處理硫鐵礦精礦的系統和方法與流程
2023-05-23 04:14:06
本發明屬於化工領域，具體而言，本發明涉及處理硫鐵礦精礦的系統和方法。
背景技術：
我國硫鐵礦資源比較豐富，此種礦物以黃鐵礦(fes2)為代表，是焙燒製取硫酸的重要原料。然而，硫鐵礦直接氧化焙燒-制酸的工藝的市場前景和盈利能力有待提高，且硫鐵礦焙燒制酸工藝每年還會產生近1000萬噸的焙燒渣，焙燒渣中的鐵含量在35～65％之間波動，主要以fe2o3的形式存在，s、p等有害元素的含量也較高，很難直接用作煉鐵原料。也有硫鐵礦焙燒渣製備鐵系精細化工產品，如鐵系顏料、軟磁用α-fe2o3的研究和報導，但這類精細化工產品的市場需求有限，對產量巨大的硫鐵礦焙燒渣的消化能力不足。硫鐵礦焙燒渣大量堆積不僅造成巨大的資源浪費，還會對其周邊的環境造成汙染和破壞。鑑於此種情況，提高硫鐵礦資源利用水平，同時實現產品多元化來更好的滿足市場需求，成為亟待解決的問題。
技術實現要素：
本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在於提出一種處理硫鐵礦精礦的系統和方法。該系統可以利用硫鐵礦精礦得到硫磺和海綿鐵，且整個過程幾乎不產生有毒有害的廢氣和廢渣，從而在提高資源利用水平的同時又保護了生態環境。
在本發明的一個方面，本發明提出了一種處理硫鐵礦精礦的系統，根據本發明的實施例，該系統包括：
磨礦裝置，所述磨礦裝置具有硫鐵礦精礦入口和硫鐵礦精礦粉末出口；
加熱裝置，所述加熱裝置具有硫鐵礦精礦粉末入口、惰性氣體入口、硫蒸氣出口和殘渣出口，所述硫鐵礦精礦粉末入口與所述硫鐵礦精礦粉末出口相連；
冷凝裝置，所述冷凝裝置具有硫蒸氣入口和硫磺出口，所述硫蒸氣入口與所述硫蒸氣出口相連；
破碎裝置，所述破碎裝置具有殘渣入口和殘渣顆粒出口，所述殘渣入口與所述殘渣出口相連；
混料裝置，所述混料裝置具有殘渣顆粒入口、還原劑入口、添加劑入口和混合物料出口，所述殘渣顆粒入口與所述殘渣顆粒出口相連；
成型裝置，所述成型裝置具有混合物料入口和成型球團出口，所述混合物料入口與所述混合物料出口相連；
焙燒裝置，所述焙燒裝置具有成型球團入口和金屬化球團出口，所述成型球團入口與所述成型球團出口相連；
球磨裝置，所述球磨裝置具有金屬化球團入口和金屬化球團顆粒出口，所述金屬化球團入口與所述金屬化球團出口相連；
磁選裝置，所述磁選裝置具有金屬化球團顆粒入口、海綿鐵出口和非磁性物出口，所述金屬化球團顆粒入口與所述金屬化球團顆粒出口相連。
根據本發明實施例的處理硫鐵礦精礦的系統，將硫鐵礦精礦粉末反應所得的硫蒸氣製備硫磺；然後將硫鐵礦精礦粉末反應所得的殘渣直接熱送進行還原脫硫製備海綿鐵，避免了先氧化後還原造成的資源和能源浪費，顯著降低了能耗，且所得的高品質海綿鐵可以滿足煉鋼的原料需求，所得的非磁性物可根據其成分靈活處理，同時整個工藝過程幾乎不產生有毒有害的廢氣和廢渣，在提高資源利用水平的同時又保護了生態環境。
另外，根據本發明上述實施例的處理硫鐵礦精礦的系統還可以具有如下附加的技術特徵：
在本發明的一些實施例中，所述焙燒裝置為轉底爐或隧道窯。由此，有利於提高成型球團的焙燒效率，同時提高海綿鐵的品質。
在本發明的再一個方面，本發明提出了一種採用上述處理硫鐵礦精礦的系統處理硫鐵礦精礦的方法，根據本發明的實施例，該方法包括：
(1)將硫鐵礦精礦供給至所述磨礦裝置中進行磨礦處理，以便得到硫鐵礦精礦粉末；
(2)將所述硫鐵礦精礦粉末供給至所述加熱裝置中，並採用惰性氣體為載氣進行反應，以便得到硫蒸氣和殘渣；
(3)將所述硫蒸氣供給至所述冷凝裝置中進行冷凝處理，以便得到硫磺；
(4)將所述殘渣供給至所述破碎裝置中進行破碎處理，以便得到殘渣顆粒；
(5)將還原劑、添加劑和所述殘渣顆粒供給至所述混料裝置中進行混料處理，以便得到混合物料；
(6)將所述混合物料供給至所述成型裝置中進行成型處理，以便得到成型球團；
(7)將所述成型球團供給至所述焙燒裝置中進行焙燒處理，以便得到金屬化球團；
