CN101113496A - 一种用贫锰矿粉制取低碳金属锰铁的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用贫锰矿粉制取低碳金属锰铁的方法，它是用储量丰富的贫锰矿粉，用微波加热、碳还原、高温炼制、磁选提纯，直接制备低碳金属锰铁，不经能耗大、污染严重的烧结造块工序，经精选原料、粉碎、细磨、过筛、混合、搅拌、微波炉预热、一氧化碳预还原、终还原、高温炼制、氮气保护冷却、磁选提纯，最终制得高纯度低碳金属锰铁，此制备方法工艺流程短、使用设备少、可大规模工业化制取、产收率高，可达98％，锰含量可达75％，铁含量20％，碳含量低，＜0.5％，有害物质硫含量＜0.5％、磷含量＜0.2％，为低碳，低磷、低硫型，不经造块，不污染环境，是十分理想的用贫锰矿粉直接制取金属锰铁的方法，填补了我国此类技术的科研空白。

Description

一种用贫锰矿粉制取低碳金属锰铁的方法

技术领域

本发明涉及一种用贫锰矿粉制取低碳金属锰铁的方法，属黑色金属冶炼提纯的技术领域。

背景技术

锰元素是最重要的炼钢原料，是提高钢材硬度、增加强度、提高耐摩性的最重要的合金元素，常用于合金结构钢、高锰钢、不锈钢、工具钢等。

锰及锰矿储量较丰富，储量最多的是南非等国，且多是富锰矿，含锰量≥30％，我国的锰矿资源虽较多，但大都是贫锰矿，锰含量≤21％，铁含量5～20％，且含磷高，在提炼和制取锰时常常要加入进口的富锰矿进行混合炼制，使提炼锰受到了很大限制，而且也增加了提炼成本。

目前，在提炼锰铁合金时，主要用高炉法、电炉法或炉外法等，由于锰矿石为贫锰矿，因此锰矿石经过选矿处理提高品位后才可使用，但经过选矿处理产生的粉状锰矿不能直接入炉使用，还需进行人工造块，例如烧结、压球、制球团处理，致使冶炼工艺投资增大、能耗增高、加重污染、工序拉长、费时费力，由于锰矿粉种类不同，还要进行选矿，往往需要增加2-3个选矿工艺流程才可进行造块，造块工序还需添加无机粘结剂，增加了冶炼能耗和锰铁合金产物的杂质，使冶炼工艺和产品质量都受到了一定影响和限制。

发明内容

发明目的

本发明的目的就是针对背景技术的不足，采用微波炉加热碳还原法，直接用贫锰矿粉炼制低碳金属锰铁，不用造块工艺，不需添加粘结剂，达到减少工艺流程、减小环境污染、降低炼制成本、提高产物产收率、纯度、性能的目的。

技术方案

本发明使用的化学物质原料为：贫锰矿粉、无烟煤粉、石灰粉、氮气，其组合配比是：以千克、米³为计量单位

贫锰矿粉：MnO₂·FeO·SiO₂ 700kg±10kg

无烟煤粉：C·H₂O          300kg±30kg

石灰粉：CaO               50kg±10kg

氮气：N₂                  100m³±10m³

制取方法如下：

(1)精选原料，进行含量控制

贫锰矿粉：MnO₂    15-25％

          FeO     10-20％

无烟煤粉：C       70-90％

          H₂O     2-5％

石灰粉：CaO       60-80％

氮气：N₂          99.5％

(2)粉碎、细磨、过筛

对精选的化学物质原料要分别进行粉碎、细磨、过筛，成细粉状，反复粉碎、过筛，用筛网进行细度控制：

贫锰矿粉：筛网200目，细粉粒径≤0.075mm

无烟煤粉：筛网200目，细粉粒径≤0.075mm

石灰粉：筛网200目，细粉粒径≤0.075mm

留下细粉，剔除杂质；

(3)原料混合、搅拌

将贫锰矿粉700 kg±10kg、无烟煤粉300kg±30kg、石灰粉50kg±10kg置于原料搅拌箱内进行混合、搅拌，搅拌时间10min±1min，使之均匀；

(4)在微波还原炉内松散布料

将混合均匀的原料细粉置于计算机控制的微波还原炉炉腔内，从炉腔底部开始，分层、自然、松散布料，要用＞200目的筛筐筛漏，逐层布料，并留有空隙；

(5)微波炉预热、预还原

关闭计算机控制的微波炉炉盖，使微波炉处于密闭状态，并留有气孔；

开启微波发生器，微波炉内传感器摄取温度信息，使温度信息传输给计算机控制器，温度从20℃±3℃升至1000℃±50℃，升温速度为50℃/min，升温时间为20min，在此温度恒温、保温2min±1min，微波加热频率为2.45GHZ、功率为10000KW，原料细粉在炉腔内将进行化学反应，产生一氧化碳，一氧化碳对原料细粉进行预还原，化学反应式如下：

