[發明專利]利用煤炭綜合處理硫鐵礦和脫硫石膏的方法和系統

無效

• 申請號: 201010147666.1
• 申請日: 2010-04-15
• 公開（公告）號: CN101870493A
• 公開（公告）日: 2010-10-27
• 發明（設計）人: 王寬;王習欽;朱婷;曹乾;王曉楠;杭程;盧平
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: C01F11/04
• 分類號: C01F11/04;C01B31/20;C01B17/50;C21B13/10
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 樊文紅

技術領域

本發明涉及一種利用煤炭綜合處理硫鐵礦和脫硫石膏的方法和系統，屬于固體廢物處理技術領域。

技術背景

以燃煤為主化石能源的大量利用帶來了嚴重的環境污染，如燃煤炭電站排放SO₂、NO_x、CO₂和重金屬等，引起了酸雨、全球氣候變化等一系列環境問題。目前，采用以價廉易得的鈣基吸收劑(CaO、Ca(OH)₂、CaCO₃)為主的干法/濕法煙氣脫硫技術(Flue?Gas?Desulphurization)成為世界上大規模應用的主流脫硫技術。脫硫灰渣的主要成分有CaSO₃、、CaO(OH)₂、CaCO₃、飛灰等，由于其成分復雜、波動太大，且含有磷、氟、重金屬等雜質，大都采用“拋棄法”處理，由此也帶來了嚴重的固體廢物二次污染問題。從理論上講脫除1噸SO₂可以產生2.7噸脫硫石膏(CaSO₄·2H₂O)。隨著我國環保力度的加大，預計在未來的2年內我國堆存的脫硫石膏產量將超過1億噸。如果不對脫硫石膏進行合理的利用，不僅占用大量的土地資源，導致土壤和水源的嚴重污染，而且浪費了大量的硫、鈣資源。

目前，脫硫石膏主要應用于建材、建筑和農業等領域，如水泥緩凝劑、建筑石膏粉、石膏板、石膏砌塊以及土壤改良劑等。發達國家(如日本、德國)比較好地解決了脫硫石膏運輸、干燥、改性、應用等技術性難題，其脫硫石膏品質穩定，平均利用率達到97.5％以上，主要用于生產半水石膏粉和水泥緩凝劑。在我國脫硫石膏產生的歷史較短，綜合利用剛剛起步，工藝、技術遠未過關。專利CN1958498A公開了一種采用煙氣脫硫石膏生產硫酸和水泥的方法，它是將脫硫石膏干燥后、與含有Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂和碳的物質混合，在900-1450℃煅燒，得到SO₂和水泥熟料，所得SO₂用于制備工業硫酸。專利CN101314462A公開了一種利用高硫煤炭作為還原劑使脫硫石膏還原分級回收硫資源聯產水泥熟料的方法，是將高硫煤炭與干燥后的脫硫石膏以1∶(7-20)的質量比加入800-1400℃還原爐內進行分解，產出的氣體用于制取硫酸，固體渣料作為水泥原料進行水泥生產。專利CN101337684A公開了一種脫硫石膏回收硫聯產碳酸鈣的方法，是以CO為還原劑制取硫化鈣，進一步生成SO₂作為生產硫酸的原料氣，脫硫后的產物CaCO₃返回作為脫硫劑循環使用。盡管如此，目前開發的脫硫石膏綜合處理技術仍然存在脫硫石膏處理工藝系統復雜、反應裝置溫度高、處理固體廢物品質單一、處理時間長等缺陷。

發明內容

本發明的目的在于克服現有脫硫石膏綜合利用存在的工藝系統復雜、處理溫度高、處理品質單一、反應時間長等問題，提供一種基于熱化學技術、利用煤炭綜合處理硫鐵礦和脫硫石膏的方法和系統。

本發明是利用含碳物質(煤炭)中碳及其生成的CO作為還原劑，在還原性氣氛下將硫鐵礦(FeS₂)還原成直接還原鐵Fe和單質硫S，將CaSO₄分解成CaO和SO₂氣體；生成的CaO可以返回脫硫系統循環使用或作為鋼鐵企業的輔料，SO₂用于制取硫酸或單質硫，Fe和單質硫S可以直接作為產品銷售，反應過程產生的CO₂作為流化床反應裝置的流化介質循環使用，CO₂濃縮后作為工業產品銷售。

本發明的方法技術方案如下：

利用煤炭綜合處理硫鐵礦和脫硫石膏的方法，包括下列步驟：

1)將電站制粉系統拋棄物和采礦工程的尾礦收集與分選，獲得硫鐵礦FeS₂固體廢棄物；

2)將FeS₂、CaO和煤炭送入溫度為650～950℃的流化床硫鐵礦分解裝置內進行分解反應，得到直接還原Fe、CaS、硫磺蒸汽和CO；含有硫磺蒸汽和CO的氣體通過冷凝裝置回收單質硫，CO燃燒生成的CO₂存儲在儲罐中，直接還原Fe和CaS則通過高溫非機械閥進入流化床脫硫石膏分解裝置；