C a r b o n - f r e e R o a s t i n gT e c h n o I o g y L I UL i n g ，J UC h e n g x i n ，C A IZ h a o h u i C h i n aM o I y b d e n u mM e t a l l i cM a t e r i a lC o m p a n y L t d ，L u o y a n g4 71 0 0 0 ，H e n a nC h i n a A b s t r a c t B a s e do nt h et h e o r e t i c a ls t u d yo fr o a s t i n gm e c h a n i s mo fm o l y b d e n u mc o n c e n t r a t ea n dt h er o a s t i n gp r a c t i c eo fm o l y b d e n u mc o n c e n t r a t ei nm u l t i h e a r t hf u r n a c e ，t h eh i g ht e m p e r a t u r ew a s t eg a s ’sh e a tw a s i m p o r t e di n t om u l t i h e a r t hf u r n a c ea st h es u p p l e m e n th e a ts 。u r c e { o rt h em 。l y b d e n u mc o n c e n t r a t er o a s t ～ i n g ． T h et e m p e r a t u r ew i t h i nt h eh e a r t h sf u r n a c ec a nb em a i n t a i n e da tt h eo p t i m u m r a n g e o f5 5 0 ～6 5 0 ℃． T h ec a r b o n f r e er o a s t i n gt e c h n o l o g yi s s u c c e s s f u l l yd e v e l o p e d ． K e yw o r d s m u l t i h e a r t h { u r n a c e ；m 。l y b d e n u mc o n c e n t r a t e ；h e a te n e r g y ；c a r b o n f r e er o a s t i n g 由于世界上9 9 ％的钼呈辉钼矿 M o S 。 存在， 它占世界开采量的9 0 ％以上，对铝精矿的处理，目 前工业上广泛采用氧化焙烧，将其转化成工业氧化 钼，才能进一步提取可溶性钼盐，进而冶炼成钼金属 或合金，约8 0 ％用于钢铁冶金。 钼精矿氧化焙烧的机理 钼精矿焙烧的总反应式为 M o S 2 3 ．5 0 2 一M 0 0 3 2 S 0 2 钼精矿氧化成钼的低价物或氧化物时，在S 0 。 分压较低的情况下，随着氧分压的提高，将依次序进 行 M o S 2 一M 0 2 S 3 一M 0 0 2 一M 0 0 3 或M o S z 一 收稿日期2 0 1 2 一0 8 1 2 作者简介刘玲 1 9 6 6 一 ，女，河南柘城人，副高级工程师 M 0 2S M o M o U 2 M 吼 3 。 在S 0 。分压较高的情况下 9 2 3K 时，当P 。限 1 0 1 0M P a 时 ，随着系统中氧分压的提高，M o S 。将 被氧化成M 0 0 和M 0 0 。，而在生产条件下，一般 P 。均大于o ．0 0 1M P a ，故氧化过程反应式为 M o S 2 3 0 2 一M 0 0 2 2 S 0 2 十 1 2 M 0 0 2 0 2 2 M 0 0 3 2 反应 1 和 2 的活化能分别为2 2 7 ．7k J ／m 0 1 和1 6 3 ．2k J ／m o l ，由此可看出，钼精矿焙烧是显著 的放热过程，完全有可能自热完成。