粉状石油焦造球煅烧试验研究.pdf

2 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／ ／ y s y 1 ． b g r i mm． c n 2 0 1 2年 9期 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． i s s n ． 1 0 0 7 7 5 4 5 ． 2 0 1 2 ． 0 9 ． 0 0 8 粉状石油焦造球煅烧试验研究 张念炳 ， 胡素丽。 ， 刘卫 ， 黎 志英。 1 ．贵州 师范 大学 材料 与建 筑工 程学 院 ， 贵 阳 5 5 0 0 1 4 ； 2 ．贵 州省 铝 电解炭 素材料 工程 技术研 究 中心 ， 贵 阳 5 5 0 0 0 1 ； 3 ．贵 州大 学 材料 与冶金 学 院 ， 贵 阳 5 5 0 0 0 3 摘要 粉状石 油焦造球后 ， 研究 了煅烧条件对煅后焦实收率和真 密度的影 响。结 果表 明， 粉状石 油焦造 球可提高煅后焦 的实 收率 和真密度 ， 降低煅烧损耗 ， 改善煅后焦 质量 ； 升温速率 、 煅烧 温度和煅烧 时间均 对煅后焦实 收率 和真密度有影 响 ， 可通过控制煅烧条件来降低生产成本 ， 改善煅后焦的质量 。 关键词 粉状石油焦 ； 造球 ； 煅烧 ； 实收率 ； 真密度 中 图分 类 号 TF8 2 1 文 献 标 识 码 A 文章 编 号 1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 2 0 9 0 0 2 8 0 3 Ca l c i na t i o n Te s t o f Po wd e r e d Pe t r o l e u m Co ke a f t e r Pe l l e t i z i n g ZH ANG Ni a n - bi ng 一，HU Su l i 。，LI U W e i 一 ，LI Zhi y i ng 。 1 ． Co l l e g e o f M a t e r i a l a n d Ci v i l En g i n e e r i n g，Gu i z ho u No r ma l Un i v e r s i t y，Gu i y a n g 5 5 0 0 0 1，Ch i n a； 2 ． Gu i z h o u En g i ne e r i n g Re s e a r c h Ce nt e r f o r Ca r b o n M a t e r i a l s o f Al u mi n um El e c t r o l yt i c ， Gu i y a n g 5 5 0 0 0 1， Ch i na ； 3 ． The M a t e r i a l s a n d M e t a l l u r g i c a l Co l l e g e，Gu i z h o u U n i v e r s i t y，Gu i y a n g 5 5 0 0 0 3，Ch i na Abs t r a c t Po wd e r e d p e t r o l e u m c o ke wa s p e l l e t i z e d，a n d t he e f f e c t o f c a l c i na t i on c o nd i t i o ns on t he r e c ov e r y e f f i c i e n c y a n d t r ue d e n s i t y o f c a l c i ne d c oke wa s i nv e s t i g a t e d．