采用循環(huán)煙氣焙燒高錸鉬精礦的工藝研究

伍耀明

(廣西冶金研究院，廣西 南寧 530023)

0 引 言

據(jù)2017年12月09日頭條(https://www.toutiao.com/i6511858251829608974)報道，大量錸資源被中國發(fā)現(xiàn)，美國情緒不穩(wěn)。全球錸礦九成都由美國掌控，美國不僅國內(nèi)錸礦儲量大，還在許多產(chǎn)錸國獲得了完全開采權(quán)。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(fā)動機(jī)研制不可僅迷信技術(shù)，還需要大量相關(guān)基礎(chǔ)材料的研制為航空發(fā)動機(jī)提供配套完備的研制條件。飛行發(fā)動機(jī)里最稀有的材質(zhì)就是錸，這種材料在單位質(zhì)量上同相同質(zhì)量的黃金等同。由于早期對錸礦的認(rèn)識嚴(yán)重不足，中國貴州等地未將含錸礦的稀土元素進(jìn)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?？粗劐n資源，因為它是制造飛機(jī)葉片的主要材料，能夠顯著提高飛機(jī)葉片的使用壽命和工作韌性，而這都是評價飛機(jī)優(yōu)劣的指標(biāo)。

國產(chǎn)長城352型航空發(fā)動機(jī)作為中國自制發(fā)動機(jī)的佼佼者共使用了5.2 kg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(qū)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(yè)發(fā)展有無比重大的意義，我國能借此機(jī)會大力發(fā)展國產(chǎn)民用軍用發(fā)動機(jī)，推動航空領(lǐng)域繁榮。因此該消息在華爾街大量傳開后，航空設(shè)備、基礎(chǔ)設(shè)施類企業(yè)股票應(yīng)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(diǎn)363 ℃，MoO3在600 ℃開始蒸發(fā)，650 ℃以上顯著升華。硫鐵礦(FeS2)在350～500 ℃分解出一個元素硫，沸點(diǎn)444.6 ℃，所以轉(zhuǎn)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(huán)煙氣焙燒爐。

浮選油的沸點(diǎn)是180～220 ℃，水的露點(diǎn)75 ℃，要冷凝油和水必須控制轉(zhuǎn)鼓表面溫度在40 ℃以下，也就是說在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)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(yè)都是在密閉的回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進(jìn)行。

2 循環(huán)煙氣焙燒鉬精礦的理論根據(jù)

根據(jù)文獻(xiàn)[2]中的參考文獻(xiàn)[7]計算出來的鉬精礦“在500～700 ℃焙燒的平衡常數(shù)值表明，鉬精礦的焙燒反應(yīng)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(jìn)行到底的。它的反應(yīng)式如下：MoS2+3.5O2→MoO3+2SO2+266.2 kJ”。這個反應(yīng)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(jīng)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?！板n和鉬的結(jié)合可能是由于MoS2和ReS2類質(zhì)同像(離子半徑：Mo4+=0.68 nm，Re4+=0.56 nm)之故[3]”。筆者照此推論，錸和鉬與空氣的反應(yīng)情況是相同的。由于錸的沸點(diǎn)只有363 ℃，而錸經(jīng)過600 ℃脫水脫油階段和700 ℃的循環(huán)煙氣焙燒，就會徹底被空氣氧化生成易揮發(fā)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(qū)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(zhì)同像”結(jié)構(gòu)，只是沒有(或少有)其他雜質(zhì)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(shè)備焙燒以及工信部的文件規(guī)定。這個規(guī)定是正確的，但是并不約束創(chuàng)新工藝和創(chuàng)新設(shè)備。筆者發(fā)表的論文[2]就是屬于創(chuàng)新工藝和創(chuàng)新設(shè)備。此次國內(nèi)對錸資源的重大發(fā)現(xiàn)，是強(qiáng)國強(qiáng)軍重大突破的堅強(qiáng)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(zhǔn)備向《中國鉬業(yè)》投稿，力爭將筆者提出的工藝和設(shè)備擠入回收錸的工程競爭中。