但在钼精矿焙 烧的生产过程中，无论是早期的反射炉焙烧、还是目 前广泛应用的回转窑焙烧、多膛炉焙烧、流态化焙烧 等都需要外部热源提供热量以保证焙烧反应的顺利 万方数据 6 4 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 2 年1 1 期 进行。 2 0 l o 年1 2 月无碳焙烧技术在洛钼集团回转窑 焙烧钼精矿生产线研发成功，基于此技术的成功应 用，洛钼集团于2 0 1 1 年1 2 月开始了多膛炉无碳焙 烧技术攻关。 洛钼集团1 2 层多膛炉为美国H a n k i n 公司提 供的成套设备，包括炉体、中轴、耙臂和耙齿、助燃风 机、燃烧器、冷却风机及P I 。C 自控系统等，于2 0 0 9 年8 月安装完成并投入使用，外部热源为天然气。 2 多膛炉焙烧过程及理论分析 多膛炉的炉内反应一般分为4 个阶段，对应于 多膛炉每层的温度、燃气及空气的控制也不相同。 2 ．1 预热脱除水和浮选油阶段 浮选油的熔点较低，一般是3 5 0 ～4 0 0 ℃，包覆 在钼精矿的表面，可使钼精矿初期过热，发生团聚， 影响钼精矿的深度氧化。因此需要控制较高的加热 温度 5 ∞℃以上可以自燃 ，通人过量的空气，尽可 能地脱除浮选油。此过程一般在多膛炉的一至二层 完成。 2 ．2 焙烧脱除硫阶段 由于钼精矿氧化是不可逆的放热过程，在反应 的过程中放出大量的热，可以迅速提高炉温，此阶段 炉温的控制是产品质最好坏的关键。如果温度超过 7 0 0 ℃，则氧化钼大量挥发，物料损失严重，且物料 局部容易熔化烧结成块，不仅不利于操作且被烧结 的物料内部不能充分氧化；如果温度低于4 0 0 ℃，容 易在物料的表面形成致密的氧化膜，不利于反应的 进一步进行，且反应速度较慢。工业上一般控制反 应温度在5 5 0 ～6 5 0 ℃，此时无论反应速度还是物料 焙烧脱硫情况都最好。此过程一般在多膛炉的三至 七层完成。 2 ．3 深度氧化阶段 由于交互反应的存在，此时大部分氧化物为 M o O 。，需要深度氧化，将M o O 。氧化为M o 。，一般 控制反应温度在6 0 0 ℃左右，通入过量的空气，可以 将M o O 的含量降至1 0 ％以内。此过程在多膛炉 的八至十层完成。 2 ．4 最后冷却阶段 适当降低氧化钼的产品温度，此过程在多膛炉 的十一至十二层完成。图1 是不同炉层钼物料的成 分曲线，从图1 可以看出，钼精矿脱除油水后，发生 氧化反应先大量生成M o ，随着反应的进行， M o O 。进一步深度氧化，生成M o o 。。 图l多膛炉各层物料成分曲线 F i g ．1 C u r V eo fm a t e r i a lc o m p o s i t i o no f e a c hl a y e rw i t h i nm u l t i h e a r t hf u r n a c e 钼精矿焙烧过程是显著放热反应，理论上足以 使反应自发进行而不需要外部热量，但实际操作中 为了使辉钼矿完全氧化和确保最终产品含硫很低， 通常采用大量的过剩空气，将废气中的二氧化硫含 量从理论含量的1 3 ．2 ％降至实际含量的1 ％～2 ％。 空气大量过剩必然使焙烧温度降低，燃烧热被废气 带走。因此，实际操作中仍需要外加热源。原有的 多膛炉焙烧工艺是将常温空气通过进氧孔直接送入 多膛炉炉膛内，炉膛内各层均安装有燃烧器，以保证 氧化过程可以维持进行。 为更好地调节多膛炉各层的反应温度，保证整 个钼精矿的氧化、脱硫过程有充足的氧气，原有的工 艺是分别从各炉层的空气进口进氧，也可以通过工 作门上的观察孑L 输入空气，一方面提供了氧化反应 所需氧气，另一方面带走了部分热量，以防止过热。 多膛炉焙烧产生的4 8 0 ～5 3 0 ℃高温烟气由炉膛两 侧的烟道排出，经收集后，进入表面冷却器进行冷却 降温，使烟气温度降至2 7 0 ～3 0 0 ℃再送入后续的除 尘、制酸工序，进行无害化处理。表面冷却器热交换 后产生的高温热空气直接排空。 3多膛炉无碳焙烧工艺 通过将表面冷却器排出的2 7 0 ℃高温空气引入 多膛炉内，代替了部分向多膛炉送人的常温空气，同 时提供了足够的维持正常脱硫反应的热量，不再需 要额外的外加热源。