The r e s u l t s s ho w t h a t pe l l e t i z i ng c a n i m p r ov e t h e r e c o v e r y e f f i c i e n c y a n d t r u e d e n s i t y o f c a l c i n e d c o k e ，r e d u c e t h e c a l c i n a t i o n l o s s ，a n d i mp r o v e t h e q u a l i t y of c a l c i n e d c o ke ． He a t i ng r a t e，c a l c i na t i o n t e mpe r a t ur e a n d c a l c i na t i on t i m e c a n a f f e c t t he r e c o v e r y e f f i c i e nc y a n d t r u e d e ns i t y o f c a l c i ne d c o ke ． The p r od uc t i o n c os t c a n be r e d uc e d a nd t he qu a l i t y of c a l c i ne d c o ke c a n be i m p r o ve d by c o nt r o l l i ng t h e c a l c i na t i o n c o nd i t i o ns ． Ke y wo r d s p o wde r e d pe t r ol e um c o ke；p e l l e t i z i ng；c a l c i n a t i o n；r e c ov e r y e f f i c i e nc y；t r u e de ns i t y 煅烧 石 油焦 是铝 电解 炭 阳极 生产 的 主要 大宗原 材料 ， 随着炼 油 工 艺 的 强化 ， 石 油 焦 粉 化 严 重[ 1 - 2 3 ， 粉状焦 比例 日益增高。我国铝电解企业预焙阳极生 产 大都 采用 回转 窑煅 烧工 艺[ 3 ] 。在 回转窑煅 烧 过程 中 ， 大量 粉焦 被烧 损 或被 气流 带走 ， 导致煅 烧 实收率 低 、 生产 成 本增 加 ； 大量焦 粉 在沉灰 室燃 烧使 回转 窑 减 料运 行 、 沉灰 室 温 度偏 高 、 隔 墙烧 塌 ； 粉 焦 停 留在 回转窑最下层 ， 煅烧温度低， 煅后焦真密度较低 ； 粉 焦量 过大 ， 已严 重 影 响 到 阳极 煅 烧 、 配料 、 焙烧 等 生 收 稿 日期 基 金 项 目 目 黔教科 作者简 介 产工艺 ， 导致 阳极氧 化 、 裂 纹 、 掉块 ， 使 阳极产 品质量 下降 。本文针对 国内石油焦粉化 日趋严重和回转窑 煅烧 烧损 过高 的 现状 ， 开展 造 球 对 粉 状 石 油 焦煅 烧 的影 响 以及煅 烧条 件对煅 后 焦实 收率 和真 密度 的影 响研 究 ， 为粉状 石 油焦 的工 业应 用提 供参 考 。 1 试验 准备 试验所 用粉 状石 油焦 取至 贵 州某 厂 ， 含水 率 8 ． 2 9 ／ 6 ， 其 粒度分 布 为 1 t0 ． 5 mm 占 3 2 ． 5 、 0 ． 5 ～ 2 01 2 - 02 2 9 贵州省科技计划项 目 黔科合 GY字 2 0 1 1 3 0 2 8 ； 贵州省 国际科技合作计划项 目 黔科合外 G字[ 2 0 1 1 1 7 0 2 9号 ； 贵州省教 育厅项 2 0 1 1 0 3 6 张念炳 1 9 8 0 一 ， 男 ， 贵州绥 阳人 ， 副教授 ， 博士 ． 2 0 1 2 年 9 期 有色金属 冶炼部分 h t t p [ ／ y s y 1 ． b g r i m m ． c n 2 9 0 ． 2 5 mm 占 2 6 ． 7 8 、 0 ． 2 5 mm 占 4 O ． 7 2 。 试验 用粉 状 石油 焦造 球采 用对 辊式 挤 压成 型机 在 1 8 0 ～ 2 0 0 k g ／ c m 的压 力 下 挤 压 成 3 ． 7 c m 3 c m1 ． 