(8)將所述金屬化球團供給至所述球磨裝置中進行球磨處理，以便得到金屬化球團顆粒；
(9)將所述金屬化球團顆粒供給至所述磁選裝置中進行磁選處理，以便得到海綿鐵和非磁性物。
根據本發明實施例的處理硫鐵礦精礦的方法，將硫鐵礦精礦粉末反應所得的硫蒸氣製備硫磺；然後將硫鐵礦精礦粉末反應所得的殘渣直接熱送進行還原脫硫製備海綿鐵，避免了先氧化後還原造成的資源和能源浪費，顯著降低了能耗，且所得的高品質海綿鐵可以滿足煉鋼的原料需求，所得的非磁性物可根據其成分靈活處理，同時整個工藝過程幾乎不產生有毒有害的廢氣和廢渣，在提高資源利用水平的同時又保護了生態環境。
另外，根據本發明上述實施例的處理硫鐵礦精礦的方法還可以具有如下附加的技術特徵：
在本發明的一些實施例中，在步驟(1)中，所述硫鐵礦精礦的有效硫含量不低於35wt％，鉛和鋅的總含量不高於1wt％，碳含量不高於2wt％。由此，有利於提高後續所得硫磺和海綿鐵的品質。
在本發明的一些實施例中，在步驟(1)中，所述硫鐵礦精礦粉末的粒徑中小於170目佔比70-90％。由此，有利於提高整個工藝的生產效率並節約能耗。
在本發明的一些實施例中，在步驟(2)中，所述惰性氣體為選自氮氣和氬氣中的至少之一。由此，有利於提高硫鐵礦精礦粉末的反應效率。
在本發明的一些實施例中，在步驟(2)中，所述反應的溫度為700-900攝氏度。由此，可進一步提高硫鐵礦精礦粉末的反應效率。
在本發明的一些實施例中，在步驟(2)中，所述硫鐵礦精礦粉末的給料速度為50-200g/min。由此，可進一步提高硫鐵礦精礦粉末的反應效率。
在本發明的一些實施例中，在步驟(2)中，所述惰性氣體中氮氣的壓力為1.05-1.2atm，氧氣分壓為20-60pa。由此，可進一步提高硫鐵礦精礦粉末的反應效率。
在本發明的一些實施例中，在步驟(5)中，所述殘渣顆粒與所述還原劑、所述添加劑的混合質量比為10：(1-2)：(5-8)。由此，可進一步提高海綿鐵的品質。
在本發明的一些實施例中，在步驟(7)中，所述焙燒處理的溫度為900-1200攝氏度，時間為60-120min。由此，可進一步提高海綿鐵的品質。
在本發明的一些實施例中，在步驟(8)中，所述金屬化球團顆粒中粒徑小於200目的佔比不低於90％。由此，可進一步提高海綿鐵的品質。
本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
附圖說明
本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：
圖1是根據本發明一個實施例的處理硫鐵礦精礦的系統結構示意圖；
圖2是根據本發明一個實施例的處理硫鐵礦精礦的方法流程示意圖。
具體實施方式
下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」、「固定」等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關係，除非另有明確的限定。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
在本發明的一個方面，本發明提出了一種處理硫鐵礦精礦的系統，根據本發明的實施例，參考圖1，該系統包括：磨礦裝置100、加熱裝置200、冷凝裝置300、破碎裝置400、混料裝置500、成型裝置600、焙燒裝置700、球磨裝置800和磁選裝置900。
根據本發明的實施例，磨礦裝置100具有硫鐵礦精礦入口101和硫鐵礦精礦粉末出口102，且適於將硫鐵礦精礦進行磨礦處理，以便得到硫鐵礦精礦粉末。由此，可顯著提高硫鐵礦精礦粉末的比表面積，從而提高其後續處理的效率。
根據本發明的一個實施例，硫鐵礦精礦中各成分的含量並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，硫鐵礦精礦的有效硫含量可以不低於35wt％，鉛和鋅的總含量可以不高於1wt％，碳含量可以不高於2wt％。
