CN101760621A

CN101760621A - 一种锰矿浸取除铁的装置及其除铁方法

Info

Publication number: CN101760621A
Application number: CN200910250970A
Authority: CN
Inventors: 刘作华; 陈维; 周小霞; 陶长元; 刘仁龙; 范兴; 孙大贵; 宁伟征; 文龙明; 杨谦
Original assignee: CHENGKOU COUNCIL OF SCIENCE AND TECHNOLOGY; Chongqing University
Current assignee: CHENGKOU COUNCIL OF SCIENCE AND TECHNOLOGY; Chongqing University
Priority date: 2009-12-23
Filing date: 2009-12-23
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2029-12-23
Also published as: CN101760621B

Abstract

一种锰矿浸取除铁的装置及其除铁方法，是将空气以脉动的形式进入搅拌容器，辅助锰矿除铁。该装置主要由变频系统，传动系统，气体分布系统和搅拌桨系统组成。它采用的脉冲式空气射流搅拌系统，不仅实现了增大矿浆中氧气的浓度和减小搅拌死区的双重目的，而且节约了除铁中软锰矿的用量，再者它通过气体分布系统大量的缩短了锰矿浸取时间，使得锰矿浸取时间缩短到4小时，提高了工作效率60％。

Description

一种锰矿浸取除铁的装置及其除铁方法

技术领域

本发明涉及电解锰生产过程中，为氧化除铁所用的装置和运用该装置的除铁方法。

背景技术

在我国用电解方法生产电解金属锰(简称电解锰)的企业中大多采用碳酸锰矿(菱锰矿)为原料，在电解过程前还必须去除碳酸锰矿中的杂质，例如杂质成分中的铁。传统方法是用软锰矿(二氧化锰MnO₂)作为氧化剂，采用浸取氯化来除铁。其过程是将碳酸锰矿和软锰矿粉碎后制备成锰矿浆(在说明书中合并简称为“锰矿浆”)，然后在锰矿浆的浸出液中加入硫酸等以调节其pH值至3～5，接着在80～90℃条件下搅拌，以利用软锰矿来把浸出液中的二价铁(Fe²⁺)氧化为三价铁(Fe³⁺)；氧化完成后，再调整浸出液的pH值至近中性，以使三价铁水解而形成氢氧化铁[Fe(OH)₃]沉淀下来而进入锰渣，这样就达到了除铁目的。在这种用软锰矿作为氧化剂的方法中，不但浸取时间长(8～12小时)，而且软锰矿消耗量大，每生产1吨电解锰要消耗二氧化锰400kg(含锰16％)，二氧化锰的有效利用率也仅在30％～50％之间，近一半的二氧化锰粉因未起到氧化除铁的作用而直接进入滤渣之中被浪费掉了。为节约资源和成本，张飞等提出了利用空气来替代部分二氧化锰的方法(张飞，杨绍泽.用氧气部分或全部替代二氧化锰除铁生产电解电解锰技术的应用.中国锰业，2009，27(2)：45-48)，该方法是在锰矿浆的浸出液中充入空气、并加以搅拌，以利用空气中的氧气来对二价铁进行氧化，这的确取得了一定的替代部分二氧化锰的效果。然而，正如记载该方法的文献所说，该方法仍存在一些难点，其中的难点之一以及由此带来的不足是，氧气与溶液接触不充分。原因是该反应是气、液相接触反应，而空气的比重较轻，当空气进入溶液(锰矿浆的浸出液)后，在搅拌的作用下，气泡就迅速上升，在其中的氧气与浸出液水表面尚未充分接触(以渗透溶氧)的情况下，就直接进入大气中了。也就是说，该现有方法中被替代的二氧化锰还相当有限。

发明内容

本发明的第一目的是，提供一种能够让更多二氧化锰被空气的氧气所替代的锰矿浸取除铁的装置。

本发明的第二目的是，提供一种运用实现所述第一发明目的之装置的锰矿浸取除铁的方法。

实现所述第一目的之方案是这样一种锰矿浸取除铁的装置。与现有技术相同的方面是，该装置包括盛装锰矿浆的搅拌槽、搅拌轴的下部和固定在该搅拌轴下部的搅拌桨均浸没在该锰矿浆中的搅拌系统、位于该搅拌槽中且靠近该搅拌槽内底部的气体分布器和通过管路与该气体分布器联通的空气压缩机。其改进之处是，空气压缩机的电机为变频调速电机，气体分布器为圆环管，该气体分布器存在的若干送气孔是均位于其圆环管内侧的小孔，其孔径等于6～10mm，各小孔之间的中心距为20～50mm；在该气体分布器与搅拌槽内底部之间，至少安装有两个文丘里管，该文丘里管的进气端通过管路与另一台变频调速的空气压缩机联通。

