CN101555549A - 锰富集冶炼方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种锰富集冶炼新工艺及其设备，其是在现有技术基础之上，采取适当的措施来处理多金属伴生矿以及锰铁比极低的贫锰矿，以达到增加金属锰进入渣中的比例、根据需要控制生铁中Mn的含量、提高富锰渣品味的目的，且能耗低和设备先进、流程一体化。
Description
技术领域
本发明涉及多金属伴生矿及贫锰矿的富集冶炼方法及设备，尤其涉及锰的富集及多样化低锰铁合金的一体化冶炼方法及设备。
背景技术
目前，我国和其它许多国家都有大量多金属伴生矿和锰铁比极低的贫锰矿，例如安徽铜陵的锰矿含量为Mn含量5-8％，Fe含量40-48％，P含量0.1％，Pb含量0.5％，Zn含量2％，例如澳大利亚和南非的锰矿含量为Mn的含量32％、Fe含量24％、Pb含量0.8％、Zn含量1.5％。此类矿品位低、难冶炼，机械选矿法不能将此类矿中的铁锰分离和富集，以致这类矿既不能炼铁，也不能作为锰系铁合金的原料，一直被视为垃圾矿丢弃。这类贫锰矿又是我国主要的锰矿资源。为此，开发利用贫锰矿具有很大的经济意义。
将锰元素富集到渣中，同时将有害元素铅和锌提炼出来，可得到精品富锰渣，以用做生产炼钢用硅锰合金及金属锰的原料。以高炉为主要设备，利用贫锰矿制取富锰渣的过程就是锰在渣中富集的过程，是根据锰矿中Fe、Mn、Pb、Zn、P等元素对C元素亲合力的不同，在高炉内通过控制适当的炉温，使Fe、P元素尽量还原，而Mn元素尽量少还原，由此把Mn富集在渣中，获得高锰渣和多用途的含锰生铁。而目前利用高炉进行冶炼所能得到的富锰渣，其Mn含量一般在35％以下，其中Fe含量在3-4％甚至更高，这样的产品还不能满足铁合金生产中对精品矿的要求。
在现有利用贫锰矿的工艺中，生产富锰渣的高炉和冶炼生铁的高炉相似，在现有技术的基础上有或多或少的改进。例如高炉二步法的第一步是在高炉中，对贫锰矿进行选择性还原，得到富锰渣；第二步是在另一座高炉中，以富锰渣搭配部分高碱度高氧化镁烧结矿，生产碳素锰铁。但该工艺的主要缺点是所使用的贫锰矿含锰量范围只限于23-30％，铁要求不大于10％，对于含锰量低于20％的贫锰矿无法处理，且需要两座高炉，工艺较复杂。
专利号为CN88104767.8的工艺是对高炉二步法的改进，能处理锰铁比较低的贫锰矿(含锰10-28％，含铁20％以上，Mn/Fe＝0.2-2.0)，其第一阶段以回转炉为还原设备，采用煤作还原剂，得到固态的Fe和MnO，第二阶段利用熔炼炉对第一阶段的固态产物Fe和MnO进行融化分离，进而得到富锰渣，还原产物中的Fe变为钢水留在炉内，通过精炼变成各种牌号的钢种。然而该工艺也是分为两个阶段进行，采用两种炉体，费时费力。
仍需开发降低富锰渣中Fe的含量和提升下游客户对生铁中Mn含量多样化要求的新工艺。富锰渣中铁高导致下游铁合金厂成本高还受制于外商，因为他们必须进口低铁锰矿；而专利号88104767.8的工艺不利于下游客户对低锰铁合金多样化要求。
另一方面，在锰铁矿的原料矿石中含有一定量的铅，由于铅的比重很大，在冶炼过程中铅液向炉底沉积并可能穿透炉底的耐火砖，导致炉体底端的损坏，不仅容易酿成安全事故，而且因修复会增加投资和需要停产，严重地影响正常生产；另外，在锰铁矿中含有的铅和锌容易在冶炼过程中产生“铅锌瘤”，造成反应炉内液态物料的非正常流动，影响产品质量，甚至不能正常生产。
另外，在锰铁矿的原料矿石中还含有一定量的锌，在冶炼过程中产生锌尘，经过布袋除尘器的除尘布袋收集后，锌尘在除尘布袋的锥形出灰口排出时的温度高达200℃以上，高温的锌尘遇到空气中的氧气容易发生燃烧，常常造成除尘布袋出口乃至整个除尘布袋被烧毁，不但影响正常的生产，而且还会增加生产成本。