式中：

MnO₂：二氧化锰

MnO：氧化亚锰

FeO：氧化亚铁

Fe：铁

SiO₂：二氧化硅

CO：一氧化碳

CO₂：二氧化碳

(6)一氧化碳终还原炼制锰铁

一氧化碳预还原结束后，微波炉温度由1000℃±50℃继续升温至1300℃±50℃，在此温度恒温、保温5min±1min，微波加热频率为2.45GHZ、功率为10000KW，贫锰矿粉+无烟煤粉+石灰粉充分进行化学反应，化学反应式如下：

式中：

C：碳

Mn：锰

(7)锰铁产物出炉

炼制结束后，关闭微波加热器，使产物随炉自然冷却至200℃±20℃；

打开炉体卸料斗，将产物卸入专用产物箱内；

(8)氮气保护冷却

将产物箱封闭，并充入惰性气体—氮气，充入速度为2m³/min；

产物箱及产物在氮气保护下自然冷却至20℃±3℃；

其产物为海绵锰铁；

(9)粉碎、过筛

冷却后的海绵锰铁，要进行粉碎、过筛，反复粉碎，反复过筛，成细粉；

筛网目数：200目

细粉粒径：0.075mm

(10)磁选提纯

冷却、粉碎、过筛后的海绵锰铁置于专用磁选机内，进行磁选、提纯、剔除杂质，留存金属锰铁粉末；

磁选机风机转数为：3-5转/min；

磁选机磁场强度为：15000-20000高斯；

磁选后金属锰铁产收率为：98％；

(11)检测、化验、分析

对磁选提纯后的金属锰铁粉末要进行色泽、成分、纯度、含锰量、含铁量、含碳量、含硫量、含磷量、含杂质量、全相组织形貌、产物性能进行检测、化验、分析；

用原子吸收容量法进行锰Mn、铁Fe分析；

用燃烧法进行硫S分析；

用原子吸收分光光度计进行磷P分析；

用非水滴定法进行碳C分析；

金属锰铁粉末含锰量为：75％、含铁量为20％、含碳量＜0.5％、含硫量＜0.5％、含磷量＜0.2％、含杂质量＜2％，粉末粒径为0.075mm；

(12)储存包装

对炼制提纯后的产物——金属锰铁粉末，密闭储存于专用容器，置于干燥环境，要防水、防潮、防氧化、防酸碱侵蚀，储存温度20℃±3℃，相对湿度≤20％。

所述的用贫锰矿粉制取金属锰铁，是以贫锰矿粉为原料、以无烟煤粉为还原剂、以石灰粉为熔炼剂、以氮气为金属锰铁粉末冷却的保护气体。

所述的用计算机控制的微波加热炉炼制金属锰铁，预热、一氧化碳预还原温度为1000℃±50℃，恒温、保温时间为2min±1min，一氧化碳终还原炼制温度为1300℃±50℃，恒温、保温时间为5min±1min，微波加热频率为2.45GHZ、功率为10000KW。

所述的用贫锰矿粉制取金属锰铁，其产物粉末粒径为0.075mm、含锰量为75％、含铁量为20％、含碳量＜0.5％、含硫量＜0.5％、含磷量＜0.2％、含杂质量＜2％，产收率为98％。

所述的金属锰铁的提纯是在磁选机上进行的，磁选机风机转数为3-5转/min，磁选磁场强度为15000-20000高斯。

有益效果

本发明与背景技术相比具有明显的先进性，它是根据我国锰矿资源的实际情况，平均含锰量≤21％的贫矿现状，用贫锰矿粉、用微波炉加热法，直接制取金属锰铁，不使用能耗大、污染严重的烧结造块工艺，经原料精选、粉碎、细磨、过筛、混合、搅拌、微波炉预热、一氧化碳预还原、终还原、化学反应、高温炼制、氮气保护冷却，制成海绵锰铁，再经粉碎、过筛、磁选提纯、检测分析，最终制成低碳金属锰铁粉末，粉末粒径为0.075mm，锰含量可达75％，铁含量可达20％，杂质量＜2％，含碳量＜0.5％，含硫量＜0.5％，含磷量＜0.2％，此制备方法工艺流程短，不污染环境，不经造块工序，为洁净生产，填补了我国用贫锰矿粉直接制取金属锰铁的科研空白。