根據本發明的再一個實施例，硫鐵礦精礦粉末的粒徑並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，硫鐵礦精礦粉末中粒徑小於170目的佔比70-90％。發明人發現，該粒徑範圍的硫鐵礦粉末可以顯著優於其他粒徑提高其反應效率。
根據本發明的實施例，加熱裝置200具有硫鐵礦精礦粉末入口201、惰性氣體入口202、硫蒸氣出口203和殘渣出口204，硫鐵礦精礦粉末入口201與硫鐵礦精礦粉末出口102相連，且適於採用惰性氣體為載氣將硫鐵礦精礦粉末進行反應，以便得到硫蒸氣和殘渣。具體的，加熱裝置採用惰性氣體作為載氣和保護氣，同時控制加熱裝置內的溫度並控制好硫鐵礦精礦粉末的給料速度，硫鐵礦精礦粉末在加熱爐內發生反應，反應充分後得到硫蒸氣和殘渣。整個反應涉及的反應式主要有：
fes2→fesx+(1-0.5x)s2(g)(1)
fes2→fes(s)+(0.5x-0.5)s2(g)(2)
根據本發明的一個實施例，惰性氣體的具體類型並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，惰性氣體可以為選自氮氣和氬氣中的至少之一。具體的，因為硫鐵礦反應產生的硫蒸氣極易燃燒，如不採用惰氣保護無法得到液態硫磺，甚至會發生危險。
根據本發明的再一個實施例，反應的溫度並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，反應的溫度可以為700-900攝氏度。發明人發現，採用本發明提出的反應溫度既可使硫鐵礦精礦粉末在最快的時間內反應完全又可避免能耗的浪費。
根據本發明的又一個實施例，硫鐵礦精礦粉末的給料速度並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，硫鐵礦精礦粉末的給料速度可以為50-200g/min。發明人發現，如果加料速度高於200g/min，容易造成硫鐵礦反應不充分，硫磺產率低，殘渣後處理困難；而給料速度過低則會將降低生產效率。
根據本發明的又一個實施例，惰性氣體中氮氣的壓力可以為1.05-1.2atm，氧氣分壓可以為20-60pa。發明人發現，若氮氣壓力過高，對加熱爐的整體要求高，不便操作，氮氣分壓過低就起不保護作用，反應產生的硫蒸氣易燃而發生危險。
根據本發明的實施例，冷凝裝置300具有硫蒸氣入口301和硫磺出口302，硫蒸氣入口301與硫蒸氣出口203相連，且適於將硫蒸氣進行冷凝處理，以便得到硫磺。發明人發現，相比於傳統工藝將硫蒸氣用於生產硫酸本發明所得的硫磺具有更加廣闊的市場前景。需要說明的是，本領域技術人員可以根據實際需要對冷凝處理的具體操作進行選擇，例如可以為間接水冷或風冷。
根據本發明的實施例，破碎裝置400具有殘渣入口401和殘渣顆粒出口402，殘渣入口401與殘渣出口204相連，且適於將殘渣進行破碎處理，以便得到殘渣顆粒。由此，可顯著提高殘渣顆粒的比表面積，進而可提高後續混料、成型和焙燒處理過程中殘渣顆粒與還原劑和添加劑的接觸面積，提高焙燒處理的效率。
根據本發明的一個實施例，殘渣顆粒的粒徑並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，殘渣顆粒中粒徑小於200目的佔比不低於80％。由此，可顯著提高殘渣顆粒的比表面積，進而提高後續工序中與還原劑、添加劑的接觸面積，提高所得海綿鐵的品質。
根據本發明的實施例，混料裝置500具有殘渣顆粒入口501、還原劑入口502、添加劑入口503和混合物料出口504，殘渣顆粒入口501與殘渣顆粒出口402相連，且適於將還原劑、添加劑和殘渣顆粒進行混料處理，以便得到混合物料。由此，可提高殘渣顆粒與還原劑、添加劑的接觸面積。