8 c m 的球 蛋 形 。试 验 分别 针 对 造 好 的完 整 球 简 称球 、 破 碎 的球 块 1 ／ 4 ～ 1 ／ 2球 体 积 ， 简 称 球 块 、 经挤 压后 的粉 状石 油 焦 简称球 粉 和未 经 过挤 压 的粉 状石 油 焦 简称 原 料粉 等 为 研 究 对 象 ， 将 其 放 入 坩埚 中 ， 盖上 坩 埚 盖 ， 放入 马弗 炉 中进 行 煅 烧 。 煅后石油焦真密度使用 Y s ／ T 5 8 7 ． 9 2 0 0 6方法进 行 测 定 。煅 后 焦 实收率 按 煅烧 后石 油焦 质量 占煅 烧 前 石 油焦 质量 的百 分 比进行 计算 。 2试 验 结 果 及 分 析 2 ． 1 升温 速 率对 实收 率 的影 响 不 同功率 下 的升温 曲线 如 图 1所示 。保 温 时间 为 2 0 mi n ， 加热 功 率对 球 、 球 块 、 球 粉 和 原 料粉 实 收 率 的影 响 结果 见 图 2 。 图 1 不 同功率 下的 升温 曲线 Fi g ． 1 He a t i ng c u r v e u nd e r di f f e r e nt p o we r 图 2表 明 ， 随着加 热 功率增 加 ， 球 和球块 的实收 率 先 增加 后 降低 ， 以曲线 3 升 温 时达 到 最 大 值 ； 随 着加 热功 率增 加 ， 球 粉 的实 收 率 逐 渐增 加并 慢 慢 变 缓 ， 原料粉 的实收率呈逐渐增加趋势 。在石油焦煅 烧 过 程 中 ， 随着煅 烧 温度 的升 高 ， 石油 焦 中挥发 分 的 排 除 量增 大 ； 挥 发 分 排 出量 在 6 0 0 ～ 7 0 0℃ 达 到 最 大 ； 在温 度大 于 7 0 0℃后 ， 挥 发 分排 除速 度 减 慢 ， 到 1 1 0 0℃ 时基 本 结 束 ； 挥 发 分 的排 除 量 和 排 出速 度 随加 热速 度 的提 高而 增大 L 4 ] 。石油 焦在 低 温 阶段 主 要是排除水分， 属于物理变化 ； 而在高温的排出阶段 主要是化学变化 ， 完成芳香族 的分解和某些化合物 的缩 聚 。He i n t z研 究 了 升 温 速 率 对 品 格 参 数 的影 响[ 5 ] ， 认 为升 温 速 率 影 响 晶 体 的发 育 。故 应 选 择 合 适 的升 温速 率 以提 高实 收率 ， 以下 试 验均 以 曲线 3 冰 ＼ 褥 3． 6 4． 8 6． 0 7． 2 8． 4 加热功率／ k w 图 2加 热功 率对 实收 率的影 响 Fi g ． 2 Ef f e c t o f h e a t i ng p o we r o n r e c o v e r y e f f i c i e nc y 方 式 进行加 热 煅烧 。 2 ． 2煅 烧温 度对 实收 率的 影响 当煅 烧时 间为 3 0 rai n时 ， 煅 烧温 度对 球 、 球块 、 球 粉 和原 料粉 实收 率 的影 响结 果 见 图 3 。 冰 、 埒 l 2 5 O l 2 6 O l 2 7 0 1 2 8 0 l 2 9 0 1 3 0 o 1 3 1 0 煅烧温度 ， ℃ 图 3煅烧 温 度对 实收 率的影 响 Fi g ． 3 Ef f e c t o f c a l c i n a t i o n t e m p e r a t u r e o n r e c o v e r y e f f i c i e n c y 图 3表明， 随着煅烧温度的增加 ， 球和球块的实 收率 均 为先增 后减 ， 在 1 2 7 0℃ 时达 到最 大 ； 球粉 和 原料粉的实收率均随煅烧温度增加而降低 ， 且球粉 的降低趋 势较 缓 慢 一些 ； 总体 而 言 ， 实 收率 按 球 、 球 块 、 球粉 和原 料 粉 的顺 序 依 次 降 低 。