此外，现有的反应炉的出料口(以铁水为主)与出渣口(以锰与其他矿渣为主)单独设置再炉体的不同位置，需要在炉体不同的侧面的外围分别设置与出料口和出渣口对应的产品后续处理(如剥离废渣和成型)的现场，分别占用很大的面积，不同工序之间难免存在相互影响的问题，不仅增加了生产成本，而且还会降低生产效率。
发明内容
本发明的目的是在现有技术基础之上，采取适当的配矿比例和工艺参数来冶炼多金属伴生矿和锰铁比极低的贫锰矿，以达到增加金属锰进入渣中的比例、提高富锰渣品位、并根据需要控制生铁中Mn的含量的目的；并且本发明的设备需要解决现有技术存在的在冶炼过程中铅液向炉底沉积可能穿透炉底，铅和锌容易在冶炼过程中产生“铅锌瘤”；锌尘在除尘布袋的在处理过程中高温的锌尘遇到空气中的氧气容易发生燃烧，常常造成除尘布袋出口乃至整个除尘布袋被烧毁而影响正常的生产、增加生产成本；现有的反应炉的出料口与出渣口单独设置占用很大面积，不同工序之间难免存在相互影响的诸多问题，提供产品品味高、设备先进、流程一体化的锰富集冶炼方法及设备。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种锰富集冶炼方法，其主要包括配料、加料、送风、冶炼、收尘、回收等步骤。配料主要是以锰矿石为原料矿、焦炭为还原剂。锰矿石的化学成分主要有Mn、Fe、SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Pb、Zn等，在高炉冶炼富锰渣时，Mn有85％以上进入炉渣，SiO2、Al2O3、CaO、MgO几乎全部进入炉渣，Fe、P大约90％进入生铁，而Pb和Zn作为有害物质需要控制其进入炉渣和生铁中的含量。
在本发明中，所述原料矿可以采用一种锰矿石，或通过几种锰矿石混合配矿，调整混合矿的成分，以满足所述原料矿中Mn的重量百分比为15-21％，Fe的重量百分比为33％-42％，这样的成分能满足生产含Mn42％以上的高锰低铁的富锰渣的要求，获得较好的经济技术指标和社会效益。其中，优选Mn的重量百分比为17％-21％，Fe的重量百分比为33％-36％，且Mn和Fe的含量总和大于等于53％。更优选Mn的重量百分比为17.5％，Fe的重量百分比为35.7％。
优选的，所述原料矿中还可以添加少量生石灰，优选含有重量百分比为80％-90％的CaO的生石灰。所述生石灰的加入量要保证原料矿与生石灰的混合物中CaO的总重量与SiO2的重量之比为0.35-0.5，因为含锰40％以上的富锰渣其流动性差，而本发明通过合理的配比解决了这一问题，由于Ca2+碱性离子的流动性好，所以要适当增加其含量，来稀释渣，以解决高品位富锰渣的流动性并可加速锰的还原。
然后将原料矿加工成粒度20-40mm，焦炭加工成粒度25-50mm，生石灰加工成粒度3-10mm。
将上述原料矿或原料矿与生石灰的混合物1.35-1.4份、焦炭0.35-0.4份加入反应炉中，进行送风、冶炼的步骤，其中冶炼的温度1300-1350℃，反应时间65-70min。这是由于富锰渣的冶炼要抑制锰的还原，实际上就是控制渣中MnO的还原条件。在保证铁的还原及抑制锰的还原来看，富锰渣的温度控制在1300-1350℃是合适的。在高碱度情况下，如果超过1350℃，MnO就将快速还原进入铁中，根据这样原理本发明可以根据下游工厂需要生产不同含锰量的生铁，即多样化的低锰铁合金。
所用设备可以为炼铁高炉，也可以采用本发明的锰富集冶炼设备。