根據本發明的一個實施例，殘渣顆粒與還原劑、添加劑的混合質量比並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，殘渣顆粒與還原劑、添加劑的混合質量比可以為10：(1-2)：(5-8)。發明人發現，若還原劑比例過低會導致鐵的還原不充分，所得產品的鐵品位和收率都不理想，而還原劑過高則會帶入更多的灰分，提高了成本也加重了後續處理負擔，而添加劑比例過低不能取得理想的脫硫效果，過高也會加重後續處理負擔。
根據本發明的再一個實施例，還原劑的粒徑並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，還原煤中粒徑為小於200目的佔比不低於80％。由此，有利於提高還原劑與殘渣顆粒、添加劑的焙燒處理效率。
根據本發明的又一個實施例，還原劑的具體類型並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，還原劑可以為焦炭、無煙煤、煙煤、石墨粉、石油焦等，且還原劑中固定碳的含量不低於75wt％。發明人發現，若還原劑的固定碳含量過低，灰分和揮發分會提高，不利於取得理想的還原效果，也加重了後續處理負擔，不利於提高海綿鐵產品的品質和鐵收率。
根據本發明的又一個實施例，添加劑的粒徑並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，添加劑的粒徑可以為小於150目的佔比不低於70-90％。由此，有利於提高添加劑與殘渣顆粒、還原劑的焙燒處理效率。
根據本發明的又一個實施例，添加劑的具體類型並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，添加劑可以為石灰石、生石灰和白雲石。具體的，添加劑主要起脫硫作用，在強還原氣氛和鹼性添加劑(如cao)存在的條件下，反應式如下：
cao+fes+c＝fe+cas+co
根據本發明的實施例，成型裝置600具有混合物料入口601和成型球團出口602，混合物料入口601與混合物料出口504相連，且適於將混合物料進行成型處理，以便得到成型球團。由此，可進一步提高殘渣顆粒與還原劑和添加劑的接觸面積。
根據本發明的一個實施例，成型處理的壓力並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，成型處理的壓力可以為60-100mpa。發明人發現，若成型圧力過高，生球碳熱還原過程中產生的氣體不易排出，不利於還原反應充分進行，而壓力過低，還原劑和礦粉接觸不充分，不利於獲得理想的還原效果。
根據本發明的實施例，焙燒裝置700具有成型球團入口701和金屬化球團出口702，成型球團入口701與成型球團出口602相連，且適於將成型球團進行焙燒處理，以便得到金屬化球團。發明人發現，將硫鐵礦精礦粉末所得的殘渣直接熱送進行還原脫硫，避免了先氧化後還原造成的資源和能源浪費，顯著降低了能耗。
根據本發明的一個實施例，焙燒裝置的具體類型並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，焙燒裝置可以為轉底爐或隧道窯。由此，可顯著提高成型球團的焙燒效率。
根據本發明的再一個實施例，焙燒處理的條件並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，焙燒處理的溫度可以為900-1200攝氏度，時間可以為60-120min。發明人發現，該焙燒條件下可以顯著提高鐵的還原效率，從而在提高海綿鐵品質的同時提高鐵的回收率。
根據本發明的實施例，球磨裝置800具有金屬化球團入口801和金屬化球團顆粒出口802，金屬化球團入口801與金屬化球團出口702相連，且適於將金屬化球團進行球磨處理，以便得到金屬化球團顆粒。由此，可顯著提高金屬化球團顆粒的比表面積，進而提高後續磁選處理的效率，提高所得海綿鐵的品質。
根據本發明的一個實施例，金屬化球團顆粒的粒徑並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，金屬化球團顆粒中粒徑小於200目的佔比不低於90％。由此，可進一步提高後續磁選處理的效率，提高所得海綿鐵的品質。
