掌握硫铁矿焙烧的基本原理
焙烧岗位操作规程
焙烧岗位生产操作规程辽宁省营口久源实业有限公司硫铁矿的沸腾焙烧硫铁矿焙烧的基本理念焙烧的目的和意义本岗位生产的目的是将原料工段处理后得到的成品硫铁矿加入沸腾炉内，与天然空气混合进行沸腾焙烧，制取含一定SO2浓度的炉气，降温后送往净化岗位。
沸腾炉是否稳定运行，是整个制酸系统能否正常操作的关键。
因此人们常说沸腾炉是生产硫酸的“龙头”。
要抓好龙头，就必须学习矿石焙烧的基本原理，掌握沸腾炉的各种规律，以保证沸腾炉能长期稳定运行，使炉气中的SO2浓度高而稳，SO3低，不出硫蒸汽，气量不波动，出炉灰渣残硫低。
可以归纳成为一句话来要求，就是：炉气质量一高（SO2浓度高），二稳定（SO2浓度和炉气量稳定），三低（灰渣残硫低，SO3和硫蒸汽含量低）。
沸腾焙烧过程的原理硫铁矿，其主要化学成分是FeS2，来源主要有三个：1，普通硫铁矿；2，与有色金属共生的硫铁矿；3，与煤共生的硫铁矿。
硫铁矿在焙烧时，其中硫与空气中的氧化合生产SO2，通常称为炉气，铁与空气中的氧化合生成氧化铁，通常称为矿渣。
一．硫铁矿焙烧的主要化学反应：硫铁矿的焙烧过程由若干化学反应构成。
第一步：二硫化铁受热分解为一硫化铁和单质硫：2FeS2(固) = 2FeS (固) + S2 + Q (2—1)第二步：单质硫和一硫化铁的燃烧，硫被氧化成二氧化硫，一硫化铁被氧化成二氧化硫和三氧化二铁(或四氧化三铁)：S2(气)+2O2(气)=2SO2(气)+Q (2---2)4FeS(固)+7O2(气)=4SO2(气)+2Fe2O3(固)+591.41千卡（2—3）3FeS(固)+SO2(气)=3SO2(气)+Fe3O4(固)+416.65千卡（2—4）当炉内过剩空气较多时，FeS的燃烧反应式按式（2—3）进行，所得矿渣主要成份的Fe2O3, 呈红色；当炉内过剩空气较少时，反应式则按（2—4）进行，所得矿渣主要成份是Fe3O4, 呈黑色。
综合以上四个反应式便得到下面两个总的反应式：4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2+790.52千卡（2—5）3FeS2+8O2=Fe3O4+6SO2+566千卡（2—6）所有，硫铁矿焙烧是放热反应，一般靠本身的反应热维持焙烧温度。
矿石焙烧技术及其应用
技术挑战
01
02
03
04
高能耗
传统矿石焙烧技术需要消耗大 量能源，增加了生产成本。
环境污染
焙烧过程中产生的废气、废水 和废渣等污染物对环境造成严 重污染。
资源利用率低
部分矿石资源在焙烧过程中未 得到充分利用，导致资源浪费 。
生产效率低下
传统焙烧技术生产周期长，效 率低下，影响产能。解决方案与技术改进源自焙烧过程控制温度控制
根据不同的焙烧需求，控 制焙烧温度在适宜的范围 内，以保证矿物反应的顺 利进行。
气氛控制
调节焙烧过程中的氧气浓 度、压力等参数，以控制 矿物反应的速度和产物组 成。
物料输送与计量
确保物料在焙烧过程中的 输送和计量准确，以保证 工艺的稳定性和连续性。
03
矿石焙烧技术的应用
在冶金工业中的应用
某化工企业焙烧技术应用案例
总结词：高质高效
详细描述：该化工企业采用先进的焙烧技术，实现了对矿石的高品质处理。通过精确控制焙烧温度和 时间，确保了产品的质量和产量。同时，该技术还提高了焙烧过程的自动化程度，减少了人工干预， 进一步提高了生产效率。
某环保企业焙烧技术应用案例
总结词
资源循环利用
详细描述
铁矿石焙烧
将铁矿石经过高温焙烧，使其中所含 的铁氧化物还原成金属铁，同时除去 脉石和有害杂质，为高炉冶炼提供优 质原料。
铜矿石焙烧
有色金属焙烧
对钨、锡、铅、锌等有色金属矿石进 行焙烧，以提取其中的有价金属。
通过焙烧使铜矿石中的硫化物氧化成 硫酸盐，便于后续的浸出和提取。
在化工工业中的应用
硫化物焙烧
发展
