微波处理低品位锰矿冶炼硅锰合金实验研究

2020-03-25

本文对微波加热国产低品位锰矿含碳球团冶炼硅锰合金进行了实验研究，探明了还原剂种类、配碳系数、碱度等对锰元素回收率的影响规律。

庞建明1，高琦2，马永宁3，魏云雷3，魏云松3，李兴波3

　　1.中国钢研科技集团有限公司资源应用与合金材料事业部

　　2.钢铁研究总院

　　3.陕西盛华冶化有限公司技术中心

　　锰作为合金元素加入钢液中使钢合金化，能改善钢的机械性能，增加钢的强度、硬度、延展性、韧性和耐磨性等。锰矿石是目前工业用锰的主要来源，我国的锰矿资源大多品位较低，平均为21.4%，呈现“细、杂、贫”的特点，开发利用难度大[1]。随着国内锰矿需求不断增长，中国锰矿后备资源难以跟上需求增长的步伐，尤其是富锰矿资源[2]。中国富锰矿石（TMn≥30%）的资源储量仅占全国总资源储量的6.7%[3]。2010年以来，我国锰矿进口就已突破1100万吨，2017年达到2127万吨，对外依存度超过60%[4]。目前锰合金的冶炼方法主要有三种[5-7]，1是高炉法，该方法成熟，但要求原料锰含量较高，需要对锰矿石进行烧结处理；2是高炉+矿热炉法，先通过高炉冶炼生铁和富锰渣，然后在矿热炉冶炼硅锰铁合金，流程长，能耗高，污染大。3是中频感应炉冶炼锰铁，通过金属锰配废钢生产锰铁合金，该方法原料金属锰价格昂贵，来源较少。因此研究低品位锰矿的冶炼工艺，提高低品位锰矿的利用率，具有较大的社会及经济价值。

　　微波作为一种新型高效的加热方式，已广泛应用于矿石预处理，碳热还原，土壤修复及固废处理等方面[8]。陈津等[9]对含碳铁矿粉进行了微波加热还原试验研究，在大气条件下，微波加热缩短了还原反应时间，金属化率提高32.5%。王海川等[10]研究了微波下两种还原剂对MnO2还原动力学的影响，认为微波加热可以提高MnO2金属化率的速度。已有文献多研究微波加热对高品位锰矿的应用，少有对低品位锰矿应用的实验研究。本文对微波加热低品位锰矿含碳球团冶炼硅锰合金进行了实验研究，旨在探明微波加热对碳热还原低品位锰矿生产锰铁合金的影响规律。

　　1 实验原料及设备

　　实验采用国产低品位锰矿、澳洲锰矿为原料，其化学组成如表1所示。还原剂采用兰炭、木炭，其化学成分如表2所示。熔剂为石灰石，其中CaO含量为51.46%。实验主要设备为12kw，2450MHZ微波炉（见图1）及Φ80mm×300mm刚玉坩埚。

　　2 实验方法

　　将矿石、还原剂及熔剂分别用颚式破碎机破碎，并在球磨机中球磨至100目，按实验配比混合，加水，制成直径约3cm料球，放入干燥箱内在110℃温度烘干。实验时，将1kg烘干后的含碳球团装入刚玉坩埚，放置在微波炉中。微波功率制度为6kw加热10min，然后12kw加热90min。冶炼过程中用红外测温仪测量温度。冶炼完成后用水冷却坩埚，得到硅锰铁合金及冶炼渣。实验配比如表3所示，其中锰矿重量为100g（实验1-13国产低锰矿比例为100%，实验14-16为不同比例国产低锰矿与澳洲锰矿混合矿），配碳系数为理论计算所需配碳量的倍数，碱度为三元碱度(R=(CaO+MgO)SiO2)。