根據本發明的實施例，磁選裝置900具有金屬化球團顆粒入口901、海綿鐵出口902和非磁性物出口903，金屬化球團顆粒入口901與金屬化球團顆粒出口802相連，且適於將金屬化球團顆粒進行磁選處理，以便得到海綿鐵和非磁性物。發明人發現，所得的海綿鐵為tfe不低於92％的海綿鐵，可以滿足煉鋼的原料需求，所得的非磁性物可根據其成分靈活處理。同時整個工藝過程幾乎不產生有毒有害的廢氣和廢渣，在提高資源利用水平的同時又保護了生態環境。
根據本發明的一個實施例，磁選處理的磁場強度並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，磁選處理的磁場強度可以為600-800oe。由此，可顯著提高金屬化球團顆粒的磁選處理的效率，並提高海綿鐵的回收率。
根據本發明實施例的處理硫鐵礦精礦的系統，將硫鐵礦精礦粉末反應所得的硫蒸氣製備硫磺；然後將硫鐵礦精礦粉末反應所得的殘渣直接熱送進行還原脫硫製備海綿鐵，避免了先氧化後還原造成的資源和能源浪費，顯著降低了能耗，且所得的高品質海綿鐵可以滿足煉鋼的原料需求，所得的非磁性物可根據其成分靈活處理。同時整個工藝過程幾乎不產生有毒有害的廢氣和廢渣，在提高資源利用水平的同時又保護了生態環境。
根據本發明的實施例，上述處理硫鐵礦精礦的系統至少具有下述優點之一：
根據本發明實施例的處理硫鐵礦精礦的系統，與現有技術相比，本發明能夠以硫鐵礦精礦為原料得到硫磺和高品質海綿鐵，磁選尾渣非磁性物可以根據其成分靈活處理，實現了產品的多元化，所得的硫磺比現有技術所得的硫酸有更加廣闊的市場前景，且高品質海綿鐵能夠滿足煉鋼的原料需求，所以本發明提供的直接處理工藝相比焙燒制酸工藝更具優勢；
根據本發明實施例的處理硫鐵礦精礦的系統，現有焙燒制酸工藝會產生大量焙燒渣，這種焙燒渣的資源化利用技術尚不成熟，相比之下，採用本發明的方法處理硫鐵礦精礦，整個過程幾乎不產生有毒有害的廢氣和廢渣，在提高資源利用水平的同時又保護了生態環境；
根據本發明實施例的處理硫鐵礦精礦的系統，與現有的焙燒渣還原製備海綿鐵技術不同，本發明將殘渣直接還原脫硫製備海綿鐵，如此就可以避免先氧化後還原造成的資源和能源浪費，顯著降低能耗。
在本發明的再一個方面，本發明提出了一種採用上述處理硫鐵礦精礦的系統處理硫鐵礦精礦的方法，根據本發明的實施例，參考圖2，該方法包括：
s100：將硫鐵礦精礦供給至磨礦裝置中進行磨礦處理
該步驟中，將硫鐵礦精礦供給至磨礦裝置中進行磨礦處理，以便得到硫鐵礦精礦粉末。由此，可顯著提高硫鐵礦精礦粉末的比表面積，從而提高其後續處理的效率。
根據本發明的一個實施例，硫鐵礦精礦中各成分的含量並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，硫鐵礦精礦的有效硫含量可以不低於35wt％，鉛和鋅的總含量可以不高於1wt％，碳含量可以不高於2wt％。
根據本發明的再一個實施例，硫鐵礦精礦粉末的粒徑並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，硫鐵礦精礦粉末中粒徑小於170目的佔比70-90％。發明人發現，該粒徑範圍的硫鐵礦粉末可以顯著優於其他粒徑提高其反應效率。
s200：將硫鐵礦精礦粉末供給至加熱裝置中，並採用惰性氣體為載氣進行反應
該步驟中，將硫鐵礦精礦粉末供給至加熱裝置中，並採用惰性氣體為載氣進行反應，以便得到硫蒸氣和殘渣。具體的，加熱裝置採用惰性氣體作為載氣和保護氣，同時控制加熱裝置內的溫度並控制好硫鐵礦精礦粉末的給料速度，硫鐵礦精礦粉末在加熱爐內發生反應，反應充分後得到硫蒸氣和殘渣。整個反應涉及的反應式主要有：
fes2→fesx+(1-0.5x)s2(g)(1)
fes2→fes(s)+(0.5x-0.5)s2(g)(2)