进一步的改进是，搅拌桨设置有二、三或四层。

实现所述第二目的之方案是这样一种锰矿浸取除铁的方法，与现有技术相同的方面是，该方法是利用空气中的氧气来替代锰矿浆中部分二氧化锰的方法。其改进之处是，该除铁方法是在实现第一发明目的之锰矿浸取除铁的装置中进行的，其步骤如下：

①把尚未固液分离而仍带有其浸出液的锰矿浆，装入搅拌槽中，其装入量为搅拌槽容积的65～70％；然后，起动带动搅拌桨的电机，该搅拌桨的速度控制在300～350r/min之间，温度控制在40～60℃之间；然后，起动通过文丘里管向该锰矿浆充气的另一台变频调速的空气压缩机，在判断其供气畅通之后，立即起动通过气体分布器向该锰矿浆中充入空气的空气压缩机，逐渐加大通过气体分布器供气量，至锰矿浆被充气膨胀后的体积为搅拌槽容积的90％为止，并以此供气量维护8～12分钟；

②之后，两台空气压缩机均通过变频调速，以降低供气压力至仅仅维持文丘里管和所述气体分布器的送气孔不被堵塞为止，时间持续3～8分钟；

③然后，再次通过变频调速来恢复两台空气压缩机的供气量到步骤①的最后状态；

④此后，交替循环步骤②和步骤③的压力调节，4～6小时后停止搅拌和所有供气。

从实现所述第一目的之方案中可以看出，本发明的装置中，不但在气体分布器与搅拌槽内底部之间，至少增加安装了现有技术中没有的两个文丘里管，而且，为新增的文丘里管和气体分布器供气的空气压缩机均采用了变频电机来驱动。这样一来，在向锰矿浆充气对其中的二价铁进行氧化时，就可以利用脉冲射流供气的方式，使锰矿浆一段时间在较高压力下完全悬浮而变得相对松散，进而使带有氧气的空气大量地充入其中；一段时间又因压力相对降低而使其变得相对密集，进而在锰矿浆自身压力作用下加强氧气对锰矿浆的渗透。把气体分布器的送气孔全部改为小孔后，就能把在现有技术中出现的大气泡变成数量更多，但体积却更小的小气泡，于是，不但极大地增大了空气与锰矿浆接触的总面积，而且始终不能与锰矿浆接触的空气总量也极大地减少了。这样一来，不但氧化效果进一步得到提高，而且浪费的空气(实际上是浪费电力)的问题也得到克服。在通过文丘里管向锰矿浆中充气的过程中，在现有技术的搅拌槽底部原不容易被搅拌到的“死区”的锰矿浆，因文丘里管喉部侧面的负压孔的吸附作用而被吸附起来，然后再从喷嘴口喷入锰矿浆的混合区，于是，原不能被氧化的“死区”的锰矿浆也同时可以被氧化。

在进一步改进的二、三或四层搅拌桨结构中，由于搅拌桨层数的增加，就又进一步提高了锰矿浆与空气混合的能力，这样又极大地加强了氧化效果。

简言之，在上述装置的多种特征结构的共同作用下，用空气中的氧气来氧化二价铁的能力就大大提高了，自然也就节省了大量的二氧化锰。

另外，本发明中的装置还有结构简单、设备成本低的优点。

实现所述第二目的之方案，是对上述装置方案的运用，从该第二方案中可以看出，其氧化过程不但能够保证极大地提高用空气中的氧气来氧化二价铁的能力，而且，是直接充气在“尚未固液分离而仍带有其浸出液的锰矿浆”中来对其中二价铁进行氧化的，也即用本发明方法进行氧化除铁后，固液分离后的浸出液经调制后就能直接拿去进行电解了。与现有技术是对锰矿浆的浸出液进行充气氧化，在氧化除铁后又得进行一次固液分离相比较，该方法还节省了一道工序，验证表明，从制成锰矿浆起，到得到能够进行电解的浸出液到，时间最短仅用4小时，提高了工作效率60％。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1——本发明中锰矿浸取除铁装置的结构示意图

