循環煙氣焙燒高錸鉬精礦的工藝探究范文

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摘要:錸元素主要存在于輝鉬礦和銅錸硫化礦中［1］，一般都是濕法回收，本文介紹的是干法回收。鉬精礦通過600℃加熱脫水脫油，采用第一臺轉鼓控制250℃回收鉬錸和元素硫混合物，第二臺轉鼓控制40℃以下冷凝水蒸氣并回收浮選油再生回用。將鉬錸硫混合物與脫水脫油后的干燥礦物合并進入循環煙氣焙燒爐，在700℃焙燒獲得高濃度SO2煙氣可以制硫酸，也使鉬精礦中的鉬錸都能得到徹底升華，采用轉鼓冷凝分離回收［2］。

關鍵詞:高溫脫水脫油;轉鼓冷凝鉬錸;循環煙氣焙燒;自產煙氣制硫酸

0引言

據2017年12月09日頭條報道，大量錸資源被中國發現，美國情緒不穩。全球錸礦九成都由美國掌控，美國不僅國內錸礦儲量大，還在許多產錸國獲得了完全開采權。錸礦出口的巨大利潤令尼日利亞等國紛紛愿意將"稀土黃金"大量出口給美國，獲得大量的外匯收入。航空發動機研制不可僅迷信技術，還需要大量相關基礎材料的研制為航空發動機提供配套完備的研制條件。飛行發動機里最稀有的材質就是錸，這種材料在單位質量上同相同質量的黃金等同。由于早期對錸礦的認識嚴重不足，中國貴州等地未將含錸礦的稀土元素進行分離，就打包出口了美歐國家，使我國蒙受了稀土元素的大量損失，而作為航空生命的錸礦更是受到了滅絕性的破壞。作為不可再生化資源的一種，許多國家都非常看重錸資源，因為它是制造飛機葉片的主要材料，能夠顯著提高飛機葉片的使用壽命和工作韌性，而這都是評價飛機優劣的指標。國產長城352型航空發動機作為中國自制發動機的佼佼者共使用了5.2kg的錸資源。因此國家加大錸礦尋找和開采范圍，最終在西北地區一峽谷探明230余噸的錸礦，且均為純正的富礦。這對于國家航空業發展有無比重大的意義，我國能借此機會大力發展國產民用軍用發動機，推動航空領域繁榮。因此該消息在華爾街大量傳開后，航空設備、基礎設施類企業股票應聲下跌。

1鉬精礦高溫焙燒脫水脫油

浮選鉬精礦在600℃高溫焙燒，目的是為了徹底脫油，同時也就徹底脫水。Re2O7的沸點363℃，MoO3在600℃開始蒸發，650℃以上顯著升華。硫鐵礦(FeS2)在350～500℃分解出一個元素硫，沸點444.6℃，所以轉鼓溫度必須控制在250℃，將鉬、錸、硫混合冷凝收集下來。將這種混合物送入循環煙氣焙燒爐。浮選油的沸點是180～220℃，水的露點75℃，要冷凝油和水必須控制轉鼓表面溫度在40℃以下，也就是說在轉鼓內通入常溫冷水或冷空氣，將水和油同時冷凝下來，并且同時流入同一個接液桶，油從上面的溢流管流出，水從下面的虹吸管控制液面線的高度虹吸出，這樣油和水就分別得以回收，浮選油可以返回使用。上述作業都是在密閉的回轉窯內進行。

2循環煙氣焙燒鉬精礦的理論根據

根據文獻［2］中的參考文獻［7］計算出來的鉬精礦“在500～700℃焙燒的平衡常數值表明，鉬精礦的焙燒反應實際上是不可逆的，因為氣相中氧的濃度不管有多低，氧化作用還是可進行到底的。它的反應式如下:MoS2+3.5O2→MoO3+2SO2+266.2kJ”。這個反應式是指輝鉬礦直接氧化成MoO3，如果有足夠的輝鉬礦而空氣中的氧氣已經基本沒有了，那么也會將空氣中21%的含氧量全部消耗生成SO2，所以煙氣中的SO2濃度就會足夠高。反過來如果空氣中有足夠的氧氣，鉬精礦中的硫無論如何低，也會被氧奪去生成SO2。“錸和鉬的結合可能是由于MoS2和ReS2類質同像(離子半徑:Mo4+=0.68nm，Re4+=0.56nm)之故［3］”。筆者照此推論，錸和鉬與空氣的反應情況是相同的。由于錸的沸點只有363℃，而錸經過600℃脫水脫油階段和700℃的循環煙氣焙燒，就會徹底被空氣氧化生成易揮發的Re2O7，錸就會獲得最高回收率。

