燒結(jié)工藝脫硫.doc

燒結(jié)過(guò)程脫硫1.硫的存在形態(tài)及其對(duì)鋼鐵生產(chǎn)的影響鐵礦石中的疏通常以硫化物和硫酸鹽形式存在。以硫化物形式存在的礦物有：FeS2，CuFeS2，CuS，ZnS，PbS等；以硫酸鹽形式存在的有BaSO4、CaSO4和MgSO4等，焦粉帶入的硫可能以單質(zhì)形式存在。硫是影響鋼質(zhì)量極為的有害元素，因?yàn)榇蟠蠼档土虽摰乃苄?，在加工過(guò)程中晶粒邊界先熔化，出現(xiàn)金屬熱脆現(xiàn)象。此外，硫?qū)﹁T造生鐵同樣有害，它降低生鐵的流動(dòng)性，阻止碳化鐵分解，使鑄件產(chǎn)生氣孔并難以切削。為使高爐生產(chǎn)達(dá)到先進(jìn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，要求鐵礦石或人造富礦中的硫含量不超過(guò)0.07%0.08%有時(shí)甚至要求小于0.04%0.05%。2.燒結(jié)過(guò)程脫硫原理燒結(jié)過(guò)程中以單質(zhì)和硫化物形式存在的硫通常在氧化反應(yīng)中去除，以硫酸鹽形式存在的硫則在分解反應(yīng)中去除。黃鐵礦FeS2是鐵礦石中經(jīng)常遇到的含硫礦物，它具有較大分解壓，在空氣中加熱到565時(shí)很容易分解出一半的硫，因此，在燒結(jié)的條件下可能分解出元素硫。黃鐵礦氧化，在更低的溫度(280)就開(kāi)始了，當(dāng)溫度較低時(shí)，從黃鐵礦著火(366437)到556硫的蒸氣分解壓還較小，黃鐵礦的氧化去硫反應(yīng)如下：2FeS2+5O2Fe2O3+4SO2+1668900J3FeS2+8O2Fe3O4+6SO2+2380230J當(dāng)溫度高于565時(shí)，黃鐵礦分解，分解生成的FeS和S同時(shí)進(jìn)行，其反應(yīng)式如下：2FeS22FeS+2S-1139650JS+O2SO2+296686J2FeS+3.5O2Fe2O3+2SO2+1230726J3FeS+5O2Fe3O4+3SO2+1723329JSO2+0.5O2SO3當(dāng)溫度低于12501300C時(shí)，F(xiàn)eS燃燒主要按2FeS+3.5O2Fe2O3+2SO2進(jìn)行；當(dāng)溫度更高達(dá)到1350以上時(shí)，按3FeS+5O2Fe3O4+3SO2進(jìn)行。因此在這種情況下、Fe2O3的分解壓開(kāi)始明顯地增大了。在有催化刑存在的情況下(Fe2O3等)SO2可能進(jìn)一步氧化成SO3。研究硫化物氧化和硫酸鹽分解的熱力學(xué)可知，F(xiàn)eS2，ZnS，PbS中的硫是較易去除的；而CuFeS、Cu2S的氧化需要比較高的溫度，因?yàn)檫@些化合物很穩(wěn)定，所以從含銅硫化物的燒結(jié)料中脫硫是比較因難的。硫酸鹽的分解需要相當(dāng)高的溫度，F(xiàn)e2O3、SiO2、Al2O3、SiO2存在的情況下可以改善這些硫酸鹽分解的熱力學(xué)條件。3.影響燒結(jié)脫硫的因素1)礦石的粒度和品位礦石粒度較小時(shí)，礦石中的硫化物和硫酸鹽氧化和分解產(chǎn)物易于從內(nèi)部排出，粒度小比表面積較大，硫化物和硫酸鹽暴露在表面的機(jī)會(huì)大。氧向內(nèi)部擴(kuò)散也比較容易；但粒度過(guò)小時(shí)。燒結(jié)料層的透氣性變差，抽入的空氣量減少，不能供給充足的氧量，同時(shí)硫的氧化產(chǎn)物和分解產(chǎn)物不能迅速?gòu)臒Y(jié)料層中帶走，也對(duì)脫硫不利。如果粒度過(guò)大時(shí)，雖然外部擴(kuò)散條件改善了，但內(nèi)擴(kuò)散條件就變得更困難了，也不利于脫硫。研究表明，脫硫較適宜的礦石粒度10與60mm之間，但考慮生產(chǎn)破碎篩分條件的經(jīng)濟(jì)合理性，采用60或80mm可能是較為合理的。