本发明还提供一种锰富集冶炼设备，包括反应炉、自动上料系统、烟尘处理系统和空气预热系统，自动上料系统的出口设在反应炉的进料口，反应炉上端的烟尘排放口与烟尘处理系统的入口连接，空气预热系统将预热的空气输送到反应炉中部的空气入口，其特征在于：在靠近所述的反应炉的炉体内的底面上方的侧面设有单一的出料出渣口；在距所述炉体内部底面的下方600～800mm处的炉体侧面设有出铅口，该出铅口与设在炉体底部内同一位置的铅回收通道相通，该铅回收通道至炉体内部底面之间由耐火砖砌成，在耐火砖之间留有渗透间隙。
本发明所得产物主要为含锰量42-48％的富锰渣、多样化的低锰铁合金(其中锰的含量根据需要可为2-30％)，二者利用比重的不同在出渣口分离。另外回收的铅因为比重最大，在炉底的出铅口收集，铅回收温度400-450℃；锌以ZnO的形式在350℃挥发，随煤气出来形成锌尘以回收加以利用，可作精细化工的原料。
与现有技术相比，本发明的方法主要优点如下：
(1)能够利用多金属伴生矿和锰铁比极低的贫锰矿，通过合理的配料得到高锰含量的富锰渣，达到充分利用资源的目的；
(2)整个工艺的产物为含Mn量达42-48％的高锰低铁富锰渣、多样化的低锰铁合金，铅、锌尘可以回收，经济效益显著；
(3)与高炉二步法等现有技术相比，本发明的工艺简单、流程一体化。
本发明的设备的优点是：
(1)炉内的铅液通过炉底的铅渗透间隙向下的渗透进入铅回收通道，并通过出铅口流出，实现铅的回收；
(2)出料口和出渣口合而为一，比分别设置出料口和出渣口节省一半的现场面积，并且有利于生产现场面积的布置，提高了生产效率；
(3)利用二次集灰斗的过渡和两个电控阀门的时序控制，可以使刚刚从除尘布袋排出的高温锌尘在二次集灰斗内停留一定时间，使其温度下降到遇到氧气不会燃烧的温度(150℃以下)，然后排放到皮带式传输装置上，并利用后者输送到集灰箱内储存或进行后续的处理。
附图说明
图1是本发明设备的总体构成示意图；
图2是本发明反应炉的剖视结构示意图；
图3是图2中的炉底部分的局部放大图(图4的B-B剖视图)；
图4是图3的A-A剖视图；
图5是本发明的布袋除尘器的结构示意图。
具体实施方式
以下对本发明的技术特征和优点作更详细的说明。
本发明提供一种锰富集冶炼方法，其主要包括配料、加料、送风、冶炼、收尘、回收等步骤。本发明的原料矿可以采用一种锰矿石，或通过几种锰矿石配矿，调整其成分，以满足原料矿中Mn含量为15-21％，Fe含量为33-42％，均为重量百分比。进一步优选Mn的重量百分比为17％-21％，Fe的重量百分比为33％-36％，且Mn和Fe的含量总和大于等于53％。更优选Mn的重量百分比为17.5％，Fe的重量百分比为35.7％。
[实施例1]
原料锰矿石的主要含量如表1所示：
表1
| 含量(重量％) | Mn | Fe | CaO | SiO2 | Pb | Zn |
| 甲 | 5 | 45 | 0.84 | 11.20 | 0.6 | 0.8 |
| 乙 | 8 | 50 | 1.12 | 9.83 | 0.35 | 1.2 |
| 丙 | 30 | 24 | 1.70 | 10.4 | 0.55 | 0.8 |
| 丁 | 27 | 25 | 1.68 | 10.32 | 0.8 | 1.5 |
其中，甲为铜陵块，乙为铜陵块，丙为南非块，丁为印度粉。将如下重量比的锰矿石：甲30％、乙20％、丙30％、丁20％配置成混合矿，所得混合矿中Mn含量为17.5％，Fe含量为35.7％。将这四种锰矿石粒度加工成20-40mm。
并且根据CaO/SiO2＝0.35，则需向100Kg混合矿中再加入2.43Kg含有90％的CaO的生石灰得到混合物。生石灰粒度为3-10mm。
焦炭采用一级焦(灰分12-12.5)，粒度加工成25-50mm。
将上述混合物1350Kg，焦炭450Kg，加入本发明反应炉中。由鼓风机将含氧气体送入热风炉中，经被从高炉中回收过来的CO气体燃烧加热后，变成950度以上热风，再鼓入高炉中进行热反应。所述高炉可以为炼铁高炉，也可以为本发明锰富集冶炼设备。