现代焙烧技术不断发展，出现了多种 新型的焙烧技术和设备，如连续式焙 烧炉、回转窑焙烧炉等，提高了焙烧 效率和质量。
叙述硫铁矿焙烧的工艺流程
叙述硫铁矿焙烧的工艺流程Roasting is a crucial process in the extraction of iron from pyrite in the form of sulfur dioxide gas. In this process, pyrite is heated in the presence of oxygen to produce iron oxide and sulfur dioxide. This reaction is exothermic, meaning it releases heat, which is essential for driving the reaction forward. The sulfur dioxide gas is then collected and further processed to extract sulfuric acid, a valuable industrial chemical.焙烧是从硫铁矿中提取铁的关键过程，通过在氧气存在下加热硫铁矿，产生氧化铁和二氧化硫气体。
这个反应是放热的，释放热量对于推动反应向前进行至关重要。
然后收集二氧化硫气体，并进行进一步加工以提取硫酸，这是一种有价值的工业化学品。
The roasting process typically takes place in a roasting furnace, which can be a rotary kiln or a fluidized bed reactor. In the rotary kiln, the material moves along a rotating cylinder while being heated, allowing for thorough mixing and uniform heating. This type of furnace is commonly used for large-scale operations due to its high capacity and efficiency. On the other hand, a fluidized bed reactorsuspends the material on a bed of inert particles, providing increased surface area for heat transfer and better control over the process parameters.焙烧过程通常发生在一个焙烧炉中，可以是旋转窑或流化床反应器。
第5章 硫化物焙烧[24页]
![第5章 硫化物焙烧[24页]](https://img.taocdn.com/s3/m/2576c3e280c758f5f61fb7360b4c2e3f572725fd.png)
硫化物焙烧的反应类型
(1) 氧化还原焙烧 在氧化性气氛中，将硫化物所含的硫全部脱 除，并使其中金属直接还原出来的过程。 例如辰砂(HgS)的氧化还原焙烧： HgS（s）十O2（g）== Hg（g）十SO2（g）
(2)氧化焙烧(又称死烧)
在强氧化性气氛中，将硫化矿物中的硫全部 脱除，并同时将硫化物全部转化为氧化物的 过程。例如方铅矿的氧化焙烧：
5.2 Me-S-O系平衡图在硫化物焙烧过 程中的应用
研究本体系常采用的平衡状态图有二种： 恒温下 恒定SO2分压下
Me-S-O系平衡图的绘制步骤
(1) 确定体系中可能存在的化合物； (2) 确定化合物间可能存在的反应及反应标 准吉布斯自由能与温度关系式；
(3)在假设凝聚相物质活度为1的条件下，计 算出各反应中气相组成间的定量关系式；