该 结 果 除与 煅 烧过 程 导致石 油 焦发生 物理 及化 学变 化 引起 的减 重 有 关外 ， 还 与试 验处 于弱 氧化气 氛 ， 球 、 球块 、 球 粉和 原料粉与氧气接触的比表面积差异等因素有关 。 2 ． 3煅烧 时 间对 实收率 的影 响 当煅烧 温度 为 1 3 0 0℃ 时 ， 不 同煅 烧 时 间 下 的 实 收率 曲线见 图 4 。 从 图 4可 知 ， 随 着煅 烧 时 间 的增 加 ， 球 、 球 块 、 、 赠蒜最 3 0 有色金属 冶炼 部分 h t t p ／ ／ y s y 1 ． b g r i mm． c n 2 0 1 2年 9期 8 5 8 3 81 、 褂 79 7 7 75 J 0 1 5 2 O 25 30 35 煅烧时间／ mi n 图 4煅 烧 时间对 实收 率的 影响 Fi g ． 4 Ef f e c t o f c a l c i na t i o n t i me o n r e c o v e r y e f f i c i e nc y 球 粉 和原料 粉 的实 收率 均逐 渐减少 ， 实 收率 按球 、 球 块 、 球 粉 和原 料 粉 的顺 序 依 次 降低 。这 与煅 烧 过 程 石油焦的化学变化以及物料与氧气接触的比表面积 差 异等 因素 有关 。煅烧 时 间越 长 ， 化 学变 化更 充分 、 与氧气接触的时间更长， 反应的几率更大 ， 且与氧气 接 触 的 比表 面积 为球 球 块 球 粉 原 料 粉 ， 致使 实收率 随煅 烧 时 间的延 长而 降低 。 2 ． 4煅 烧温 度对 真密 度的 影响 当煅 烧时 间为 3 O mi n时 ， 煅 烧温 度对 物 料真 密 度 的影 响结 果见 图 5 。 f 旨 u ● 糕 髑 栅 图 5煅烧 温度 对真 密度 的影 响 Fi g ． 5 Ef f e c t o f c a l c i n a t i o n t e mpe r a t u r e o n t r u e d e ns i t y 图 5表 明 ， 随着 煅烧 温度 的增 加 ， 球 、 球 块 、 球粉 和 原料粉 的真密 度 均 先增 加 后 减 少 ； 球 和 球块 的真 密 度在 1 2 9 0℃时 达 到 最 大值 ； 球 粉 和原 料 粉 的真 密 度在 1 2 8 0℃ 时达 到最 大 值 。总体 而 言 ， 真 密度 按球 、 球 块 、 球粉 和原 料粉 的顺 序依 次降低 。 在 石油 焦 煅 烧 过 程 中 ， 随 着 煅 烧 温 度 的 升 高 。 在 7 0 0℃ 以前 发生剧 烈 的热 解 与 缩 聚反 应 ， 体 积 收 缩 较大 ， 大量 挥发 分 逸 出 ， 形 成众 多 开 口气 孔 ， 气 孔 率 升高 ； 但 在 7 0 0 9 0 0℃ ， 除热 解 反 应 外 还 有 缩 聚 反 应 ， 焦 炭结 构逐 步 致 密 ， 体 积 开 始 收 缩 ， 许 多 原 先 形成的空隙因收缩而部分愈合 ， 孑 L 隙率又呈下降趋 势 ； 1 0 0 0℃后 ， 焦 炭结 构 进 一 步收 缩 并 产生 许 多 裂 纹 ， 孔隙 率 再 次 增 加 ] 。 同 时 ， 粉 状 石 油 焦 经 挤 压 后 ， 石油 焦 的孔 隙率 改 变 较 大 ， 结构 更 加 致 密 ， 增 大 了收缩 的影 响 ， 在 1 0 0 0℃后 ， 焦炭结 构 收缩 的强度 更 大 ， 并产 生更 多 的裂 纹 ， 孔 隙率 增 大 ， 致 使 真 密 度 降低 。球 、 球 块 、 球 粉 和原 料 粉 致 密情 况 的 差异 ， 使 得达到真密度最大值的温度有差异 ； 由于粉状石油 焦经 挤压后 ， 石油焦 的孔 隙率 改变 较大 ， 使得 真 密度 按球 、 球 块 、 球 粉 和原料 粉 的顺 序 依次 降低 。 2 ． 5煅 烧 时间对 真密 度的 影响 当煅烧 温度 为 1 3 0 0℃ 时 ， 不 同 煅 烧 时 间 下 物 料 的真密度 曲线 见 图 6 。 f 暑 。 ● 、 铀 蜮 1 i 5 2 0 25 煅烧时IU l ／ r a i n 3 0 图 6煅 烧时 间对真 密 度的 影响 Fi g ． 6 Ef f e c t o f c a l c i n a t i o n t i me o n t r u e de ns i t y 图 6表 明 ， 随着 煅烧 时 问的延 长 ， 球 、 球块 、 球 粉 和原 料粉 的真 密度 均 逐 渐 增 大 ， 并 按 球 、 球 块 、 球 粉 和原 料粉 的顺 序 依 次 降 低 。随 着 煅烧 时 间 的延 长 ， 使 挥发分 逸 出 、 分解 反应 和 缩聚 反应 更加 充分 ， 减少 了未煅好焦产生的可能性 ， 致使真密度逐渐增大。 3 结 论 1 升 温速率 影 响 挥 发分 的排 除速 率 、 晶体 的发 育和 实收 率 ， 应 选择 适 当的升 温速 率 ； 随着煅 烧 温度 增加和煅烧时间的延长 ， 实收率呈逐渐降低趋势 。 2 球 、 球块 、 球 粉和原 料 粉 的真密 度 随煅 烧 温度 下转 第 3 7页 2 0 1 2年 9期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／ ／ y s y 1 ． b g r i mm． c n 3 7 “ 过烧 现象 ” 造 成 的 。 5 结 论 1 铜 离子 对硫 氰 酸盐 氨性 体 系浸 出金具 有一 定 的催化 作 用 。 2 在硫 氰 酸铵 浓度 3 mo l ／ L， 浸 出温度 1 5 0℃ ， 氧 压 3 ． 0 MP a ， 搅拌 速 度 7 5 0 r ／ mi n ， 氨 水 浓 度 为 理 论 量 1 ． 1 倍 ， 液 固 比 51 ， 铜 浓度 1 ． 5 g ／ L， 浸 出 时 间 6 h条件 下 ， 金 浸 出率 仅 为 6 1 ． 7 。 3 氨 性硫 氰酸 盐直 接加 压 氧化浸 出该毒 砂金 矿 的效果 不 理想 。经 过 4 0 0℃ 焙 烧 预 处 理后 ， 金 浸 出 率 提高 到 8 6 ． 2 。 参考 文献 E l i柯 家骏 ．难浸金矿氰化提金 的现状 与 问题[ J ] ．黄 金科 学与技术 ， 1 9 9 8 ， 6 1 3 2 3 9 ． [ 2 ]Wh i t e H A ．T h e s o l u b i l i t y o f g o l d i n t h i o s u l p h a t e s a n d t h i o c y a n a t e s [ J ] ．J o u r n a l o f t h e C h e mi c a l ，Me t a l l u r g i c a l a nd M i ni ng So c i e t y o f Sou t h Af r i c a，19 05， 6 1 0 9 11 9． [ 3 ]F l e mi n g C A．A p r o c e s s f o r s i mu l t a n e o u s r e c o v e r y o f g o l d a n d u r a n i u m f r o m S o u t h Af r i c a n o r e s [ J ] ．S o u t h Af r i c an I ns t i t ut i on of M i n i n g a n d M e t a l l ur gy， 1 9 86， 2 3 O1 3 O 9． [ 4 ]B a r b o s a F i l h o O， Mo n h e mi u s A J ．L e a c h i n g o f g o l d i n t h i o c y a n a t e s o l u t i o n s [ J ] ．