根據本發明的一個實施例，惰性氣體的具體類型並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，惰性氣體可以為選自氮氣和氬氣中的至少之一。具體的，硫鐵礦反應產生的硫蒸氣極易燃燒，如不採用惰氣保護無法得到液態硫磺，甚至會發生危險。
根據本發明的再一個實施例，反應的溫度並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，反應的溫度可以為700-900攝氏度。發明人發現，採用本發明提出的反應的溫度既可使硫鐵礦精礦粉末在最快的時間內反應完全又可避免能耗的浪費。
根據本發明的又一個實施例，硫鐵礦精礦粉末的給料速度並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，硫鐵礦精礦粉末的給料速度可以為50-200g/min。發明人發現，如果加料速度高於200g/min，容易造成硫鐵礦反應不充分，硫磺產率低，殘渣後處理困難；而給料速度過低則會將降低生產效率。
根據本發明的又一個實施例，惰性氣體中氮氣的壓力可以為1.05-1.2atm，氧氣分壓可以為20-60pa。發明人發現，若氮氣壓力過高，對加熱爐的整體要求高，不便操作，氮氣分壓過低就起不保護作用，反應產生的硫蒸氣易燃而發生危險。
s300：將硫蒸氣供給至冷凝裝置中進行冷凝處理
該步驟中，將硫蒸氣供給至冷凝裝置中進行冷凝處理，以便得到硫磺。發明人發現，相比於傳統工藝將硫蒸氣用於生產硫酸本發明所得的硫磺具有更加廣闊的市場前景。需要說明的是，本領域技術人員可以根據實際需要對冷凝處理的具體操作進行選擇，例如可以為間接水冷或風冷。
s400：將殘渣供給至破碎裝置中進行破碎處理
該步驟中，將殘渣供給至破碎裝置中進行破碎處理，以便得到殘渣顆粒。由此，可顯著提高殘渣顆粒的比表面積，進而可提高後續混料、成型和焙燒處理過程中殘渣顆粒與還原劑和添加劑的接觸面積，提高焙燒處理的效率。
根據本發明的一個實施例，殘渣顆粒的粒徑並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，殘渣顆粒中粒徑小於200目的佔比不低於80％。由此，可顯著提高殘渣顆粒的比表面積，進而提高後續工序中與還原劑、添加劑的接觸面積，提高所得海綿鐵的品質。
s500：將還原劑、添加劑和殘渣顆粒供給至混料裝置中進行混料處理
該步驟中，將還原劑、添加劑和殘渣顆粒供給至混料裝置中進行混料處理，以便得到混合物料。由此，可提高殘渣顆粒與還原劑、添加劑的接觸面積。
根據本發明的一個實施例，殘渣顆粒與還原劑、添加劑的混合質量比並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，殘渣顆粒與還原劑、添加劑的混合質量比可以為10：(1-2)：(5-8)。發明人發現，若還原劑比例過低會導致鐵的還原不充分，所得產品的鐵品位和收率都不理想，而還原劑過高則會帶入更多的灰分，提高了成本也加重了後續處理負擔，而添加劑比例過低不能取得理想的脫硫效果，過高也會加重後續處理負擔。
根據本發明的再一個實施例，還原劑的粒徑並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，還原煤中粒徑小於200目的佔比不低於80％。由此，有利於提高還原劑與殘渣顆粒、添加劑的焙燒處理效率。
根據本發明的又一個實施例，還原劑的具體類型並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，還原劑可以為焦炭、無煙煤、煙煤、石墨粉、石油焦等，且還原劑中固定碳的含量不低於75wt％。發明人發現，若還原劑的固定碳含量過低，灰分和揮發分會提高，不利於取得理想的還原效果，也加重了後續處理負擔，不利於提高海綿鐵產品的品質和鐵收率。
根據本發明的又一個實施例，添加劑的粒徑並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，添加劑的粒徑可以為小於150目的佔比不低於70-90％。由此，有利於提高添加劑與殘渣顆粒、還原劑的焙燒處理效率。
