贫锰矿工业生产的新工艺

 

侯希伦

北京希伦非焦冶金工程技术有限公司

1 前言

    我国锰矿资源主要是贫锰矿，品位低、含杂质高[1]。所以使用这样原料生产锰铁合金时技术指标落后、经济效益不佳。另一方面，我国的贫锰矿绝大部分又是嵌布粒度很细的难选矿[2]，所以这种现状造成每年需要进口大量富锰矿。

    通常生产锰铁是采用电炉的电热法处理。所用锰矿原料要求含锰35%以上，Mn/Fe比要求大于3.我国贫锰矿资源的Mn/Fe比，远不能满足大于3的要求。本文采用作者长期从事的铁矿直接还原技术和经验[3;4;5;6;7]处理贫锰矿。本文采用贫锰矿直接还原—富锰渣—钢水新工艺实现锰铁分离。

2 贫锰矿的还原特性

    贫锰矿中包含铁氧化物和锰氧化物，这种矿物的还原类似于铁矿和锰矿的还原特性。铁氧化物还原机理和还原特性前人们已有大量验究，这里不再多考查。只考查锰的氧化物。高价氧化锰在400-5000C的低温范围就能比较容易地被还原：

 

2MnO2   +CO=Mn2O3+CO2   +227,56MJ

3Mn2O3+CO=2Mn3O4+CO2+170,77MJ

在600-10000C还原Mn3O4：

Mn3O4   +CO=3MnO+CO2    +52,08MJ

进一步用气体还原剂还原MnO是不可能的，因为还原炉内只要有0,01%的CO2,则MnO就不可能被还原。所以MnO只能用固体碳进行直接还原：

 MnO+C=Mn+CO-288,29MJ

 

表1 贫锰矿的化学分析，%：

 

 

 
 

 

 

在11000C左右可以生成Mn3C锰化合物或少量的Mn---Fe化合物。

根据以上分析贫锰矿中锰氧化物的还原顺序为：

MnO2------Mn2O3-----Mn3O4-----MnO-----Mn(Mn3C;Mn—Fe;Mn7C3等)。

贫锰矿中铁的高价氧化物和FeO的还原如同锰氧化物的还原，但是还原温度比前者稍低些。

贫锰矿中的FeO也是要靠固体碳进行直接还原[8]：
                                       FeO+CO=Fe+CO2
                                    CO2+C=2CO-166,32MJ
                                   FeO+C=Fe+CO--152,67MJ
     铁锰矿中的铁还有一部分以硅酸铁形式存在并在高温区域还原：
                              Fe2SiO4+2C=2Fe+SiO22CO-352,80MJ
     从Mn3O4还原成MnO(称MnO的转化率)的还原速度比FeO还原成Fe要快些，而且还原的更彻底些。

3 试验用原燃料

3.1原料

     我国某地贫锰矿原料的化学分析如表1.

 表2 煤样工业分析，%：

 

4 贫锰矿的软化温度测定

4.1 测定方法

      采用国内国际通行的荷重（2kg/cm2）还原软化法。

4.2 测定结果。

       软化开始温度（4%）8650C

       软化终了温度（40%）11350C

        软化区间2700C（该贫锰矿具有较宽的软化区间有利于工艺操作，但是该矿的软化开始温度较低不利于工艺操作，本研究经采取技术措施已解决）。

        原始块状贫锰矿的气孔率：17,68%.

5 工艺条件试验

        采用1kg级固定床电炉、试验室型回转筒试验装置模拟工业直接还原回转炉进行工艺条件试验。从表1的原料成分看出，贫锰矿样中，除锰、铁为有用金属要提取而外，还有锌、铅也必须综合利用。工业生产处理本贫锰矿的工艺方案是采用回转炉作为贫锰矿的还原器，使用廉价非炼焦煤作为还原剂和炉子热源。

5.1 对贫锰矿的试验室试验结果如图1、2、3、4。

 

           通过大量的条件试验表明，贫锰矿中铁的还原获得高还原效果（金属化率95%以上）和锰的转化率也很理想（95%以上），矿中伴生的Zn,Pb可以回收利用（脱锌率90—95%）。还原后的贫锰矿（还原贫锰矿）的典型化学成分如表3。
 

 

        采用Xilun直接还原法处理贫锰矿的生产工艺流程，如示意图1。

5.2 对图2的试样做了物相检验，结果如下。
 
       1号试样（还原30分，11000C）---对试样外观划分为绿色部分和黑色部分，分别进行X光衍射。

        绿色部分是以MnO为主，其次为Mn3O4,少量为阿尔法—Fe。

        黑色部分是以阿尔法---Fe为主，其次为FeO，少量为Mn3O4,Fe3O4。

        2号试样（还原50分，11000C）---试样外观仅为黑色一种。细磨时出现粗大金属细片，延展性强。以阿尔法—Fe为主，其次为MnO。

        3号试样（还原70分，11000C）---试样绿色部分是以MnO为主，少量阿尔法---Fe。

        ---试样黑色部分是以阿尔法---Fe为主，其次是MnO。

5.3还原贫锰矿经处理产生两种产品：富锰渣（高锰原料）,见表4和半钢（成分见表5）。

 表4 富锰渣化学成分，%

       本富锰渣为高锰、低铁、低硫磷、低锌铅原料，Mn/Fe比=7,4，相当于优质锰矿。用此原料有利于生产硅锰、锰铁等铁合金。
 

 

6 生产工艺

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