礦石含鐵品位高含脈石成份少時(shí)，一般軟化溫度較高。這時(shí)燒結(jié)料需在較高的溫度下才能生成液相，所以有利于脫硫。鐵礦石中硫以硫化物的形式存在時(shí)，燒結(jié)脫硫比較容易，一般脫硫率可達(dá)90%以上，甚至可達(dá)96%98%。硫酸鹽的脫除是靠它的熱分解，需要很高的溫度相較長(zhǎng)的時(shí)間，在較好的情況下脫硫率也可達(dá)到80%85%。2)燒結(jié)礦堿度和添加物的性質(zhì)提高燒結(jié)礦的堿度，導(dǎo)致燒結(jié)礦的液相增加、燒結(jié)層的最高溫度降低，燒結(jié)速度增快。高溫保持時(shí)間的縮短以及高溫下石灰的吸硫作用強(qiáng)烈等，這些條件均對(duì)脫硫不利，所以隨著堿度提高，燒結(jié)礦的脫硫率明顯地下降(見(jiàn)表25)。指標(biāo)礦石粒度08012燒結(jié)礦堿度0.41.01.21.40.41.01.21.4混合料S%0.4500.4000.3820.3620.4500.4000.3820.362燒結(jié)礦S%0.0400.0420.0430.0500.0420.0670.0700.086脫硫率%91.289.488.786.289.283.281.776.3添加物的性質(zhì)對(duì)脫硫有不同的影響。消石灰和生石灰對(duì)廢氣中SO2和SO3吸收能力強(qiáng)，對(duì)脫硫不利。白云石和石灰石粉粒度較粗，比表面較小，在預(yù)熱帶分解出CO2，阻礙對(duì)氣體中硫的吸收，對(duì)脫硫較前兩者有利。在燒結(jié)料中添加MgO有可能提高燒結(jié)料的軟化溫度，對(duì)脫硫也是有利的。3)燃料用量和性質(zhì)燃料的用量直接影響到燒結(jié)料層中的最高溫度水平和氣氛(在抽入的空氣量一定時(shí))，F(xiàn)eS在11701190時(shí)熔化，當(dāng)有FeO存在時(shí)940就可熔化。燃料用量增多時(shí)，料層溫度高，還原氣氛增強(qiáng)，燒結(jié)料中FeO增多，F(xiàn)eO-FeS組成易熔的共晶，液相增多會(huì)妨礙進(jìn)一步脫硫。同時(shí)，空氣中的氧主要為燃料所消耗，也不利于硫化物的氧化，相反，燃料用量不足時(shí)，料層中溫度低，脫硫條件也變壞。因此，燒結(jié)時(shí)燃料用量要適宜、燃料的配比要求精確。燃料用量增加，所產(chǎn)生的高溫和還原性氣氛，對(duì)硫酸鹽的分解的熱力學(xué)條件應(yīng)該說(shuō)是有利的。燃料的用量，對(duì)硫化物和硫酸鹽脫硫是有矛盾的，前者需要氧化性氣氛，而后者需要中性氣氛或弱還原性氣氛；前者不需要過(guò)高的溫度，而后者需要有足夠的溫度水平。如果同一燒結(jié)料中既有硫化物又有硫配鹽存在時(shí)，就應(yīng)該考慮含硫礦物以那種為主，合理調(diào)整燃料。在考慮合適的燃料用量時(shí)，必需估計(jì)到硫化物氧化時(shí)所產(chǎn)生的熱量。一般，認(rèn)為1kg氧化成時(shí)所產(chǎn)生的熱量相當(dāng)于0.23kg中等質(zhì)量的焦炭燃燒所產(chǎn)生的熱量。所以礦石中硫愈多，所用的燃料就要相應(yīng)減少，配料時(shí)大致可按礦石中含硫1%，代替0.5%的焦粉來(lái)計(jì)算。燃料中的硫大多以有機(jī)硫的形態(tài)存在，這種硫的分解需要在較高的溫度下進(jìn)行，所以燒結(jié)時(shí)所用燃料不希望硫太高。一般焦粉硫較無(wú)煙煤為低，且前者可能主要是無(wú)機(jī)硫，比較易于除去，所以燒結(jié)脫硫時(shí)，一般愿采用焦粉作為燃料。4)返礦的數(shù)量返礦對(duì)脫硫有互相矛盾的影響，一方面改善燒結(jié)料的透氣性，促使硫的順利脫除；另一方面引起液相更多更快的生成，致使相當(dāng)大量的硫轉(zhuǎn)入燒結(jié)礦中，所以適宜的返礦用量要根據(jù)具體情況由試驗(yàn)確