图2——图1中的A-A向剖面(放大)图

图3——图1中I区域的局部放大(剖面)图

具体实施方式

一、一种锰矿浸取除铁的装置(参考图1、2、3)，该装置包括盛装锰矿浆的搅拌槽8、搅拌轴2的下部和固定在该搅拌轴2下部的搅拌桨均浸没在该锰矿浆中的搅拌系统、位于该搅拌槽8中且靠近该搅拌槽8内底部的气体分布器4和通过管路与该气体分布器4联通的空气压缩机6。在本发明中，所述空气压缩机6的电机为变频调速电机，气体分布器4为圆环管，该气体分布器4存在的若干送气孔41是均位于其圆环管内侧的小孔，其孔径等于6～10mm(以能减少气泡大小、又不过于增大供气阻力为度)，各小孔之间的中心距为20～50mm；在该气体分布器4与搅拌槽8内底部之间，至少安装有两个文丘里管5，该文丘里管5的进气端通过管路与另一台变频调速的空气压缩机7联通。

从采用文丘里管5所带来优越性的介绍中可知，目的是为了把“死区”的锰矿浆也搅动起来，所以，本领域技术人员清楚，在图3所示文丘里管5只有一个负压孔51、且文丘里管5数量只有两个的情况下，两者的负压孔51可能设置在两者之间的内侧时，最好就错开一定角度，而不要让两个负压孔51相对。在尚不足以完全把“死区”的锰矿浆也搅动起来时，既可以在文丘里管5的喉部侧面再开一个负压孔51，也可以增加文丘里管5的数量，还可以两种结构同时采用。

在上述气体分布器中，把送气孔开在其圆环管的内侧，一方面能够防止开在下部造成阻力过大、也能防止开在上部而容易被堵塞。本领域技术人员清楚，各送气孔之间的中心距应当根据不同搅拌槽8和其设计容量等的确定。在确定具体数值时，当中心距较近而可能造成小气泡过早地合并成大气泡时，就应适当增加中心距；在中心距较大(即送气孔数量减少)而又不可能提供足够的供气量时：首先应保证气体分布器的圆环管管体部分的集气作用，也即其气体分布器4圆环管的管径应不小于50mm，然后，在其圆环管外侧的也开出若干送气孔，其孔径等于6～10mm，各送气孔之间的中心距为20～50mm。

另外，根据不同搅拌槽8和其设计容量等条件、和进一步提高空气氧化的效果，其搅拌桨可以有二、三或四层的不同结构。

本领域技术人员清楚，搅拌桨(尤其是单层的搅拌桨)在搅拌时，除有垂直于搅拌轴轴向的搅拌推动分力来把锰矿浆推向搅拌槽的罐壁之外，还有沿搅拌轴2的轴向搅拌推动分力把锰矿浆推向搅拌槽的上部。因此：

在搅拌、充气能够达到理想的氧化效果的情况下，在所述二、三或四层的搅拌桨中，所有搅拌桨3沿搅拌轴2的轴向搅拌推动分力仍均朝向上方。

当对氧化效果不满意、或仍想进一步提高其效果时，在所述搅拌桨为三层或四层的情况下，从上往下第二层的搅拌桨3′沿搅拌轴2的轴向搅拌推动分力朝向下方，其余搅拌桨3沿搅拌轴2的轴向搅拌推动分力均朝向上方。

二、一种锰矿浸取除铁的方法，该方法是利用空气中的氧气来替代锰矿浆中部分二氧化锰的方法，该除铁方法是在上述锰矿浸取除铁的装置中进行的，其步骤如下：

①把尚未固液分离而仍带有其浸出液的锰矿浆装入搅拌槽8中，其装入量为搅拌槽8容积的65～70％；然后，起动带动搅拌桨的电机1，该搅拌桨的速度控制在300～350r/min之间，温度控制在40～60℃之间；然后，起动通过文丘里管5向该锰矿浆充气的另一台变频调速的空气压缩机7，在判断其供气畅通之后，立即起动通过气体分布器4向该锰矿浆中充入空气的空气压缩机6，逐渐加大通过气体分布器4供气量，至锰矿浆被充气膨胀后的体积为搅拌槽8容积的90％为止，并以此供气量维护8～12分钟；

②之后，两台空气压缩机(6、7)均通过变频调速，以降低供气压力至仅仅维持文丘里管5和气体分布器4的送气孔41不被堵塞为止，时间持续3～8分钟；

③然后，再次通过变频调速来恢复两台空气压缩机(6、7)的供气量到步骤①的最后状态；④此后，交替循环步骤②和步骤③的压力调节，4～6小时后停止搅拌和所有供气。

最后，对经过本发明方法氧化除铁后的锰矿浆进行固液分离，再将其浸出液进行电解。

特别说明：

如本领域技术人员所知，在判断对文丘里管5的供气是否畅通时，可以通过观察电机电流变化，是否过载停机保护等来进行观察、判断。为可靠起见，在第一次观察判断时，要确保设备安全的情况下，可以加压到锰矿浆有气泡冒出，然后，再减压。

