某錳礦閃速還原焙燒試驗

彭澤友

(長沙礦冶研究院有限責(zé)任公司)

軟錳礦(MnO2·nH2O)是生產(chǎn)硫酸錳的重要原料，將軟錳礦中的Mn4+還原成Mn2+是采用軟錳礦生產(chǎn)硫酸錳的關(guān)鍵步驟，一氧化錳還原焙燒的傳統(tǒng)設(shè)備包括反射爐、回轉(zhuǎn)窯及微波加熱爐等，但都存在著各種技術(shù)問題[1-3]。閃速還原焙燒工藝及裝備是針對粉狀物料的特點(diǎn)而研發(fā)的一種新工藝、新裝備，適用于軟錳礦的還原焙燒。

閃速還原焙燒工藝及裝備具有高效傳質(zhì)傳熱的特點(diǎn)，有以流態(tài)化快速預(yù)熱與還原反應(yīng)為核心技術(shù)的許多優(yōu)點(diǎn)。國內(nèi)外首次在湖北省黃梅成功實(shí)現(xiàn)了難選鐵礦60萬t/a閃速還原焙燒的工業(yè)化過程，原礦焙燒能耗為31.22 kgce/t，鐵精礦制造成本為234.36元/t。錳礦還原與鐵礦還原原理基本相同，采用閃速還原焙燒工藝及裝備處理需要還原的錳礦，預(yù)計能達(dá)到同樣的效果。因此，針對某軟錳礦進(jìn)行了閃速還原焙燒試驗研究。

1 試樣性質(zhì)

對試樣進(jìn)行多元素分析和粒度篩析，結(jié)果見表1、表2。

表1原礦多元素分析結(jié)果%

成分MnMn2+Mn3+Mn4+TFeSiO2含量47.310.134.3942.795.915.79成分Al2O3CaOMgOPS燒失含量3.231.530.150.110.01610.56

由表1可知，試驗原礦樣中化學(xué)成分較為簡單，錳是可供回收的主要有用元素，錳以Mn2+形式存在的僅占0.27%，原礦直接硫酸浸出理論浸出率即為0.27%。

表2 原礦粒度篩析結(jié)果

由表2可知，該礦-0.075 mm粒級含量占72.86%，-0.03 mm粒級含量占48.86%，各粒級中錳含量相差不大，適合采用流態(tài)化技術(shù)進(jìn)行焙燒。

2 閃速還原半工業(yè)試驗

2.1 試驗流程簡介

根據(jù)閃速還原焙燒半工業(yè)試驗爐的設(shè)計與分析，改造鐵礦還原焙燒系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，將該試驗系統(tǒng)工藝裝備分成原礦密封式自動給料系統(tǒng)，煙氣無害化處理和排放系統(tǒng)，五級循環(huán)流態(tài)化預(yù)熱系統(tǒng)，快速還原焙燒反應(yīng)爐、高效燃燒爐、高溫焙燒礦相態(tài)固定及收集系統(tǒng)。 預(yù)熱系統(tǒng)一級預(yù)熱器出口排出的煙氣進(jìn)行無害化處理后，一部分作為高效燃燒爐的補(bǔ)償風(fēng)源，其余部分經(jīng)排風(fēng)機(jī)排入大氣。

試驗過程中考察了各級預(yù)熱器出入口、快速還原焙燒反應(yīng)爐各部位壓力，系統(tǒng)各部分阻力分布狀況；考察各級預(yù)熱器進(jìn)出口溫度，查明物料和熱煙氣的熱量交換情況，并與設(shè)計熱交換效率對比。系統(tǒng)氣氛控制和溫度控制，通過自動調(diào)節(jié)補(bǔ)償風(fēng)量、助燃風(fēng)風(fēng)量、燃料用量，可獲得較為穩(wěn)定的參數(shù)。

2.2 條件試驗

2.2.1 氣氛條件試驗

根據(jù)靜態(tài)焙燒試驗結(jié)果，還原氣氛條件對錳礦轉(zhuǎn)化率影響顯著，只有在還原氣體含量充足的情況下，高價錳才能較為完全的轉(zhuǎn)化為Mn2+，因此半工業(yè)閃速焙燒爐還原焙燒試驗先考察最佳氣氛條件?？焖龠€原反應(yīng)爐進(jìn)口溫度在850 ℃左右，處理量約200 kg/h，進(jìn)行還原焙燒氣氛含量條件試驗，焙燒產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)爐出口CO含量關(guān)系曲線見圖1。