附图说明

图1为制取工艺流程图

图2为微波加热制备状态图

图3为产物磁选提纯状态图

图4为碳还原炼制过程温度与时间坐标关系图

图5为贫锰矿粉碳预热预还原1000℃时放大40倍状态图

图6为贫锰矿粉碳终还原炼制温度1300℃时放大80倍状态图

图7为金属锰铁产物粉末形貌图

图中所示，附图标记清单如下：

1、炉支架，2、炉座，3、炉体，4、炉盖，5、炉底，6、炉腔，7、传感器，8、传感器，9、传感器，10、传感器，11、微波加热器，12、计算机控制器，13、液晶显示屏，14、指示灯，15、炉盖开关，16、炉底开关，17、微波调节键，18、指示灯，19、电源开关，20、出气孔，21、卸料斗，22、原料粉末，23、冷却箱，24、氮气瓶，25、氮气阀，26、氮气，27、产物粉末，28、进料斗，29、细磨机，30、输送管，31、筛网箱，32、振荡器、33、输料管，34、磁选箱，35、电机，36、搅拌器，37、叶轮，38、杂质出口，39、杂质箱，40、杂质，41、磁吸管，42、磁选机，43、电磁铁，44、电磁电源、45、产物出口，46、产物粉末，47、产物箱。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步说明：

图1所示，为制备工艺流程图，是制取低碳金属锰铁的全过程，从原料开始到入库储存，要严格按程序操作。

制备使用的化学物质原料贫锰矿粉、无烟煤粉、石灰粉是按预先设置的量比而确定的，当规模化制取时，可按此量比进行计算。

贫锰矿粉主要由15-25％的MnO₂、10-20％的FeO组成，其他为金属和非金属杂质，在碳还原、炼制、磁选过程中去除或成为废渣。

原料的粉碎、细磨、过筛要分别用机器进行，控制好细粉粒径≤0.075mm，混合后要搅拌均匀。

原料细粉的布料要按层松散布料，要用＞200目的专用筛筐在微波加热炉腔内筛漏，逐层布料，使细粉粒径间留有空隙，切勿压实。

微波加热预还原、终还原炼制均在微波加热炉内依次进行，先进行预热、一氧化碳预还原，再进行终还原，温度由20℃±3℃逐渐升温至1000℃±50℃，恒温保温2min±1min，然后升温至1300℃±50℃，进行终还原高温炼制，恒温、保温5min±1min，并进行化学反应，制成海绵锰铁，然后关闭微波加热器，当温度降至200℃时，将炉底打开，产物进入冷却箱。

海绵锰铁的冷却是在专用冷却箱中进行的，并在氮气全程保护下，冷却至20℃±3℃。

冷却后的海绵锰铁要进行粉碎、过筛，然后在磁选机上进行磁选、磁选机磁场强度为15000-20000高斯，以保证磁选后的锰铁纯净及产物锰铁的产收率，金属锰铁产收率可达98％，锰含量可达75％，铁含量可达20％，碳含量＜0.5％，硫含量＜0.5％，磷含量＜0.2％，杂质含量＜2％，为低碳、低磷锰铁。

金属锰铁在微波预热、一氧化碳预还为2min±1min，终还原炼制为5min±1min，由于时间短、渗碳过程很小，故为低碳型金属锰铁、含碳量＜0.5％。

贫锰矿粉的碳还原炼制是在竖式微波加热炉中进行的，可使用单炉炼制，也可使用双炉，还可使用4炉、6炉、8炉同时炼制，形成工艺流程循环，以提高生产效率。

图2所示，为微波加热炼制状态图，微波加热炉为竖式，用计算机程序控制，传感器摄取炉内温度信息，液晶显示屏显示碳还原炼制及各数据参数。

炉支座1上部为炉座2、炉座2上部为炉体3、炉体3内为炉腔6、炉腔6内底部为炉底5、并均布原料粉末22、顶部为炉盖4，炉体3外部为微波加热器11、上侧部设有出气孔20，炉体3的炉壁上对称设有传感器7、8、9、10，炉座2下部为卸料斗21，炉体3侧部设有计算机控制器12，计算机控制器12由上至下依次设有液晶显示屏13、指示灯14、18、电源开关19、微波调节键17、炉盖开关15、炉底开关16；在炉支架1的下部中间位置设有冷却箱23，冷却箱23联接氮气阀25、氮气瓶24，冷却箱23内底部为产物粉末27、上部为氮气26。