本发明一种锰富集冶炼设备参见图1～图6，包括自动上料系统1、反应炉2、烟尘处理系统(由重力除尘装置5、旋风除尘6和布袋除尘器7组成)和空气预热系统8，反应炉2上端的烟尘排放口(管)21与烟尘处理系统的重力除尘装置5的入口连接，空气预热系统8将预热的空气输送到反应炉2中部的空气入口25。
参见图2～图4，本发明的反应炉2包括筒形的炉体23，在其顶端设有排烟管21和进料口22，在该进料口22上装有填料用的小料钟28和大料钟29，在该炉体23的下部侧面设有空气入口25，在靠近该炉体内的底面231上方的侧面设有合二为一的出料出渣口26，该出料出渣口26距离所述的炉体内的底面231的距离为250～350mm。炉体23的内衬为耐火砖，在内衬与外壁之间设有骨料层20(参见图2、图3)。在距所述炉体内部底面231的下方600～800mm(优选700mm)处的炉体侧面设有出铅口27，该出铅口27与设在炉体底部内同一位置的铅回收通道272相通，该铅回收通道272至炉体内部底面231之间也由耐火砖砌成，在耐火砖之间留有渗透间隙271。
所述的铅回收通道272的宽度为5～10mm，高度可以是一个耐火砖的厚度或宽度相当；所述的渗透间隙71的宽度为3～5mm。
炉体内底面231至出料出渣口26的炉体内壁为圆锥面232，这一部分在工作时存有不流动的铁水，俗称“死铁层”。
一般在炉体23的底部也设有两层骨料层20(参见图1)，铅回收通道272与炉壁相邻处也设有骨料20。设置骨料层20的目的是防止铅流失。
出铅口27与炉体底面231的距离的确定主要考虑铅的熔点，上述距离太大，铅液沉降到出铅口27时的温度接近于其熔点，流动性变差，不利于铅液的排出。如果该距离太小，铅液沉降到出铅口27时的温度较高，与其他矿物液体的混合度较高，也不利于铅液的分离回收。铅回收的温度选在400-450℃较为合适。
出料出渣口26位于地面G上面，利用锰渣(含锰40％以下)与铁锰水(约含铁90％)的比重差别(锰渣的比重低于锰铁水)，分别将二者分离引导到地面上不同的地方进行成型处理，如图1所示，将分流的锰渣引入到铸渣机3上成型为锰毛坯(含锰量42-45％的精品富锰渣)，将分流的铁锰水引入到铸铁机4上成型为铁毛坯(低锰铁合金)。
所述的烟尘处理系统包括通过管道依次连接的重力除尘装置5、旋风除尘6和布袋除尘器7，在该布袋除尘器7的除尘布袋71的下端的锥形出灰口72的下面装有二次集灰斗74，在该二次集灰斗74的下端设有锥形出口。在所述的除尘布袋71的锥形出灰口72和二次集灰斗74的锥形出口均安装有电控阀门73和75(或手动阀门)。
作为进一步的改进，本发明还可在所述的二次集灰斗74的下方安装皮带式传输装置76，在该皮带式传输装置76的一端设有集灰箱77。
所述的电磁阀门73、75，以及皮带式传输装置76的驱动装置均可由一控制装置(未图示)进行时序的控制。控制方式可根据每一除尘布袋71的排灰量、二次集灰斗74的容积控制两个电磁阀门73、75的开启和关闭的时间间隔和时间长度，并根据二次集灰斗74的排放量控制皮带式传输装置76的传输速度。可以人工或自动更换集灰箱77。
本发明利用二次集灰斗74的过渡和两个电控阀门73、75的时序控制，可以使刚刚从除尘布袋71排出的高温锌尘在二次集灰斗74内停留一定时间，使其温度下降到遇到氧气不会燃烧的温度(150℃以下)，然后排放到皮带式传输装置76上，并利用皮带式传输装置76输送到集灰箱77内储存或进行后续的处理或提炼。