根據本發明的又一個實施例，添加劑的具體類型並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，添加劑可以為石灰石、生石灰和白雲石。具體的，添加劑主要起脫硫作用，在強還原氣氛和鹼性添加劑(如cao)存在的條件下，反應式如下：
cao+fes+c＝fe+cas+co
s600：將混合物料供給至成型裝置中進行成型處理
該步驟中，將混合物料供給至成型裝置中進行成型處理，以便得到成型球團。由此，可進一步提高殘渣顆粒與還原劑和添加劑的接觸面積。
根據本發明的一個實施例，成型處理的壓力並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，成型處理的壓力可以為60-100mpa。發明人發現，若成型圧力過高，生球碳熱還原過程中產生的氣體不易排出，不利於還原反應充分進行，而壓力過低，還原劑和礦粉接觸不充分，不利於獲得理想的還原效果。
s700：將成型球團供給至焙燒裝置中進行焙燒處理
該步驟中，將成型球團供給至焙燒裝置中進行焙燒處理，以便得到金屬化球團。發明人發現，將硫鐵礦精礦粉末反應所得的殘渣直接熱送進行還原脫硫，避免了先氧化後還原造成的資源和能源浪費，顯著降低了能耗。
根據本發明的一個實施例，焙燒處理的條件並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，焙燒處理的溫度可以為900-1200攝氏度，時間可以為60-120min。發明人發現，該焙燒條件下可以顯著提高鐵的還原效率，從而在提高海綿鐵品質的同時提高鐵的回收率。
s800：將金屬化球團供給至球磨裝置中進行球磨處理
該步驟中，將金屬化球團供給至球磨裝置中進行球磨處理，以便得到金屬化球團顆粒。由此，可顯著提高金屬化球團顆粒的比表面積，進而提高後續磁選處理的效率，提高所得海綿鐵的品質。
根據本發明的一個實施例，金屬化球團顆粒的粒徑並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，金屬化球團顆粒的粒徑中可以小於200目的佔比不低於90％。由此，可進一步提高後續磁選處理的效率，提高所得海綿鐵的品質。
s900：將金屬化球團顆粒供給至磁選裝置中進行磁選處理
該步驟中，將金屬化球團顆粒供給至磁選裝置中進行磁選處理，以便得到海綿鐵和非磁性物。發明人發現，所得的海綿鐵為tfe不低於92％的海綿鐵，可以滿足煉鋼的原料需求，所得的非磁性物可根據其成分靈活處理。同時整個工藝過程幾乎不產生有毒有害的廢氣和廢渣，在提高資源利用水平的同時又保護了生態環境。
根據本發明的一個實施例，磁選處理的磁場強度並不受特別限制，本領域的技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本發明的一個具體實施例，磁選處理的磁場強度可以為600-800oe。由此，可顯著提高金屬化球團顆粒的磁選處理的效率，並提高海綿鐵的回收率。
根據本發明實施例的處理硫鐵礦精礦的方法，將硫鐵礦精礦粉末反應所得的硫蒸氣製備硫磺；然後將硫鐵礦精礦粉末反應所得的殘渣直接熱送進行還原脫硫製備海綿鐵，避免了先氧化後還原造成的資源和能源浪費，顯著降低了能耗，且所得的高品質海綿鐵可以滿足煉鋼的原料需求，所得的非磁性物可根據其成分靈活處理。同時整個工藝過程幾乎不產生有毒有害的廢氣和廢渣，在提高資源利用水平的同時又保護了生態環境。
下面參考具體實施例，對本發明進行描述，需要說明的是，這些實施例僅僅是描述性的，而不以任何方式限制本發明。
實施例1