图3所示，为产物磁选提纯状态图，产物粉末磁选提纯是在专用磁选机上进行的，磁选机为立式，上部为进料斗28，向下联接细磨机29、输料管30，输料管30联通筛网箱31，筛网箱31内设有振荡器32，筛网箱31联接输料管33、磁选箱34，磁选箱34内设有搅拌器36、叶轮37、电机35，磁选箱34下部联接杂质出口38，杂质出口38联接杂质箱39，杂质箱39内为杂质40；磁选箱34右部联接磁吸管41，磁吸管41联接磁选机42，磁选机42内设有电磁铁43、并联接电磁电源44，磁选机42下部联接产物出口45，产物出口45联接产物箱47，产物箱47内为产物粉末46。

磁选箱34为分离箱，杂质直接由杂质出口排入杂质箱39，金属锰铁粉末经磁吸管41、磁选机42磁选，产物细粉进入产物口45，并排入产物箱47，磁选机42、电磁铁43的磁场强度以1.5-2万高斯为宜，也可视制取产物的量值进行调控。

图4所示，为碳还原炼制过程温度与时间坐标关系图，微波加热、碳还原温度由20℃±3℃升至1000℃±50℃，相交于A点，恒温保温2min±1min，即A-B区段，然后再升温至1300℃±50℃，即C点，恒温保温5min±1min，即C-D区段，然后关闭微波加热器，产物随炉自然冷却至200℃±20℃出炉，即E点，最后在冷却箱内、在氮气保护下冷却至20℃±3℃，即F点。

图5所示，为贫锰矿粉碳还原1000℃时，放大40倍状态图，图中可知：白亮色物质为金属锰铁，深灰色物质为锰铁矿粉，矿粉间有空隙，较松散，图像标尺单位1mm。

图6所示，为贫锰矿粉终还原炼制1300℃时，放大80倍状态图，图中可知：白亮色物质为金属锰铁，浅灰色物质为锰铁矿粉，金属锰铁聚集、结块增大，矿粉间有空隙、较松散，图象标尺单位500um。

图7所示，为金属锰铁产物粉粒形貌图，图中可知：产物形貌为黑色颗粒，粉末单个晶粒致密性强，呈金属状。

Claims (5)

1.一种用贫锰矿粉制取低碳金属锰铁的方法，其特征在于：使用的化学物质原料为：贫锰矿粉、无烟煤粉、石灰粉、氮气，其组合配比是：以千克、米³为计量单位

贫锰矿粉：MnO₂·FeO·SiO₂       700kg±10kg

无烟煤粉：C·H₂O                300kg±30kg

石灰粉：CaO                     50kg±10kg

氮气：N₂                        100m³±10m³

制取方法如下：

(1)精选原料，进行含量控制

贫锰矿粉：MnO₂    15-25％

          FeO     10-20％

无烟煤粉：C       70-90％

          H₂O     2-5％

石灰粉：CaO       60-80％

氮气：N₂          99.5％

(2)粉碎、细磨、过筛

对精选的化学物质原料要分别进行粉碎、细磨、过筛，成细粉状，反复粉碎、过筛，用筛网进行细度控制：

贫锰矿粉：筛网200目，细粉粒径≤0.075mm

无烟煤粉：筛网200目，细粉粒径≤0.075mm

石灰粉：筛网200目，细粉粒径≤0.075mm

留下细粉，剔除杂质；

(3)原料混合、搅拌

将贫锰矿粉700kg±10kg、无烟煤粉300kg±30kg、石灰粉50kg±10kg置于原料搅拌箱内进行混合、搅拌，搅拌时间10min±1min，使之均匀；

(4)在微波还原炉内松散布料

将混合均匀的原料细粉置于计算机控制的微波还原炉炉腔内，从炉腔底部开始，分层、自然、松散布料，要用＞200目的筛筐筛漏，逐层布料，并留有空隙；

(5)微波炉预热、预还原

关闭计算机控制的微波炉炉盖，使微波炉处于密闭状态，并留有气孔；

开启微波发生器，微波炉内传感器摄取温度信息，使温度信息传输给计算机控制器，温度从20℃±3℃升至1000℃±50℃，升温速度为50℃/min，升温时间为20min，在此温度恒温、保温2min±1min，微波加热频率为2.45GHZ、功率为10000KW，原料细粉在炉腔内将进行化学反应，产生一氧化碳，一氧化碳对原料细粉进行预还原，化学反应式如下：