本_ r 艺通过调节阀门对各层的 热空气进气量进行控制，实现了对炉内负压和各炉 层温度的准确控制，从而使钼精矿氧化焙烧维持在 最佳温度并具有较快的反应速率，防止了M o O 。的 升华和严重烧结，防止炉内负压过大损失精矿。热 万方数据 2 0 1 2 年1 1 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 6 5 空气的引入，补充了深度氧化阶段所需的热量，并通 过阀门调节使各层温度均控制在最佳的温度范围内 5 8 0 ～6 2 0 。C ，表1 是热空气通入后多膛炉各层的 温度范围和精矿组分。 表1 生产中多膛炉焙烧温度控制 范围及精矿组分 T a b l e1 T e m p e r a t u r ec o n t r o la n dc o n c e n t r a t e c o m p o s i t i o no fm u l t i - h e a “hf u r n a c e i np l a n tp r a c t i c e 炉床温度／℃气相温度／℃M 0 0 2 ／％ 4 5 0 ～5 5 04 5 0 ～5 5 04 ．5 6 5 0 ～7 0 06 8 0 ～7 5 07 ．6 5 5 0 ～6 5 06 5 0 ～6 8 02 1 ．2 6 0 0 ～6 5 06 0 0 ～6 5 02 9 ．2 5 8 0 ～6 5 05 8 0 ～6 5 0 4 6 ．5 5 8 0 ～6 5 05 8 0 ～6 5 05 3 ．4 5 8 0 ～6 5 05 8 0 ～6 5 05 8 ．9 5 5 0 ～6 5 05 5 0 ～6 5 02 2 ．0 5 5 0 ～6 3 05 5 0 ～6 3 04 ．5 5 5 0 ～6 5 05 5 0 ～6 0 04 ．0 5 5 0 ～6 0 05 5 0 ～6 0 0 4 8 0 ～5 5 05 3 0 ～5 8 0一 此工艺不仅使热能得到有效利用，而且可在钼 精矿氧化焙烧正常进行时，停止运行多膛炉各层的 燃烧器，不再消耗天然气，达到节能降耗的目的，实 现了钼精矿的多膛炉无碳焙烧。 4 多膛炉无碳焙烧在生产中的效果 多膛炉无碳焙烧技术在洛钼集团的成功应用， 使多膛炉钼焙烧尾气热能充分循环利用，从而减少 多膛炉焙烧的碳排放量，达到节能降耗的目的，并取 得如下显著成效 1 将多膛炉的余热循环利用，每年可节省天然 气1 3 0 万m 3 ，减少碳排放量4O O ot ； 2 能够将多膛炉的烟气S O 。浓度从1 ．5 ％～ 2 ．o ％提高到2 ．o ％～2 ．6 ％，有利于降低w S A 制酸 的能耗； 3 能够对碱金属钠、钙和铜含量较高的精矿进 行处理，并且使可溶钼含量提高； 4 进氧量由原来的冷空气改为热空气，从而避 免炉膛物料板结，减少人工清理频率，降低劳动强 度。同时减少由于板结带来的耙齿磨损，延长耙齿 使用寿命，降低维修成本； 5 顶层不再进冷空气，减少由进氧孔造成的钼 精矿流失，因而大大改善了作业环境，提高了钼的回 收率。 5结论 钼精矿多膛炉焙烧完全可以充分循环利用尾气 的热能，从而不再有额外碳燃料的消耗，实现了钼精 矿的多膛炉无碳焙烧。 参考文献 [ 1 ] 向铁根，杨伯华．铝冶金[ M ] ．长沙中南大学出版社， 2 0 0 2 3 5 5 5 ． [ 2 ] 王连勇．钼精矿氧化焙烧机理研究[ J ] ．中国钼业，2 0 1 1 ， 3 5 4 1 7 1 9 ． [ 3 ] 李洪柱．稀有金属冶金学[ M ．北京冶金工业出版社， 1 9 9 3 5 2 5 ． [ 4 ] 张启修，赵秦生．钨钼冶金[ M ] ．北京冶金工业出版 社，2 0 0 7 ． [ 5 ] 卢宇飞．冶金原理[ M ] ．北京冶金工业出版社，2 0 0 9 1 5 4 0 ． [ 6 ] 王发展，李大成，孙院军，等．钼材料及加工[ M ] ．北京 冶金工业出版社，2 0 0 8 1 3 5 1 7 0 ． ％一加“巧“o总o o ，∞∞ 吖一％暑g鹪w毖挑u{L m n m m雌～。。。。。。，。。均他 万方数据