四、实际焙烧过程中，（s）+3FeSO4（s）==4FeO（s）+4SO2（g） 五、在工业焙烧条件下，何种物质为最终产物，除 了取决于热力学条件外，动力学因素，例如：焙烧 时间、焙烧方式（固定床或沸腾床）、气流分布、 物料透气性及物料之间接触情况等等也起着很大的 作用。
6、根据700度下铁铜硫氧系平衡状态图， (1) 分析进行铜的硫酸化焙烧同时进行铁 的氧化焙烧的条件。
(2) 写出图中各条直线做对应的反应式
作业
根据700度下铁铜硫氧系平衡状态图（教材图 5-2），写出图中各条直线做对应的反应式
第5章 硫化物焙烧
5.1 概述
焙烧的概念
焙烧是指在一定的气氛中，将矿石（或精矿或冶 炼过程的伴生物）加热至低于它们熔点的温度， 发生氧化、还原或其它物理化学变化的过程。
焙烧的目的
通过矿石（或精矿或冶炼过程的伴生物）与焙烧 气氛的化合反应来改变其化学组成等，使所产物 料能适应满足后续冶金过程（如熔炼或浸出等） 的要求。
氧化焙烧与硫酸化焙烧的基本原理怎样？
立志当早，存高远氧化焙烧与硫酸化焙烧的基本原理怎样？在氧化气氛中加热硫化矿，将矿石中的全部（或部分）硫脱除转变为相应的金属氧化物（或硫酸盐）的过程，称为氧化焙烧（或硫酸化焙烧）的过程。
在焙烧条件下，硫化矿物转变为金属氧化物和金属硫酸盐的反应式可表示为：2MS＋302 ==== 2M0＋2S02（1)2S02＋O2 ←→2SO3(2）MO＋SO3 ←→MSO4 (3）氧化焙烧时，金属硫化物和二氧化硫的反应（1)是不可逆的，而式(2）、（3）是可逆的。
在焙烧过程中当炉气中三氧化硫分压大于金属硫酸盐的分解压时，焙烧产物为金属硫酸盐，过程属硫酸化焙烧。
反之。
当炉气中的三氧化硫分压小于金属硫酸盐的分解压时，焙烧产物为金属氧化物（全脱硫焙烧）。
因此，在一定的温度下硫化矿物氧化倍烧产物取决于气相组成和金属硫化物、氧化物及金属硫酸盐的离解压。
各种金属硫酸盐的分解温度和分解自由能不同，控制焙烧温度和炉气成分，即可控制焙烧产物组成，以达到选择硫酸化接烧的目的。
例如铜的硫化物焙烧过程中铜的硫化物反应为550℃2CuFeS2======= Cu2S＋2FeS＋S400℃2CuS ====== Cu2S＋S 200~300℃2Cu2S＋5O2 ========= 2Cu0＋2CuS04 300℃Cu2S＋202 ======2Cu0＋SO21000℃4Cu0 ======= 2Cu20＋02 1 小于650℃SO2＋——02 ======= SO3 2 小于650℃Cu0＋SO3 =======CuSO4 当有硫化物存在时，反应生成的硫酸铜会在很低的温度下进行相互反应而分解：100℃CuSO4＋3CuS ======= 2Cu2S＋2S02 300~400℃2CuS04＋Cu2S}===========2Cu20＋3SO2 因此，铜硫酸化焙烧的温度应小于65090，氧化焙烧的温度应高于650cC，此时焙烧产物主要为未经氧化的硫化亚铜、氧化铜及少量的硫酸铜。
焙烧条件对硫铁矿焙烧速率的影响实验报告
焙烧条件对硫铁矿焙烧速率的影响实验报告一、引言硫铁矿是一种重要的矿石资源，广泛应用于冶金、化工等领域。
在提取和利用硫铁矿时，焙烧是一个关键的步骤。
焙烧过程可以将硫铁矿中的有害杂质去除，并提高其金属含量和可利用性。
本实验旨在探究不同焙烧条件对硫铁矿焙烧速率的影响。
二、实验方法1. 实验设备和材料：- 硫铁矿样品- 焙烧设备（例如电阻炉）- 空气供给系统- 温度控制仪器2. 实验步骤：1) 准备硫铁矿样品，并进行粉碎和筛分，以获得均匀颗粒大小。
2) 将硫铁矿样品放置在焙烧设备中。
3) 设置不同的焙烧条件，包括温度、气氛和保持时间等参数。
4) 打开空气供给系统，确保充足的氧气供应。
5) 开始焙烧过程，并记录下每个时间间隔的温度变化。