所述的自动上料系统1包括依次顺序连接的装载机上料漏斗11、一级上料皮带机12、振动筛13、二级上料皮带机14、配料装置15、混合料传送带17和上料车19，上料车19在料车轨道上往复运行在混合料传送带17的出料一端与所述的反应炉顶端的进料口之间。上料车19与混合料传送带17之间装有卷扬机房18，用于上料车19的驱动。
本发明的空气预热系统8包括助燃风机81、离心风机82和热风炉84，助燃风机81通过助燃风管83连接到热风炉84，向炉内吹入助燃空气；离心风机82通过预热风管经过热风炉84预热后送入反应炉2的空气入口25，作为反应炉的氧化气源。
反应炉内冶炼的温度1300-1350℃，富锰渣冶炼要抑制锰的还原，实际上就是控制渣中MnO的还原条件。在保证铁的还原及抑制锰的还原来看，富锰渣的温度控制在1300-1350℃是合适的，如果超过1350℃，MnO就部分还原后进入铁中，铁中锰的含量提高。反应时间65-70min。
所得富锰渣的主要成分含量见表2，其为低磷低铁的高品位富锰渣，用做生产硅锰合金及金属锰的原料。所得富锰渣的产量为1000Kg。
表2
| 成分 | Mn | Fe | SiO2 | Al2O3 | CaO | MgO | P |
| 含量(重量％) | 42.5 | 0.9 | 24 | 8.3 | 8.45 | 1.0 | 0.009 |
所得低锰铁合金的主要成分含量见表3，其为低P、S、Si的生铁，可直接用于炼钢。
表3
| 成分 | Mn | C | P | S | Si | Fe |
| 含量(重量％) | 2.8 | 4.2 | 0.16 | 0.03 | 0.45 | 其余 |
本发明方法的铅的回收率为60-70％，锌的回收率为90％。
[实施例2]
原料锰矿石的主要含量如表4所示：
表4
| 含量(重量％) | Mn | Fe | CaO | SiO2 | Pb | Zn |
| 甲 | 33.6 | 23 | 0.3 | 3.6 | 0.58 | 0.3 |
| 乙 | 5 | 45 | 0.84 | 11.2 | 0.6 | 0.8 |
其中，甲为澳大利亚块，乙为铜陵块。将如下重量比的锰矿石：甲55％、乙45％配置成混合矿，所得混合矿中Mn含量为20.73％，Fe含量为32.9％。将这两种锰矿石粒度加工成20-40mm。
并且根据CaO/SiO2＝0.35，则需向100Kg混合矿中再加入2.25Kg的CaO含量为85％的生石灰得到混合物。生石灰粒度为3-10mm。
焦炭采用一级焦(灰分12-12.5)，粒度加工成25-50mm。
将上述混合物1400Kg，焦炭350Kg，加入本发明锰富集冶炼设备反应炉中。反应炉内冶炼的温度1300-1350℃，反应时间65-70min。其它工艺条件及设备同实施例1。
所得富锰渣的主要成分含量见表5，其为低磷低铁的高品位富锰渣，用做生产硅锰合金及金属锰的原料。所得富锰渣的产量为1000Kg。
表5
| 成分 | Mn | Fe | SiO2 | Al2O3 | CaO | MgO | P |
| 含量(重量％) | 47.85 | 1 | 19.3 | 6 | 6.8 | 2.8 | 0.009 |
所得低锰铁合金的主要成分含量见表6，其为低P、S、Si的生铁，可直接用于炼钢。
表6
| 成分 | Mn | C | P | S | Si | Fe |
| 含量(重量％) | 4 | 4.5 | 0.112 | 0.03 | 0.5 | 其余 |
本发明方法的铅的回收率为60-70％，锌的回收率为90％。
对本发明生产的富锰渣来说，起到决定性作用的是混合矿中Mn/Fe的比例，所用的原料矿的种类可以用任何种类的矿，只要这些矿的配比达到了这样的Mn/Fe比也可以生产出本发明的富锰渣。
