CN101413056B - 一种锰矿石还原焙烧方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电解锰行业采用二氧化锰还原焙烧成一氧化锰的方法和设备，是先将烘干后的二氧化锰矿粉碎，与还原粉均匀搅拌，输送至焙烧炉顶部进料仓，进入密闭焙烧器内，密闭焙烧器之间安装多个烧咀，燃烧燃料给二氧化锰矿石焙烧，二氧化锰矿石与还原粉在无氧补充的密闭焙烧器内加热焙烧到900℃-970℃，反应后在密闭焙烧器内下端在无氧接触的情况下将焙烧后的锰矿石降温并回收热量和冷却，最后由自动出料装置排出炉外，进入下一工序，本方法和设备可对高低品位的二氧化锰矿进行还原焙烧，其生产成本低，工艺简单，操作方便，而且能通过自动出料装置控制其二氧化锰及其他金属的还原率，提高最终产品的品质。

Description

一种锰矿石还原焙烧方法及设备

技术领域

本发明涉及生产电解锰的原料一氧化锰的方法和设备，特别是利用二氧化锰矿粉还原焙烧成一氧化锰的方法和设备。

背景技术

二氧化锰矿粉在一般条件下和硫酸不反应，但经高温焙烧后还原成一氧化锰后就可以和硫酸反应成硫酸锰用于电解锰生产，电解锰行业采用二氧化锰矿粉还原焙烧后的一氧化锰进行生产电解锰已进入实践阶段。目前采用的焙烧设备有：(1)反射炉、(2)沸腾炉焙烧、(3)竖炉、(4)回转窑、(5)微波等。我们首先简述这几种方法的特点：

1、反射炉

反射炉结构简单，将二氧化锰矿在炉中焙烧经过炭还原后，再将焙砂装入容器内上面覆盖一层水防止氧化，放入水中再慢慢冷却，由于经常打开炉门，炉内温度不稳定且不易控制，导致焙烧产品质量不稳定，热耗高、产量低、转化率低，工作现场温度高，粉尘大，环境污染严重，劳动条件恶劣。，国家发改委已明令取缔反射炉用于生产电解锰生产工艺。

2、沸腾炉

沸腾炉焙烧是煤粉和还原矿石在同一炉膛内完成加热—还原过程，但炉内气体难以合理地控制，需要很大风力，这样造成烟尘较大，热耗高、残炭高，热效率低，目前很少在工业生产中应用。

3、回转窑

回转窑有外热和外热式两种，已经有应用在生产上，但回转窑能耗高，内热式焙烧温度难以有效控制，易结窑，外热式(电加热)的炉体损耗大，耗电成本亦高，烟尘大、配套设备较复杂，内热式焙烧温度难以有效控制，易结窑；外热式(电加热)的炉体损耗大，耗电成本亦高。而流态化焙烧炉则热耗高、烟尘大、配套设备较复杂。此这两种炉型结构不是很合理及冷却效果差设备故障率高而全部停用或正在整改。

4、竖炉

竖炉焙烧是煤粉和还原矿石在同一炉膛内加热，由于炉膛高，矿层厚通风差，只合适大粒状的矿石焙烧，矿石透气性差、还原效果不理想，过程热耗高，动力大，对环境污染大，环保除尘运行费用大。

5、微波

微波加热焙烧二氧化锰矿是近来出现的一种新技术，微波加热对二氧化锰矿的碳热还原焙烧有显著的催化作用，使其还原速度加快而且还原程度彻底。但由于微波设备造价高，用电负荷大，电力设施投资巨大。微波设备制造精密度，大量的电子元件构成容易出现故障而难维修，用在工业生产还需要解决很多技术上的难题。