三、实验结果根据实验数据，我们可以得出以下结论：1. 温度对焙烧速率的影响：随着焙烧温度的升高，硫铁矿的焙烧速率也会增加。
高温可以提供更多的能量，促进反应速率的增加。
然而，当温度过高时，可能会导致过度烧结或氧化反应过度进行。
2. 气氛对焙烧速率的影响：不同气氛条件下，焙烧速率也会有所不同。
在富含氧气的环境中，硫铁矿与氧气发生反应更为迅速，从而加快了焙烧速率。
相比之下，在贫氧或惰性气体环境中，焙烧速率较慢。
3. 保持时间对焙烧速率的影响：延长保持时间可以增加硫铁矿与空气接触的时间，从而促进反应进行。
然而，在一定范围内延长保持时间并不能无限制地提高焙烧速率。
当保持时间过长时，可能会导致资源浪费和能源消耗增加。
四、讨论和分析1. 温度对焙烧速率的影响机理：高温下，硫铁矿中的硫化物可以迅速分解为氧化物，并与氧气反应生成SO2等有害气体。
温度升高还可以提供更多的活化能，促进反应速率的增加。
2. 气氛对焙烧速率的影响机理：富含氧气的环境可以提供充足的氧供给，促进硫铁矿与空气中的氧发生反应。
贫氧或惰性气体环境下，反应进行受到限制，从而降低了焙烧速率。
3. 保持时间对焙烧速率的影响机理：延长保持时间可以增加硫铁矿与空气接触的时间，使得反应更充分。
硫铁矿制酸余热回收利用技术(中明)
项目名称：硫铁矿制酸的热回收利用技术项目持有单位：中明（湛江）化机工程有限公司项目概况一、基本原理硫铁矿制酸系统废热利用是以焙烧出口的锅炉为中心，将焙烧、净化、转化和干吸的低中高温废热全部产3.8MPa 450℃蒸汽，较大幅度提高蒸汽产量的方案，使蒸汽产量由原来的 1.0～1.1t/t（酸）提高到1.5 t/t（酸）。
1、废热回收系统组成：①中压锅炉系统：产出4.0 MPa 饱和蒸汽、低温过热器。
②转化一段出口设蒸汽高温过热器（技术成熟）③利用转化150～160℃三氧化硫气体，将进沸腾炉的空气预热到90℃左右，接着利用电除尘出口300℃左右的炉气将入炉空气进一步预热到180～200℃。
（已有实践）④、建立YRHS干吸热回收系统，将给水从40℃预热到180℃，分二段预热，第一段将软水预热到104℃进除氧器，第二段从104℃预热到180℃。
2、实施新方案关键在建立干吸高温吸收系统，即YRHS系统。
（干吸回收热量系统）美国MECS公司硫磺制酸在干吸系统开发了HRS系统，可产0.6～1.0MPa饱和蒸汽0.4～0.5t/t（酸）其主要特点是将进吸收塔酸的温度提高到200℃；出吸收塔酸的温度220℃；将酸浓提高99%以上。
酸经过锅炉后温度降到192℃，然后在稀释器中加水稀释，由于稀释时放出热量，酸温又升到200℃，再去吸收。
祥见以下流程图。
硫铁矿制酸从基本原理虽可以参照以上方法，但做法要作较大改进才能达到回收热量的目的，这是因为硫铁矿制酸与硫磺制酸有较大的差别。
硫磺制酸在应用HRS系统时二氧化硫浓度为11.0～11.5% 。
而硫铁矿制酸只有8.5%左右，由于200℃酸温99%酸浓时酸液面上硫酸和三氧化硫的平衡分压即PH2SO4+PSO3≈7.2+14.1=21.3mmHg是一定的，高浓度的硫磺制酸的吸收率比硫铁矿制酸高得多，回收的热量也多。
这样对硫铁矿制酸而言就要设法降低进塔的酸温和酸浓，才能达到90%以上的吸收率，把热量交给循环酸，以回收热量。
硫铁矿制酸工艺
第一章概述第一节装置概况江西铜业集团化工有限公司老系统硫酸装置设计生产能力为10万吨／年，以德兴铜矿副产硫精矿为原料，采用氧化焙烧，干法除尘，稀酸酸洗净化和两转两吸接触法制酸工艺。
本装置还具有高回收率和低“三废”排放等优点。
总硫回收率期望值可达97％（保证值为96.0％以上），工艺流程采用了二转二吸制酸工艺，“3+1”四段转化，提高硫的利用率，使尾气中SO2及硫酸雾的排放指标低于《大气污染物综合排放标准》，净化工段20％稀酸外运到大山厂和泗州厂做为选矿药剂使用，不外排；硫酸钡烧渣是优质铁精矿，直接销售给钢铁厂，达到综合利用的目的。
