掌握硫铁矿焙烧的基本原理

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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
炉渣
炉气：SO2、O2、N2、H2O
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
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)
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
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。
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%
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 )
13

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
→ 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：
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：
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
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
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
ΔHR
烧渣+炉气 t0
2018/10/7
化工工艺-硫酸
14

二 原料预处理
硫铁矿 的破碎
分级筛 选粒度 块矿<5%
配矿
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
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 )