在步骤①，锰矿浆中碳酸锰矿与硫酸浸取反应的初期，会有大量的二氧化碳产生并逸出搅拌槽，此时空气进气量少，以避免锰矿浆也随之溢出。

本发明装置与方法进入了中试验证阶段。

试验时的搅拌槽8中盛装有150t锰矿浆，除减少了其中的二氧化锰和对应的硫酸之外，其余工艺条件与制浆过程与传统方法是用软锰矿作为氧化剂的一样；搅拌桨3有三层，除一个验证例5外，其余验证例搅拌桨3的轴向搅拌推动分力仍均朝向上方，其搅拌速度为320r/min；气体分布器4送气孔41是均开在其圆环管内侧，其孔径为10mm，各小孔之间的中心距为25mm；文丘里管5两个，两者的负压孔51均设置在两者之间的内侧，并相对两者间的中心连线各向外错开20°。各中试验证例不同的方面如下：

以上验证例，通过对固液分离后的浸出液的检验，均达到了传统的用二氧化锰作氧化剂的效果。生产每吨电解锰的二氧化锰消耗量和硫酸消耗量，理论计算与产生电解锰验证也十分吻合，其中，验证例5为最佳方案。所以，与现有利用空气来替代部分二氧化锰的方法相比较，真正进入了可以在工业上应用的阶段。

Claims

1.一种锰矿浸取除铁的装置，该装置包括盛装锰矿浆的搅拌槽(8)、搅拌轴(2)的下部和固定在该搅拌轴(2)下部的搅拌桨均浸没在该锰矿浆中的搅拌系统、位于该搅拌槽(8)中且靠近该搅拌槽(8)内底部的气体分布器(4)和通过管路与该气体分布器(4)联通的空气压缩机(6)，其特征在于，所述空气压缩机(6)的电机为变频调速电机，所述气体分布器(4)为圆环管，该气体分布器(4)存在的若干送气孔(41)是均位于其圆环管内侧的小孔，其孔径等于6～10mm，各小孔之间的中心距为20～50mm；在该气体分布器(4)与所述搅拌槽(8)内底部之间，至少安装有两个文丘里管(5)，该文丘里管(5)的进气端通过管路与另一台变频调速的空气压缩机(7)联通。

2.根据权利要求1所述锰矿浸取除铁的装置，其特征在于，所述气体分布器(4)圆环管的管径不小于50mm，在其圆环管外侧的也有若干送气孔，其孔径等于6～10mm，各送气孔之间的中心距为20～50mm。

3.根据权利要求1或2所述锰矿浸取除铁的装置，其特征在于，所述搅拌桨有二、三或四层。

4.根据权利要求3所述锰矿浸取除铁的装置，其特征在于，在所述二、三或四层的搅拌桨中，所有搅拌桨(3)沿所述搅拌轴(2)的轴向搅拌推动分力朝向上方。

5.根据权利要求3所述锰矿浸取除铁的装置，其特征在于，在所述搅拌桨为三层或四层的情况下，从上往下第二层的搅拌桨(3′)沿所述搅拌轴(2)的轴向搅拌推动分力朝向下方，其余搅拌桨(3)沿所述搅拌轴(2)的轴向搅拌推动分力均朝向上方。

6.一种锰矿浸取除铁的方法，该方法是利用空气中的氧气来替代锰矿浆中部分二氧化锰的方法，其特征在于，该除铁方法是在权利要求1所述锰矿浸取除铁的装置中进行的，其步骤如下：

①把尚未固液分离而仍带有其浸出液的锰矿浆装入所述搅拌槽(8)中，其装入量为搅拌槽(8)容积的65～70％；然后，起动带动所述搅拌桨的电机(1)，该搅拌桨的速度控制在300～350r/min之间，温度控制在40～60℃之间；然后，起动通过所述文丘里管(5)向该锰矿浆充气的另一台变频调速的空气压缩机(7)，在判断其供气畅通之后，立即起动通过所述气体分布器(4)向该锰矿浆中充入空气的空气压缩机(6)，逐渐加大通过所述气体分布器(4)供气量，至锰矿浆被充气膨胀后的体积为搅拌槽(8)容积的90％为止，并以此供气量维护8～12分钟；

②之后，两台空气压缩机(6、7)均通过变频调速，以降低供气压力至仅仅维持所述文丘里管(5)和所述气体分布器(4)的送气孔(41)不被堵塞为止，时间持续3～8分钟；

③然后，再次通过变频调速来恢复两台空气压缩机(6、7)的供气量到步骤①的最后状态；

④此后，交替循环步骤②和步骤③的压力变化，4～6小时后停止搅拌和所有供气。