近年来一些文献公开了一些改进的二氧化锰焙烧炉，例如：中国专利申请号：200520052813.1，公开(公告)号：CN2879076公开了一种二氧化锰焙烧炉，由焙烧室和冷却室组成，焙烧炉为上下立式结构，其上部为圆拄形焙烧室，熔烧室周边有多个进料口，下部为冷却室，焙饶室与冷却室通过成料出口垂直相通。二氧化锰矿粉经进料口进入焙烧室，焙烧成品后，经人工报至成料出口，下落入冷却室。冷却室内装有百叶水箱，焙烧好的成料由百叶水箱内循环的流水散热，封闭冷却。成料冷却后由二氧化锰生成一氧化锰，通过冷却出料口出炉备用。该炉子的成料从焙烧室中部的出料口落入冷却室，全封闭水冷后出炉，缩短了烧炉时间，节省了燃煤，避免了人的高温作业。但是该焙烧炉还存在的不足之处是焙烧室设计不合理，二氧化锰矿粉在焙烧过程接触过多氧气，造成部分二氧化锰反应不完全。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种二氧化锰矿粉反应完全、节能降耗、清洁环保、劳动强度低、自动化程度高，还能充分利用热能的方法及设备。

本发明的技术方案是这样实现的：首先将烘干后的二氧化锰矿粉碎至<15mm的粒度，与还原粉以10：0.5—2比例，均匀搅拌，输送至焙烧炉顶部进料仓，进入若干个密闭焙烧器内，密闭焙烧器之间安装多个烧咀，燃烧燃料给二氧化锰矿石焙烧，二氧化锰矿石与还原粉在无氧补充的密闭焙烧器内加热焙烧到900℃-970℃，反应时间2—3小时，然后在密闭焙烧器内下端在无氧接触的情况下将焙烧后的锰矿石降温并回收热量和进一步冷却到60℃以下，最后由自动出料装置排出炉外，进入下一工艺工序。

以上所述的还原粉是无烟粉煤或焦炭，或者是能够将锰矿石中的氧脱除的燃料，要求无硫和其它杂质。

以上所述的锰矿石降温并回收热量是焙烧反应完成的锰矿石用空气在密闭的焙烧器外用空气降温到200—300℃，热空气收集作为密闭焙烧器外加热燃料的热风源。

以上所述的进一步冷却是将焙烧降温后的锰矿石用间接水冷却。

以上所述的密闭焙烧器为管状、球状或不规则形状焙烧器。

以上所述的加热源可用发生炉煤气、天燃气、柴油，重油或电加热等，二氧化锰矿粉以间接加热的方式反应，可以设计自动化炉温控制装置。

以上所述的二氧化锰矿粉还原焙烧工艺所需的设备是一个上中下三段立式结构的焙烧炉，其上部为进料装置和若干个密闭焙烧器，每个密闭焙烧器的顶部即为进料口，相邻的密闭焙烧器之间安装多个烧咀，作为燃烧室；焙烧炉的中部为余热回收段，余热回收段是将冷空气管导入密闭焙烧器的下方，将焙烧后的矿粉冷却到200—300℃，加热后的热风从环状风管输出作为燃气总管的入口，这样就可以提高热能的利用，余热回收段的下方是安装有冷却管的冷却段，冷却管内与密闭焙烧器相通，冷却水分布在矿粉管外，连接有进出水管，由循环水将热量带走，进行封闭冷却。冷却段下方设置有自动出料装置，调节出料速度来控制焙料的焙烧时间和出料量。成料冷却后由出料装置排出炉外，送下一工段工艺(浸出)。

以上所述的二氧化锰矿粉还原焙烧炉，顶部和底部可以是锥体结构，焙烧炉外壁用耐火筒形砖砌成；也可以采用矩形结构。

以上所述的二氧化锰矿粉还原焙烧炉，密闭焙烧器是可以从进料装置一直通到余热回收段的直通耐火管，或者是分成若干段的直通耐火管，但是中间不能漏气漏水，否则影响二氧化锰的还原。

以上所述的进料装置采用圆盘自动布料进料装置，这样二氧化锰矿粉进料比较松散均匀，焙烧管不容易堵塞。

以上所述的自动出料装置可以采用无级调速自动出料装置，使得还原以后的一氧化锰出料均匀。

以上所述的冷却段的冷却管为钢管，管外壁上设置有散热肋片，这样可以提高水的传热效率。

本发明和现有的设备和技术相比，有以下的优点；

1、圆盘自动进料装置能使矿石自动均匀布料进料，实现自动化控制，焙粉松散且有利于还原焙烧产生气体溢出。

2、多管状焙烧室或不规则球状焙烧器中的锰粉焙烧为隔焰焙烧，锰矿粉和火焰不接触有利锰矿粉还原且不会扬尘，烟气中不含矿粉，达环保排放要求。锥体耐火筒形砖有利于解决焙料受热膨胀而引起管中心区下料速度快而周壁慢的缺点，使焙料还原焙烧时间相等。