將有效硫含量不低於35wt％、鉛和鋅的總含量不高於1wt％且碳含量不高於2wt％的硫鐵礦精礦進行磨礦處理，以便得到粒徑小於170目的佔比70％硫鐵礦精礦粉末；然後採用氮氣為載氣和保護氣將硫鐵礦精礦粉末按給料速度50g/min供給至加熱爐中，並在750攝氏度下進行反應，其中氮氣的壓力為1.1atm，氧氣分壓為20pa，且加料完畢後，持續通入氮氣以促進硫蒸氣回收，直到整個體系降至常溫，反應結束後得到硫蒸氣和殘渣；接著將硫蒸氣進行冷凝處理，得到硫含量99wt％以上的硫磺；同時從加熱爐底部的收集罐取出殘渣，將其破碎至粒徑小於200目的佔比80％，並與粒徑小於200目的佔比80％、固定碳含量不低於75wt％的還原煤和粒徑小於150目的佔比不低於70-90％的生石灰按照混合質量比10：1：5進行混合，得到混合物料；混合物料再在壓力為60mpa下進行成型，得到成型球團；成型球團在900攝氏度惰性氣氛下焙燒60min，焙燒完全後在惰性氣氛下冷卻至室溫，得到金屬化球團；將金屬化球團破碎至粒徑小於200目佔比不低於90％的金屬化球團顆粒；在磁場強度600oe的條件下對金屬化球團顆粒進行磁選處理，得到非磁性物和海綿鐵，所得海綿鐵的tfe含量為92wt％、s含量不高於0.04wt％和p含量不高於0.02wt％。
實施例2
將有效硫含量不低於35wt％、鉛和鋅的總含量不高於1wt％且碳含量不高於2wt％的硫鐵礦精礦進行磨礦處理，以便得到粒徑小於170目的佔比90％硫鐵礦精礦粉末；然後採用氮氣為載氣和保護氣將硫鐵礦精礦粉末按給料速度200g/min供給至加熱爐中，並在900攝氏度下進行反應，其中氮氣的壓力為1.2atm，氧氣分壓為50pa，且加料完畢後，持續通入氮氣以促進硫蒸氣回收，直到整個體系降至常溫，反應結束後得到硫蒸氣和殘渣；接著將硫蒸氣進行冷凝處理，得到硫含量99wt％以上的硫磺；同時從加熱爐底部的收集罐取出殘渣，將其破碎至粒徑小於200目的佔比100％，並與粒徑小於200目的佔比90％、固定碳含量不低於75wt％的還原煤和粒徑小於150目的佔比不低於70-90％的生石灰按照混合質量比10：2：7進行混合，得到混合物料；混合物料再在壓力為100mpa下進行成型，得到成型球團；成型球團在1200攝氏度惰性氣氛下焙燒120min，焙燒完全後在惰性氣氛下冷卻至室溫，得到金屬化球團；將金屬化球團破碎至粒徑小於200目佔比100％的金屬化球團顆粒；在磁場強度800oe的條件下對金屬化球團顆粒進行磁選處理，得到非磁性物和海綿鐵，所得海綿鐵的tfe含量為94wt％、s含量不高於0.02wt％和p含量不高於0.02wt％。
實施例3
將有效硫含量不低於35wt％、鉛和鋅的總含量不高於1wt％且碳含量不高於2wt％的硫鐵礦精礦進行磨礦處理，以便得到粒徑小於170目的佔比85％硫鐵礦精礦粉末；然後採用氮氣為載氣和保護氣將硫鐵礦精礦粉末按給料速度150g/min供給至加熱爐中，並在800攝氏度下進行反應，其中氮氣的壓力為1.15atm，氧氣分壓為30pa，且加料完畢後，持續通入氮氣以促進硫蒸氣回收，直到整個體系降至常溫，反應結束後得到硫蒸氣和殘渣；接著將硫蒸氣進行冷凝處理，得到硫含量99wt％以上的硫磺；同時從加熱爐底部的收集罐取出殘渣，將其破碎至粒徑小於200目的佔比90％，並與粒徑小於200目的佔比90％、固定碳含量不低於75wt％的還原煤和粒徑小於150目的佔比不低於70-90％的生石灰按照混合質量比10：1.5：6進行混合，得到混合物料；混合物料再在壓力為80mpa下進行成型，得到成型球團；成型球團在1100攝氏度惰性氣氛下焙燒90min，焙燒完全後在惰性氣氛下冷卻至室溫，得到金屬化球團；將金屬化球團破碎至粒徑小於200目佔比90％的金屬化球團顆粒；在磁場強度700oe的條件下對金屬化球團顆粒進行磁選處理，得到非磁性物和海綿鐵，所得海綿鐵的tfe含量為93wt％、s含量不高於0.03wt％和p含量不高於0.02wt％。
在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特徵進行結合和組合。
儘管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在本發明的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。