鼓风机噪音采用消声、隔声及不设固定岗位等有效措施。
本装置技术新、可靠性高，采用以下具有成功业绩的最新技术：DCS 控制系统；阳极保护管壳式酸冷器；二吸塔用高效除雾器控制尾气排放带出酸沫等。
现在建设的江西铜业（德兴）60万吨/年硫铁矿循环经济项目一期工程规模为30万吨/年，项目建成后，年产98%工业硫酸25万吨，105%发烟硫酸15万吨，优质铁精粉18.2万吨，余热发电量7800万度。
计划于2012年6月竣工投产。
第二节硫酸及硫氧化物的性质1 硫酸的物理性质硫酸的分子量为98.078，分子式为H2SO4。
从化学意义上讲，是三氧化硫与水的等摩尔化合物，即SO3·H2O。
在工艺技术上，硫酸是指SO3与H2O以任何比例结合的物质，当SO3与H2O的摩尔比≤1时，称为硫酸，它们的摩尔比﹥1时，称为发烟硫酸。
硫酸的浓度有各种不同的表示方法，在工业上通常用质量百分比浓度表示。
硫酸的主要物理性质为：20℃时密度g/cm3 1.8305熔点℃10.37+0.05沸点℃100% 275+598.479%(最高) 326+5气化潜热(326.1℃时),KJ/mol 50.124熔解热(100%), KJ/mol 10.726比热容(25℃), J/(g k)98.5% 1.41299.22% 1.405100.39% 1.3941.1 外观特性浓硫酸是无色透明液体，能与水或乙醇混合，暴露在空气中迅速吸收空气中的水份。
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炉渣：Fe3O4、Fe2O3、不可燃物质和未完
全燃烧FeS等
2018/10/7 化工工艺-硫酸 9
1、炉气组成
设m=参加反应O2分子数/反应生成SO2分子数 n=空气或其它含氧气体中氧含量%
炉气中C(O2)、C(SO2)、C(SO3) 体积分数
计算以干矿石为基准 假设：无SO3生成、且生成100体积干炉气 所需空气量：100- C(SO2) + m C(SO2) 所加入空气中O2量： [100- C(SO2) + m C(SO2)] n/100 炉气中剩余O2量： [100- C(SO2) + m C(SO2)] n/100 - m C(SO2) = n + [n (m +1 ) /100 - m ] C(SO2)
100 C(SO 2 ) mC(SO2 ) V空 气 V炉 气 100 700 [ 7m 1]Nm 3 / 1000Kg矿石 2018/10/7 化工工艺-硫酸 C(SO 2 )
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焙烧过程的热量衡算
矿石+空气 t1 ΔH1
ΔH
烧渣+炉气 t2 ΔH2
矿石+空气 t0
化工工艺学（Ⅰ） ——硫铁矿制硫酸
2014.4
第一节 概述
硫酸的性质
硫酸的物理性质： 无色，透明，油状。10.5 ℃凝固为晶体。密度 1831Kg/m3。 工业硫酸：SO3与水以任意比例混合的溶液。 结晶温度：6种结晶化合物-39.6~35.85 ℃ 沸点：279.6 ℃ （98.4%最高恒沸点330 ℃） 蒸汽压：浓硫酸平衡水蒸气压低，远低于同温 度下饱和水蒸气压，浓度90%广泛用作干燥剂。
FeS +O2 → SO2 + Fe2O3 / Fe3O4
1、总焙烧反应 4FeS2 + 11O2 = 8SO2 + 2 Fe2O3 3FeS2 + 8O2 = 6SO2 + Fe3O4
2018/10/7 化工工艺-硫酸 6
2、 焙烧反应动力学
非均相反应，两相 接触面上进行
动力学控制
扩散控制
18
四 炉气的净化和干燥 1 炉气净化
–固体颗粒在气流中剧烈运动，使固体表面边
界层不断被破坏、更新，从而使化学反应速度、 传热、传质效率提高
2018/10/7 化工工艺-硫酸 16