3、余热回收段利用鼓入冷空气得到热空气并送回烧咀作二次风节约燃料，比起现有的反射炉、竖炉等节省能源将近30％。

4、冷却段密闭焙烧器外壁上设置有散热肋片，加强传热，使经还原后的焙料保持品质稳定。

5、自动出料装置设置有无级调节装置，可分别调节每条焙烧管的出料量，控制焙粉的焙烧时间，使本工段的产品质量稳定，达到下一道工艺工段要求的锰粉还原率和产量，利于最终产品的品质及生产成本。

6、二氧化锰矿石与还原粉(还原性物质)共同混合后在不接触空气的密闭容器加热焙烧后又在密闭“无”氧中冷却到60℃以下，有效的防止焙烧后的一氧化锰矿粉和空气中的氧反应氧化成二氧化锰，保证产品质量稳定，提高焙砂转化率。

7、本发明可对高低品位的二氧化锰矿进行还原焙烧，其生产成本低，工艺简单，操作方便，产量高，而且能通过自动出料装置控制其二氧化锰及其他金属的还原率，以利于下道工序生产，提高最终产品的品质及生产成本。

附图说明

下面结合附图对本发明的进一步说明。

附图1是本发明的焙烧设备(炉)的纵面剖视图。

附图2是本发明的焙烧设备圆形布置断面剖视图。

附图3是本发明的焙烧设备矩形布置断面剖视图。

图中部件名称：1.立柱 2.出料仓 3.自动出料装置 4.循环冷却进水管 5.多管状冷却段 6.二次风环管 7.空气余热回收段 8.燃气分管 9.烧咀 10.焙烧室 11.燃气总管 12.保温炉墙 13.外壳 14.尾气余热回收装置 15.圆盘自动布料进料装置 16.输送机 17.防爆孔 18.清灰孔 19.冷风进管 20.循环冷却出水管。

具体实施方式

如图所示，本发明的其中一个二氧化锰矿焙烧设备(炉)的实施结构是一个上中下三段立式结构的焙烧炉，用立柱1支撑，焙烧炉外壁有保温炉墙12，还设有防爆孔17，焙烧炉上部为圆盘自动布料进料装置15，输送机16将粉碎至<15mm粒度的二氧化锰矿，与还原粉均匀搅拌，经圆盘自动布料进料装置15进入焙烧室内，焙烧室分布有均匀的密闭焙烧管10，密闭焙烧管10的数量根据产量设计，可在圆形的焙烧室截面设置12～26根，也可以按矩形布置，沿焙烧室长度方向均布8～40根，沿宽度方向均布3～5根。在密闭焙烧管10中间安装多个烧咀9，煤气、天燃气、柴油从燃气总管11通过燃料分管8进入烧咀9燃烧，密闭焙烧管10可以是直通耐火管做成，焙烧炉中部是空气余热回收段7，鼓风机或空压机引来的空气从冷风进管19进入空气余热回收段7，与密闭焙烧管10进行热交换，热空气从二次风环管6引出与燃料分管8的燃料合并进入烧咀9燃烧，这样就提高了进入烧咀9的燃料温度，达到节能的目的。空气余热回收段7下方是冷却段6，冷却段6安装有金属冷却管，与密闭焙烧管10连接，循环冷却进水管4进入金属冷却管的管间，从循环冷却出水管20接出，可以作为生产或生活热水使用，空气余热回收段7的锰矿石经过水冷却到60℃以下，焙烧炉下部是自动出料装置3，可以通过调节出料速度来控制焙料的焙烧时间和出料量，一氧化锰矿由经出料仓2排出炉外，进入下一工艺(浸出)工序。