T r a n s a c t i o n s o f t h e I n s t i t u t i o n o f Mi n i n g Me t Ml u r g y S e c t i o n C，1 9 9 4 ，1 0 3 C 1 0 5 一 C1 25 ． [ 5 ]Kh o l mo g o r o v A G， Ko n o n o v a O N， P a s h k o v G L ．Th i o c y a n a t e s o l u t i o n s i n g o l d t e c h n o l o g y [ J ] ．Hy d r o me t a l l u r g Y， 2 0 0 2， 6 4 1 4 3 4 8 ． [ 6 ]郭欢 ， 杨声海 ， 陈永明 ， 等 ．硫氰酸盐体 系从 难处理硫 化 金精矿 中氧 压 浸 金 [ J ] ．有 色 金 属 冶 炼 部 分 ， 2 0 1 1 1 0 2 3 - 2 6 ． [ 7 ]庞锡涛 ， 陈建勋 ， 宋贵和 ， 等 ．硫氰酸盐 提金 中间试验 研 究[ J ] ．黄金 ， 1 9 9 5 ， 1 6 1 2 3 2 3 5 ． [ 8 ]冀少华 ， 安莲英 ， 唐 明林 ．硫 氰酸盐 法从 工业废 渣 中浸 取金银的试验研究[ J ] ．矿 产综 合利用 ， 2 0 0 9 1 4 4 4 5 ， 4 9 ． [ 9 ]陈建 勋 ， 庞锡涛 ．硫氰酸盐法从含铜黄铁 矿焙砂 中浸 金 研究 [ J ] ．黄金 ， 1 9 9 7 ， 1 8 3 3 3 3 8 ． [ 1 o ]王治科 ， 叶存 玲 ， 范顺利 ， 等 ．浸金 体系 的 E h p H 图及 其热力学分析 [ J ] ．有色金属 冶炼部 分 ， 2 0 0 8 3 3 7 4 O． d e 接第 3 O页 的增 加 先增 后减 ， 随煅烧 时 间 的延 长逐 渐 增大 。 3 粉状石油焦经挤压后可提高煅后焦的实收率 和 真密 度 ， 降低 石油 焦煅 烧损 耗 。 参考 文献 [ 1 ]张新 海 ， 包崇 爱 ， 高 守磊 ．铝用 预焙 阳极 生产对 石 油焦 变化趋势采取 的策 略[ J ] ．轻金属 ， 2 0 1 1 6 3 7 4 0 ． [ 2 ]张玉珠 ．石油 焦煅 烧质量的控制与提 高[ J ] ．炭素 技术 ， 2 0 03 2 40 43 ． [ 3 ]余海 波 ， 孙柏青 ， 刘 常林 ， 等 ．石油焦煅烧综 合技术 的开 发与应用[ J ] ．轻金属 ， 2 0 0 5 4 4 3 4 5 ． [ 4 ]王平 甫 ．铝 电解炭 阳极 生产与 应用 [ M] ．北京 冶金 工 业 出版社 ， 2 0 0 5 5 7 - 5 9 ． [ 5 ]He i n t z E A．E f f e c t o f c a l c i n a t i o n s r a t e o n p e t r o l e u m c o k e p r o p e r t i e s [ J ] ．C a r b o n ， 1 9 9 5 ， 3 3 6 8 1 7 8 2 0 ． [ 6 ]赫永 琴 ， 刘 瑞 ．石油 焦 性能 与 阳极 消耗 [ J ] ．轻金 属 ， 2 0 04 6 46 5 O． 3 z 接第 3 3页 3 结 论 控 制 一 定 的脱 硅 条 件 ， 硅 渣用 于 常压 脱 硅 效果 较好。最佳脱硅条件是 控制原液 Al 0。 浓度 l l o ～ 1 2 5 g ／ L， a k 一1 ． 4 O ～ 1 ． 5 0 ， 脱硅 温度 1 0 0℃ ， 脱 硅 时 间 4 h， 种 子 添加 量 5 0 g ／ L。此 时 ， 硅量 指 数 可 达 到 3 0 0以上 。 参考 文献 [ 1 ]王玉玲 ， 于先 进 ．烧 结法铝酸钠粗液低 压脱硅过 程的研 究 [ J ] ．山东理 工 大学 学 报 自然 科 学版 ， 2 0 0 5 ， 1 9 5 82 ． [ 2 ]杨重愚 ．氧化 铝生产工艺学 [ M] ．北京 冶金 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