綜合所有現(xiàn)行的鉬精礦焙燒工藝來看，還沒有哪一種焙燒方式是自產(chǎn)煙氣可以制硫酸的。當(dāng)然配氣制酸已經(jīng)實現(xiàn)，并不存在什么困難。不過配氣在當(dāng)?shù)匦枰泻细竦牧蜩F礦，建一坐龐大的的硫酸廠。一般鉬精礦焙燒產(chǎn)生的煙氣中SO2濃度低，即使是當(dāng)前最先進(jìn)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(kuò)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(shè)備所存在的問題都能得到解決。例如焙燒結(jié)爐，產(chǎn)品揮發(fā)不徹底，揮發(fā)物回收效果差，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，不達(dá)標(biāo)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(jù)理論分析的一種設(shè)想，希望有采納的機(jī)會，進(jìn)行試驗考查。

采用循環(huán)煙氣焙燒的方法，可以提高鉬錸的收率，也提高產(chǎn)品質(zhì)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(huán)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(yè)，通過混合罐調(diào)節(jié)，就可以連續(xù)用于制硫酸。所以采用循環(huán)煙氣焙燒鉬精礦，是提高產(chǎn)品質(zhì)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(xiàn)[2]提出一些修改意見

文獻(xiàn)[2]的爐子結(jié)構(gòu)與操作方法不改動，但是安裝在焙燒爐內(nèi)的電熱管應(yīng)該改作換熱管。筆者曾經(jīng)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，5 mm直徑的電熱絲就敞口擱置在爐子內(nèi)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(xiàn)[2]焙燒爐中的電熱管改作換熱管，管內(nèi)再也不需要安裝電熱絲。自制或購買一臺電熱爐，用高溫風(fēng)機(jī)通過保溫輸送管向焙燒爐內(nèi)的換熱管內(nèi)通熱風(fēng)，以傳熱方式加熱爐內(nèi)的鉬精礦，從換熱管出來的余熱風(fēng)返回?zé)犸L(fēng)爐回收余熱。調(diào)節(jié)溫度分別提供焙燒爐與脫油脫水爐。

5 關(guān)于轉(zhuǎn)鼓收塵的問題

筆者在文獻(xiàn)[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(jīng)被揮發(fā)的MoO3凝結(jié)在煙道壁，將煙道堵死的現(xiàn)象，于是筆者就想到了安裝一臺冷凝轉(zhuǎn)鼓就解決問題了。有了冷凝轉(zhuǎn)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(wǎng)(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(nèi)。進(jìn)入煙道的升華物冷凝在轉(zhuǎn)鼓表面被刮刀刮下，轉(zhuǎn)鼓表面沒有粘附物積存，煙道也沒有礦塵沉淀。旋風(fēng)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(dāng)噴水凝結(jié)，便于外運(yùn)到堆場。所以此工藝可以縮小廠房的建設(shè)面積和空間，大大減少投資?！稗D(zhuǎn)鼓冷凝”并不是筆者的發(fā)明，在國外以及一些高檔產(chǎn)品的形成和收集早有使用，不過筆者將它延伸了，對精細(xì)的和粗糙的產(chǎn)品都想到用轉(zhuǎn)鼓驟冷生成，或者將已生成的升華物冷凝收集，在轉(zhuǎn)鼓結(jié)構(gòu)設(shè)計上也不斷做了改進(jìn)。

6 結(jié) 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?！吨袊f業(yè)》編輯部在接納了筆者第一篇“風(fēng)冷凝轉(zhuǎn)鼓收塵裝置的設(shè)計及應(yīng)用”論文以后，筆者就在鉬冶煉方面發(fā)表了一些帶遐想性的論文，直至在2016年第6期《中國鉬業(yè)》發(fā)表了“一種新型鉬精礦焙燒爐工藝設(shè)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(qū)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(huán)煙氣焙燒鉬精礦的冶煉工藝”能得到推廣應(yīng)用。因為它能夠在鉬精礦的冶煉方面解決許多現(xiàn)實存在的問題，所以就對“循環(huán)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(dǎo)！