图2和图3所示的焙烧设备分别给出了圆形布置以及矩形布置的实施结构，制造者可以根据需要造作外形为圆形或矩形的焙烧炉，内部构造与图1相同。

以下是二氧化锰矿焙烧生成一氧化锰的工艺实施例：

实施例1

烘干后的二氧化锰矿粒度<15mm与焦炭粉以10:0.5的比例经均匀搅拌，输送至焙烧室顶部进料仓，在圆盘自动布料进料装置及重力作用下连续缓慢的进入管状焙烧筒内。二氧化锰矿石与还原粉在密闭焙烧筒内加热焙烧到920℃-950℃后又在密闭“无”氧的空气余热回收段中冷却到250℃左右再进入密闭“无”氧的水冷却段中冷却60℃以下，最后由无级调速自动出料装置排出炉外，进入下一工艺工序。。由于在余热回收段和冷却段中焙料和外部空气不接触，有效的防止焙烧后的一氧化锰矿粉和空气中的氧反应氧化成二氧化锰，保证产品质量稳定，提高焙砂转化率，经测定，炉型焙砂转化率可达到97％以上。

实施例2

烘干后的二氧化锰矿粒度<15mm与还原无烟粉煤以10:1比例经均匀搅拌，输送至焙烧室顶部进料仓，在圆盘自动布料进料装置及重力作用下连续缓慢的进入管状焙烧筒内。二氧化锰矿石与还原粉在密闭焙烧筒内加热焙烧到930℃-970℃后又在密闭“无”氧的空气余热回收段中冷却到300℃左右再进入密闭“无”氧的水冷却段中冷却60℃以下，最后由无级调速自动出料装置排出炉外，进入下一工艺工序。。由于在余热回收段和冷却段中焙料和外部空气不接触，有效的防止焙烧后的一氧化锰矿粉和空气中的氧反应氧化成二氧化锰，保证产品质量稳定，提高焙砂转化率，经测定，焙砂转化率可达到95％以上。

Claims (9)

1.一种锰矿石还原焙烧方法，其特征在于：先将烘干后的二氧化锰矿粉碎至＜15mm的粒度，与还原粉以10∶0.5-2比例，均匀搅拌，输送至焙烧炉顶部进料仓，进入若干个密闭焙烧器内，密闭焙烧器之间安装多个烧咀，燃烧燃料给二氧化锰矿石焙烧，二氧化锰矿石与还原粉在无氧补充的密闭焙烧器内加热焙烧到900℃-970℃，反应时间2-3小时，然后在密闭焙烧器内下端在无氧接触的情况下将焙烧后的锰矿石降温并回收热量和进一步冷却到60℃以下，最后由自动出料装置排出炉外，进入下一工艺工序；

所述的锰矿石降温并回收热量和进一步冷却的过程是焙烧反应完成的锰矿石用空气将密闭焙烧器内的锰矿石降温到200-300℃，热空气收集作为密闭焙烧器外加热燃料的热风源，然后将焙烧降温后的锰矿石用间接水冷却。

2.根据权利要求1所述的锰矿石还原焙烧方法，其特征在于：所述的还原粉是无烟粉煤或焦炭。

3.根据权利要求1所述的锰矿石还原焙烧方法，其特征在于：所述的密闭焙烧器为管状、球状或不规则形状焙烧器。

4.如权利要求1所述的锰矿石还原焙烧方法所需要的设备，其特征在于：所述的设备是一个有上中下三段立式结构的二氧化锰矿粉还原焙烧炉，其上部为进料装置和若干个密闭焙烧器，每个密闭焙烧器的顶部即为进料口，相邻的密闭焙烧器之间安装多个烧咀，作为燃烧室；焙烧炉的中部为余热回收段，余热回收段是将冷空气管导入密闭焙烧器的下方，将焙烧后的矿粉冷却到200-300℃，加热后的热风从环状风管输出作为燃气总管的入口，余热回收段的下方是安装有冷却管的冷却段，冷却管内与密闭焙烧器相通，下端接自动出料装置，冷却水分布在矿粉管外，连接有进出水管，进行封闭冷却，成料冷却后由出料装置排出炉外。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于：焙烧炉顶部和底部是锥体结构，焙烧炉外壁用耐火筒形砖砌成，或者采用矩形结构。

6.根据权利要求4所述的设备，其特征在于：密闭焙烧器是从进料装置一直通到余热回收段的直通耐火管，或者是分成若干段的直通耐火管。

7.根据权利要求4所述的设备，其特征在于：所述的进料装置采用圆盘自动布料进料装置。

8.根据权利要求4所述的设备，其特征在于：所述的自动出料装置采用无级调速自动出料装置。

9.根据权利要求4所述的设备，其特征在于：所述的冷却段的冷却管为钢管，管外壁上设置有散热肋片。

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