沸腾焙烧炉：直筒型、扩散型、锥床型、 空气
鼓风机
风室
风帽
炉膛 加料室
工艺条件
矿料
2018/10/7
化工工艺-硫酸
17
2018/10/7
化工工艺-硫酸
2018/10/7
化工工艺-硫酸
12
3、硫铁矿中硫的烧出率
p xq 工业上 98% 100% p 4、炉气体积及燃烧所需空气量
焙烧每100Kg干硫铁矿所得炉气体积和所需空气量
1000 22.4 100 700 V炉 气 Nm3 / 1000Kg矿石 100 32 C(SO 2 ) C(SO 2 )
→ m = 11/8
2018/10/7
C(O2) = 21-1.296 C(SO2)
化工工艺-硫酸
C(O2)max = 16.2%
10
2、炉渣量计算
计算以100Kg硫铁矿中含FeS2为基准
p=干矿中硫含量% q=矿渣中硫含量% FeS2% = p*120/64=1.875 pKg 以100Kg矿渣中含FeS%=q*88/32=2.75 qKg x表示矿渣产率，则由100Kg硫铁矿所得矿渣中含：
反应速率 温度 硫铁矿焙烧为 O2的扩散控制
化工工艺-硫酸 7
2018/10/7
提高反应温度； 减小矿石粒度； 增强气固两相间相互运动； 提高入炉空气中的氧含量； 均有利于提高焙烧反应速度
2018/10/7 化工工艺-硫酸 8
3 硫铁矿焙烧过程的物料及热量衡算 炉气 硫铁矿 焙烧
炉渣
炉气：SO2、O2、N2、H2O
FeS= 2.75 q x Kg Fe2O3质量=（1.25 p- 2.5 q x ） Kg 脉石等 =100- 1.875 p Kg 矿渣总量：100 x =（100-0.625 p +0.25 q x） Kg
矿渣产率x=（100-0.625 p ）/（ 100-0. 25 q ）Kg矿渣/ Kg矿石：
晶型：黄硫铁矿、白硫铁矿、磁硫铁矿
来源：普通硫铁矿、浮选硫铁矿、含煤硫铁矿
硫磺：使用最早、最好的原料
硫酸盐：石膏 冶炼气：含SO2的尾气
2018/10/7 化工工艺-硫酸 5
第二节 SO2炉气的制造及净化
一 硫铁矿的焙烧 2FeS2 =2FeS +S2 分解、吸热 S2 +2O2 =2SO2 氧化、放热
ΔHR
烧渣+炉气 t0
2018/10/7
化工工艺-硫酸
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二 原料预处理
硫铁矿 的破碎
分级筛 选粒度 块矿<5%
配矿
Байду номын сангаас
脱水
尾矿15~18%
2018/10/7 化工工艺-硫酸 15
三 沸腾焙烧 流态化技术
取决于硫铁矿颗粒大小、矿料物理性质、气 流速度
优点：
–操作连续，便于自动化 –固体颗粒较小，气固相间传热和传质面积大
亚硝基法--硝化法：以氮的氧化物为媒介， 使SO2在有O2、H2O情况下生成H2 SO4
接触法： SO2 O2 SO3
从含S原料中制SO2 SO2催化氧化成SO3
2018/10/7
SO2炉气的精制 SO3与水成酸
化工工艺-硫酸 4
第一节 概述
硫酸的生产原料
硫铁矿：主要成分FeS2，富矿含S30~48%
2.75 q x Kg FeS →3.75 q x Kg FeS2
其余部分以FeS%计为（1.875 p- 3.75 q x ） Kg ，并以Fe2O3 形式转化入矿渣中的Fe2O3质量为（1.25 p- 2.5 q x ） Kg
2018/10/7 化工工艺-硫酸 11
2、炉渣量计算
所以100Kg干硫铁矿可得矿渣
化工工艺-硫酸 2
2018/10/7
第一节 概述
硫酸的化学性质：
与金属及金属氧化物反应→金属硫酸盐 与氨及其水溶液反应→硫酸铵 与其它酸类盐反应→较弱或易挥发酸 与水强烈反应→碳化 有机合成工业中—磺化剂
2018/10/7
化工工艺-硫酸
3
第一节 概述
硫酸的用途---工业之母 硫酸的生产方法