3對已探明的純正富錸礦的處理意見

由于筆者對鉬冶煉的知識了解不夠，尤其是對地采選的知識更是缺乏，“在西北地區一峽谷探明230余噸的錸礦，且均為純正的富礦”，對“純正的富礦”這5個字，筆者還是理解為含錸比往常高得多的鉬精礦，而且也是屬于“MoS2和ReS2類質同像”結構，只是沒有(或少有)其他雜質元素。筆者對于鉬精礦的冶煉方法基本有所了解，而且知道采用什么設備焙燒以及工信部的文件規定。這個規定是正確的，但是并不約束創新工藝和創新設備。筆者發表的論文［2］就是屬于創新工藝和創新設備。此次國內對錸資源的重大發現，是強國強軍重大突破的堅強支柱。筆者在看到此信息時非常興奮，所以立即提起筆來撰寫論文準備向《中國鉬業》投稿，力爭將筆者提出的工藝和設備擠入回收錸的工程競爭中。綜合所有現行的鉬精礦焙燒工藝來看，還沒有哪一種焙燒方式是自產煙氣可以制硫酸的。當然配氣制酸已經實現，并不存在什么困難。不過配氣在當地需要有合格的硫鐵礦，建一坐龐大的的硫酸廠。一般鉬精礦焙燒產生的煙氣中SO2濃度低，即使是當前最先進的多膛爐，焙燒煙氣含SO2約2%。這么低濃度的煙氣需要將新建硫酸廠擴大許多倍才能容納許多的空氣量，這種配氣畢竟是有一定的難度。筆者只是想將所有焙燒鉬精礦的工藝、設備所存在的問題都能得到解決。例如焙燒結爐，產品揮發不徹底，揮發物回收效果差，產品質量不穩定，不達標等。筆者提出的方案，還不能說什么問題都能解決，這還只是根據理論分析的一種設想，希望有采納的機會，進行試驗考查。采用循環煙氣焙燒的方法，可以提高鉬錸的收率，也提高產品質量，還可以獲得高濃度的SO2煙氣直接送去制硫酸，這是可以解釋清楚的。例如這一爐輝鉬礦需要5次循環煙氣焙燒才能完成，那么前4次獲得的SO2煙氣都是高濃度的，只有最后一次才是低濃度的SO2煙氣，這5次煙氣混合起來肯定可以用于制硫酸。如果是2～3臺以上的焙燒爐，錯開作業，通過混合罐調節，就可以連續用于制硫酸。所以采用循環煙氣焙燒鉬精礦，是提高產品質量、提高鉬錸回收率約100%、還可以用自己的焙燒煙氣制硫酸的很好方案。

4對文獻［2］提出一些修改意見

文獻［2］的爐子結構與操作方法不改動，但是安裝在焙燒爐內的電熱管應該改作換熱管。筆者曾經在廣西冶金研究院鋼鐵室的軋鋼車間使用過一臺電熱絲爐，5mm直徑的電熱絲就敞口擱置在爐子內壁的耐火磚上，電熱絲用了很多年都不需要更換。因此筆者想到必須將文獻［2］焙燒爐中的電熱管改作換熱管，管內再也不需要安裝電熱絲。自制或購買一臺電熱爐，用高溫風機通過保溫輸送管向焙燒爐內的換熱管內通熱風，以傳熱方式加熱爐內的鉬精礦，從換熱管出來的余熱風返回熱風爐回收余熱。調節溫度分別提供焙燒爐與脫油脫水爐。

5關于轉鼓收塵的問題

筆者在文獻［2］中說到在一次評審會上有一位專家指出，鉬精礦焙燒爐的煙道，曾經被揮發的MoO3凝結在煙道壁，將煙道堵死的現象，于是筆者就想到了安裝一臺冷凝轉鼓就解決問題了。有了冷凝轉鼓，可以取代一系列的收塵裝置。因為焙燒爐的排氣口安裝了高密度的不銹鋼濾網(市面有200～500目)，通過振打裝置可讓純凈的升華物通過，而礦塵則全部阻留在爐內。進入煙道的升華物冷凝在轉鼓表面被刮刀刮下，轉鼓表面沒有粘附物積存，煙道也沒有礦塵沉淀。旋風收塵、電收塵、布袋收塵、水霧收塵等收塵措施都不需要了。焙燒爐渣可以適當噴水凝結，便于外運到堆場。所以此工藝可以縮小廠房的建設面積和空間，大大減少投資。“轉鼓冷凝”并不是筆者的發明，在國外以及一些高檔產品的形成和收集早有使用，不過筆者將它延伸了，對精細的和粗糙的產品都想到用轉鼓驟冷生成，或者將已生成的升華物冷凝收集，在轉鼓結構設計上也不斷做了改進。

6結語

筆者只是在做鉬鎳礦的試驗之后，才觸摸到鉬精礦的冶煉問題。《中國鉬業》編輯部在接納了筆者第一篇“風冷凝轉鼓收塵裝置的設計及應用”論文以后，筆者就在鉬冶煉方面發表了一些帶遐想性的論文，直至在2016年第6期《中國鉬業》發表了“一種新型鉬精礦焙燒爐工藝設計初探”的論文后，很長時間沒有論文可寫了。最近看到“我國在西北地區一峽谷探明230余噸的錸礦，且均為純正的富礦”的信息，又促使筆者提起筆來，希望“循環煙氣焙燒鉬精礦的冶煉工藝”能得到推廣應用。因為它能夠在鉬精礦的冶煉方面解決許多現實存在的問題，所以就對“循環煙氣焙燒鉬精礦”的重要意義展開了全面的分析和宣傳，如有不妥之處，歡迎讀者批評指導!

參考文獻

［1］范小祥，劉玲．從鉬礦中提取錸的工藝改進及研究進展［J］．中國鉬業，2015，39(6):29－31．

［2］伍耀明．一種新型鉬精礦焙燒爐工藝設計初探［J］．中國鉬業，2016，40(6):17－27．

［3］冶金工業部工業教育司．稀有金屬冶金學(上冊)［M］．北京:中國工業出版社，1962:90．

作者:伍耀明 單位:廣西冶金研究院