式中：

MnO₂.：二氧化锰

MnO：氧化亚锰

FeO：氧化亚铁

Fe：铁

SiO₂：二氧化硅

CO：一氧化碳

CO₂：二氧化碳

(6)一氧化碳终还原炼制锰铁

一氧化碳预还原结束后，微波炉温度由1000℃±50℃继续升温至1300℃±50℃，在此温度恒温、保温5min±1min，微波加热频率为2.45GHZ、功率为10000KW，贫锰矿粉+无烟煤粉+石灰粉充分进行化学反应，化学反应式如下：

式中：

C：碳

Mn：锰

(7)锰铁产物出炉

炼制结束后，关闭微波加热器，使产物随炉自然冷却至200℃±20℃；

打开炉体卸料斗，将产物卸入专用产物箱内；

(8)氮气保护冷却

将产物箱封闭，并充入惰性气体-氮气，充入速度为2m³/min；

产物箱及产物在氮气保护下自然冷却至20℃±3℃；

其产物为海绵锰铁；

(9)粉碎、过筛

冷却后的海绵锰铁，要进行粉碎、过筛，反复粉碎，反复过筛，成细粉；

筛网目数：200目

细粉粒径：0.075mm

(10)磁选提纯

冷却、粉碎、过筛后的海绵锰铁置于专用磁选机内，进行磁选、提纯、剔除杂质，留存金属锰铁粉末；

磁选机风机转数为：3-5转/min；

磁选机磁场强度为：15000-20000高斯；

磁选后金属锰铁产收率为：98％；

(11)检测、化验、分析

对磁选提纯后的金属锰铁粉末要进行色泽、成分、纯度、含锰量、含铁量、含碳量、含硫量、含磷量、含杂质量、全相组织形貌、产物性能进行检测、化验、分析；

用原子吸收容量法进行锰Mn、铁Fe分析；

用燃烧法进行硫S分析；

用原子吸收分光光度计进行磷P分析；

用非水滴定法进行碳C分析；

金属锰铁粉末含锰量为：75％、含铁量为20％、含碳量＜0.5％、含硫量＜0.5％、含磷量＜0.2％、含杂质量＜2％，粉末粒径为0.075mm；

(12)储存包装

对炼制提纯后的产物——金属锰铁粉末，密闭储存于专用容器，置于干燥环境，要防水、防潮、防氧化、防酸碱侵蚀，储存温度20℃±3℃，相对湿度≤20％。

2.根据权利要求1所述的一种用贫锰矿粉制取低碳金属锰铁的方法，其特征在于：所述的用贫锰矿粉制取金属锰铁，是以贫锰矿粉为原料、以无烟煤粉为还原剂、以石灰粉为熔炼剂、以氮气为金属锰铁粉末冷却的保护气体。

3.根据权利要求1所述的一种用贫锰矿粉制取低碳金属锰铁的方法，其特征在于：所述的用计算机控制的微波加热炉炼制金属锰铁，预热、一氧化碳预还原温度为1000℃±50℃，恒温、保温时间为2min±1min，一氧化碳终还原炼制温度时间为为1300℃±50℃，恒温、保温5min±1min，微波加热频率为2.45GHZ、功率为10000KW。

4.根据权利要求1所述的一种用贫锰矿粉制取低碳金属锰铁的方法，其特征在于：所述的用贫锰矿粉制取金属锰铁，其产物粉末粒径为0.075mm、含锰量为75％、含铁量为20％、含碳量＜0.5％、含硫量＜0.5％、含磷量＜0.2％、含杂质量＜2％，产收率为98％。

5.根据权利要求1所述的一种用贫锰矿粉制取低碳金属锰铁的方法，其特征在于：所述的金属锰铁的提纯是在磁选机上进行的，磁选机风机转数为3-5转/min，磁选磁场强度为15000-20000高斯。

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