圖1 焙燒產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)爐出口CO含量關(guān)系曲線

由圖1可見，焙燒產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)爐出口溫度成正相關(guān)關(guān)系；在快速反應(yīng)爐進(jìn)口溫度為850 ℃左右時，隨著反應(yīng)爐進(jìn)口CO含量的增加，高價錳轉(zhuǎn)化成二價錳的轉(zhuǎn)化率增大，在CO含量為5.87%時，轉(zhuǎn)化率達(dá)到了97.01%；在CO含量為6.83%時，轉(zhuǎn)化率達(dá)到了99.05%，綜合考慮焙燒產(chǎn)品錳的轉(zhuǎn)化率和焙燒能耗，選擇CO含量5.5%為宜。

2.2.2 溫度條件試驗

焙燒溫度同樣對錳礦轉(zhuǎn)化率有較為顯著的影響。因此，在處理量約200 kg/h，控制快速反應(yīng)爐進(jìn)口CO含量為5.5%左右的情況下，進(jìn)行不同焙燒溫度的條件試驗，焙燒產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)爐出口溫度關(guān)系曲線見圖2。

圖2 焙燒產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)爐出口溫度關(guān)系曲線

由圖2可見，焙燒產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)爐出口溫度成正相關(guān)關(guān)系，焙燒產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率隨著反應(yīng)爐出口溫度的升高而快速升高，在快速反應(yīng)爐出口溫度為850 ℃左右，轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到98%以上。

2.2.3 連續(xù)穩(wěn)定試驗

在條件試驗的基礎(chǔ)上進(jìn)行了連續(xù)穩(wěn)定試驗，試驗共進(jìn)行5 h，每0.5 h取1次樣分析MnO、MnO2含量，計算錳的轉(zhuǎn)化率。控制反應(yīng)爐進(jìn)口CO含量為5.5%左右，反應(yīng)爐溫度850 ℃左右，處理量約200 kg/h。連續(xù)穩(wěn)定試驗焙燒產(chǎn)品錳的轉(zhuǎn)化率曲線見圖3。由圖3可見，焙燒礦的平均轉(zhuǎn)化率達(dá)99.05%。

圖3 連續(xù)穩(wěn)定試驗焙燒產(chǎn)品錳的轉(zhuǎn)化率曲線

3 焙燒礦稀硫酸浸出試驗

為了考查焙燒產(chǎn)品的還原效果，除了分析產(chǎn)品中MnO、MnO2的含量計算轉(zhuǎn)化率，同時用稀硫酸(10%)對焙燒礦進(jìn)行了浸出試驗，浸出試驗在常溫(20 ℃)常壓下分別對原礦和焙燒礦進(jìn)行浸出，浸出液固比為5∶1，浸出時間為24 h。試驗結(jié)果見表3。

表3浸出試驗結(jié)果%

礦樣名稱產(chǎn)率Mn含量Mn2+含量浸出率干冷焙燒礦浸出渣31.5018.3118.30給礦100.0052.6652.4689.05原礦浸出渣97.5048.191.24給礦100.0047.310.130.69

由表3可知，在相同條件下，原礦的浸出率僅為0.69%，而焙燒礦的浸出率為89.05%，比原礦浸出率提高了88.36個百分點(diǎn)。

4 結(jié) 語

(1)某錳礦中錳含量為47.31%，其中二價錳含量為0.13%，僅占0.27%，采用稀硫酸的浸出率僅為0.69%。

(2)采用閃速還原焙燒工藝及裝備對試驗物料進(jìn)行連續(xù)穩(wěn)定的試驗，試驗結(jié)果表明：在反應(yīng)爐進(jìn)口CO含量為5.5%左右，反應(yīng)爐溫度為850 ℃左右，處理量約200 kg/h的條件下，高價錳轉(zhuǎn)化成二價錳的平均轉(zhuǎn)化率可達(dá)到99.05%。

(3)焙燒礦稀硫酸1次浸出率達(dá)到了89.05%，比原礦1次浸出率提高了88.36個百分點(diǎn)。

(4)閃速還原焙燒工藝及裝備工業(yè)化運(yùn)行穩(wěn)定可靠、成本低，在錳礦還原中具有很好的應(yīng)用前景。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 鄧益強(qiáng).軟錳礦無煤還原制備硫酸錳新工藝研究[D].湘潭:湘潭大學(xué)，2004.

[2] 張啟衛(wèi).軟錳礦制備硫酸錳的工藝原理和技術(shù)[J].三明職業(yè)大學(xué)學(xué)報，2000(S3)：100-103.

[3] 汪順才，王方漢，曹維勤.廢棄尾礦中碳酸錳礦銨鹽焙燒富集工藝研究[J].金屬礦山，2008(3)：144-146.