同步还原焙烧法降低循环流化床固硫粉煤灰三氧化硫并回收铁精矿实验

同步还原焙烧法降低循环流化床固硫粉煤灰三氧化硫并回

收铁精矿实验

刘汇东1，代世峰2，孙继华1，夹少辉1，张松峰1

【摘 要】摘要：以重庆安稳电厂高烧失量、高SO3和铁质量分数的循环流化床固硫粉煤灰为例，运用同步还原焙烧—湿法弱磁选铁精矿方法对粉煤灰进行协同降硫和选铁实验：以粉煤灰中未燃尽碳作还原剂而无须额外添加，在一次还原焙烧工序中同步实现了粉煤灰中SO3载体矿物无水石膏(CaSO4)的分解以及赤铁矿(Fe2O3)的磁化；采用水淬法冷却，湿法弱磁选铁精矿，在水淬和湿法磁选阶段CaSO4分解产物CaS水化生成粉煤灰的有益组分Ca(OH)2；另一水化产物H2S气体亦予以回收利用。研究结果表明：循环流化床固硫粉煤灰经900℃下还原焙烧15 min，再经水淬快速冷却、湿法弱磁选铁精矿，可获得总铁回收率49.8%、品位52.9%的铁精矿；处理后的粉煤灰烧失量和SO3质量分数分别降至5.3%和1.32%，达到GB/T 1596—2005“用于水泥和混凝土中的粉煤灰”中的相应指标。

【期刊名称】中南大学学报（自然科学版） 【年(卷),期】2015(046)007 【总页数】8

【关键词】安稳电厂；循环流化床；固硫粉煤灰；同步还原；磁化焙烧；三氧化硫

循环流化床(circulating fluidized bed, CFB)锅炉技术是近年来迅速发展起来的一项高效清洁燃烧技术。与煤粉炉相比，CFB锅炉对燃料的适应性好，可以燃用煤矸石及煤泥等高灰、高硫劣质燃料[1]；最佳燃烧温度为830~930 ℃[2]，

属低温燃烧，NOx排放量更 小[1?2]。随着我国优质煤炭资源的日渐稀缺和环保要求的逐步提高，未来几年我国循环流化床锅炉技术仍将得到进一步快速发展[3]。随之产生的问题是CFB粉煤灰产量也将快速增长。CFB炉普遍采用石灰石(粉)燃中固硫，产出的粉煤灰称为固硫粉煤灰，其中SO3含量普遍偏高[4]。较低的燃烧温度也导致了有机质燃烧不彻底，粉煤灰烧失量(loss of ignition，LOI，用于近似表征未燃尽碳含量)过高。以上2个问题严重限制了CFB固硫粉煤灰在水泥和混凝土领域的应用。很多学者研究了循环流化床粉煤灰的回燃[5]、浮选[6?7]及摩擦电选[8?10]等技术工艺来降低粉煤灰LOI以及回收精碳，通过高温再煅烧法[11]使SO3载体CaSO4在1 200 ℃以上高温下分解并重新结晶生成C3S，C2S，C3A和C4AF等水硬活性成分同时降低SO3含量。以上方法存在的问题是综合能耗高，经济附加值偏低，不利于调动企业生产的积极性，从而难以实现规模化应用。此外，魏绍荣等[12]开展了粉煤灰专用高效除硫剂的研究，对三氧化硫的去除效果较好，但除硫剂成分未予以公开。煤中硫的主要载体是黄铁矿(FeS2)。CFB炉普遍燃用的高灰、高硫煤或矸石中高含量的黄铁矿可造成CFB粉煤灰中铁的富集。对全国205家电厂粉煤灰常量元素的统计[13]显示，粉煤灰中铁质量分数在5%以上的有66家，其质量分数最高者达到11.87%。根据经验，粉煤灰中铁质量分数达到5%以上即具有回收利用价值[14]。本文作者针对CFB固硫粉煤灰高碳、高硫、高铁的一般特征，拟通过同步还原焙烧?湿法弱磁选铁精矿实验，在一套工序中同步实现CFB固硫粉煤灰LOI和SO3质量分数的下降以及铁精矿产品的回收。以回收铁精矿较高的经济附加值作为补偿，带动粉煤灰的有效消纳，从而实现经济效益与环境效益的协同发展。

1 样品采集及研究方法

安稳电厂采用石灰石粉燃中固硫，配备2套双室四电场静电除尘器，采用气力输灰。以松藻煤矿高灰、中高硫—高硫无烟煤和煤矸石为燃料，年产CFB固硫粉煤灰约30 万t。由于LOI和SO3含量大幅超标而长期无法得到有效利用，现基本全部堆存于灰场，为企业运营和周边环境带来双重压力。

本研究样品采自重庆松藻电力公司安稳电厂2台480 t/h循环流化床锅炉(分别编号1号和2号)。每天上午、下午各采样1次，每次约500 g，1号和2号锅炉分别共连续采得粉煤灰样品8个和13个。

采用美国Thermo Fisher公司的ADVANT’ XP+型X线荧光光谱仪测定了粉煤灰样品中的Si，Al，Fe，Ca和Ti等常量元素含量。为保证测试精度，所有待测样品均预先依照ASTM 标准进行了高温灰化，以消除粉煤灰中有机质的干扰作用，再以加拿大Claisse公司的TheBee?10 型电熔样机对高温灰样品进行熔片法制样，最终选用美国国家标准与技术研究院(NIST)的2089，2090和2091号标准样品进行测试数据的校准。粉煤灰LOI依照ASTM D3174—11标准测定，最高灰化温度为750 ℃，可避免粉煤灰中无水石膏分解对LOI测定精度造成干扰。SO3含量依照 GB/T 176—2008中所述方法测定。

采用日本Rigaku公司的D/Max 2500CP型X线衍射仪(XRD，Cu靶，Kα射线，步长0.02°，功率40 kV，150 mA)对粉煤灰样品的矿物组成进行分析。粉煤灰样品粉末直接压片后上机测试，扫描速度为2 (°)/min，扫描范围为2.6°~70.0°。采用澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)根据Rietveld原理设计开发的SiroquantTM全套技术，对粉煤灰样品进行矿物(包含非晶质体)组成进行定量分析。