另外，在高碱度情况下，如果反应温度超过1350℃，MnO就将快速还原进入生铁中，生铁中锰的含量提高，根据这样原理本工艺可以根据下游工厂需要生产不同含锰量的生铁(其中锰的含量根据需要可为2-30％)，即多样化的低锰铁合金。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种锰富集冶炼方法，包括配料、加料、送风、冶炼、收尘、回收的步骤，其配料采用至少含有Mn、Fe、Pb和Zn的锰矿石为原料矿以及焦炭作为还原剂，其特征在于所述原料矿可以采用一种锰矿石，或通过几种锰矿石混合配矿，使所述原料矿中Mn的重量百分比为15％-21％，Fe的重量百分比为33％-42％；将上述原料矿1.35-1.4重量份、焦炭0.35-0.4重量份加入反应炉中，进行送风、冶炼的步骤，其中冶炼的温度1300-1350℃，反应时间65-70min，即得Mn含量42％以上的高锰低铁矿和低锰铁合金，以及同时将矿石中含有的铅回收，锌则以ZnO的形式挥发形成锌尘以回收。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述原料矿中还可以添加少量含有CaO的生石灰，所述生石灰的加入量要保证原料矿与生石灰的混合物中CaO的总重量与SiO2的重量之比为0.35-0.5；将所述混合物1.35-1.4重量份、焦炭0.35-0.4重量份加入反应炉中进行反应。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述原料矿中Mn的重量百分比为17％-21％，Fe的重量百分比为33％-36％，且Mn和Fe的含量总和大于等于53％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述铅的回收温度400-450℃。
5.一种权利要求1所述的锰富集冶炼方法所采用的设备，包括反应炉、自动上料系统、烟尘处理系统和空气预热系统，自动上料系统的出口设在反应炉的进料口，反应炉上端的烟尘排放口与烟尘处理系统的入口连接，空气预热系统将预热的空气输送到反应炉中部的空气入口，其特征在于：在靠近所述的反应炉的炉体内的底面上方的侧面设有单一的出料出渣口；在距所述炉体内部底面的下方600～800mm处的炉体侧面设有出铅口，该出铅口与设在炉体底部内同一位置的铅回收通道相通，该铅回收通道至炉体内部底面之间由耐火砖砌成，在耐火砖之间留有渗透间隙。
6.根据权利要求5所述的锰富集冶炼设备，其特征在于：所述的铅回收通道相通的宽度为5～10mm；所述的渗透间隙的宽度为3～5mm；所述的出料出渣口距离所述的炉体内的底面250～350mm。
7.根据权利要求5所述的锰富集冶炼设备，其特征在于：在所述的炉体中部的周围设有热风围管，该热风围管的一端与所述的空气入口连接，该热风围管的另一端通过管道与所述的空气预热系统连接。
8.根据权利要求5所述的锰富集冶炼设备，其特征在于：所述的烟尘处理系统包括通过管道依次连接的重力除尘装置、旋风除尘和布袋除尘器，在该布袋除尘器的除尘布袋的下端的锥形出灰口的下面装有二次集灰斗，在该二次集灰斗的下端设有锥形出口；在所述的除尘布袋的锥形出灰口和二次集灰斗的锥形出口均安装有手动阀门或电控阀门，该电控阀门与一控制装置连接。
9.根据权利要求8所述的锰富集冶炼设备，其特征在于：在所述的二次集灰斗的下方装有皮带式传输装置，在该皮带式传输装置的一端设有集灰箱。
10.根据权利要求5所述的锰富集冶炼设备，其特征在于：所述的自动上料系统包括依次顺序连接的装载机上料漏斗、上料皮带机、振动筛、配料装置、混合料传送带和上料车，上料车在料车轨道上往复运行在混合料传送带的出料一端与所述的反应炉的进料口之间。
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