CN102154566A - 一种以软锰矿为原料制备高锰含量锰-铝中间合金的方法 - Google Patents

一种以软锰矿为原料制备高锰含量锰-铝中间合金的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种以软锰矿为原料制备高锰含量锰-铝中间合金的方法，（1）先把软锰矿粉碎成粉末，通过高温还原焙烧和化学浸取除杂，制得硫酸锰；（2）取硫酸锰，加入过量的氨水或者氢氧化钠，得到氢氧化锰沉淀，再将氢氧化锰放入烘箱中在70～80℃下烘干，时间大于5h，得四氧化三锰；（3）按质量比CaO︰CaF2︰Al︰Mn3O4为2～8︰2～8︰40～55︰100配料，将四种原料混合均匀后加入反应器具中用镁条点燃得到锰-铝中间合金的初级产物，初级产物冷却除渣即得锰-铝中间合金。本方法具有生产成本低，工艺简单，缩短了工艺流程，占地面积小，易实现工业化等优点。

Description

一种以软锰矿为原料制备高锰含量锰-铝中间合金的方法
技术领域
本发明涉及锰-铝中间合金制备方法，具体指以软锰矿为原料制备高锰含量锰-铝中间合金的方法，属于材料技术领域。
背景技术
锰及其化合物在国民经济的许多领域都有着特殊的作用和地位，“无锰不成钢”足以说明锰的重要性。其中绝大部分主要作为炼铁和炼钢过程中的脱氧剂和脱硫剂应用于钢铁工业，以及用来制造合金，其用锰量占到锰总应用量的90～95%。
在铝合金和镁合金中锰对铝镁合金能够起到强化的作用，并且能够消除有害杂质铁的影响，而锰作为重要的元素，通常是以锰-铝中间合金的形式加入到铝合金和镁合金中。由于金属铝的熔点低、密度小，在空气中易氧化，通常铝块在钢水表面，产生铝漂浮和裹渣现象，且铝在钢水中烧损大、利用率低，尖角状Al2O3夹杂多，严重降低钢水的质量。采用复合脱氧剂代替铝块终脱氧是一种较为经济、实用的办法。现在钢厂脱氧普遍采用的是锰铝铁合金，在钢中加入极少量的锰铝中间合金，即可达到净化钢的目的。所以随着钢铁产业以及铝、镁合金产业的发展，我国对锰-铝中间合金的需求量也越来越大。
现阶段锰-铝中间合金的制备方法主要有对掺法、电解法和热还原法。
对掺法是制取Mn-Al中间合金的传统方法，也是目前制取Mn-Al中间合金所用的主要方法。但是锰属活泼金属，细粉状金属锰易被氧化，在空气中易燃烧，所以在对掺过程中烧损严重。熔盐电解法是制取金属及其合金的一种重要方法。与对掺法相比，电解法制取得到的Mn-Al合金成分均匀，质量好；但是在把二氧化锰加入电解槽中之后 ，槽子变化稍大，存在工艺参数不易控制等问题，而且电解法能耗高、成本高、工艺复杂，不易实现工业化。
铝热工艺所用的铝比较便宜，纯净的铝容易获得；反应自身放出的热量也足以使金属和渣达到良好的流动性；基础投资低，设备和操作工艺都比较简单；熔融的氧化铝渣可以得到利用。但是现有的铝热反应速度快，燃烧温度高，反应过程比较难于控制，而且坯料内部存在较大的温度梯度。这些缺点阻止了铝热反应的进一步工业化应用。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种生产成本低，工艺简单，易实现工业化生产的制备高锰含量锰-铝中间合金的方法。
本发明解决上述技术问题的技术手段是这样实现的：一种以软锰矿为原料制备高锰含量锰-铝中间合金的方法，其制备步骤为：
（1）首先把软锰矿粉碎成-100目的粉末，通过高温还原焙烧和化学浸取除杂，制取得到硫酸锰；
（2）取第（1）步制得的硫酸锰，加入过量的氨水或者氢氧化钠，得到氢氧化锰沉淀，再将氢氧化锰放入烘箱中在70～80℃条件下烘干，烘干时间大于5h，得到四氧化三锰；
（3）取步骤（2）所得的四氧化三锰为原料，以铝粉为还原剂，氧化钙为造渣剂，氟化钙为助溶剂，按质量比CaO︰CaF2︰Al︰Mn3O4为2～8︰2～8︰40～55︰100的比例配料，将四种原料混合均匀后加入反应器具中用镁条点燃得到锰-铝中间合金的初级产物，锰-铝中间合金的初级产物冷却除渣即得锰-铝中间合金。
所述步骤（3）配料质量比同时满足（CaO+CaF2）︰Al︰Mn3O4为10︰40～55︰100。
所述步骤（3）混合均匀的原料分批加入反应器具中被镁条点燃。这样得到的锰-铝中间合金较为大块，利于后续使用。
所述步骤（3）中还原剂铝粉的目数为80-180目。
所述步骤（1）中高温还原焙烧和化学浸取除杂具体方法为：将-100目的软锰矿粉末与-60目的碳粉按质量比100︰45～50配料混合均匀，在温度900～1000℃下对混合料进行焙烧，焙烧时间2.5～3.5h，以还原生成一氧化锰，在隔绝空气条件下使一氧化锰冷却至室温；然后再将制得的一氧化锰放入浓度为68%的稀硫酸中进行酸解，稀硫酸与软锰矿粉末质量比为2.3～2.5︰1，同时加入足量的二氧化锰作氧化剂除去酸不溶物，在温度80～90℃下浸取3.5～4h，浸取的同时进行搅拌，搅拌速率200～250r/min，浸取结束即得硫酸锰。
本发明以软锰矿为原料，采用自蔓延反应（铝热反应）制备锰-铝中间合金，合金以金属化合物的形式存在，锰的重量百分含量为60-80%，其余为铝，为高锰含量锰-铝中间合金。本方法具有生产成本低，工艺简单，缩短了工艺流程，占地面积小，易实现工业化等优点。
本发明制备的锰-铝中间合金可用于制备各种铝、镁合金，所述锰-铝中间合金可以用于熔炼具有优良耐蚀性及焊接性的铝、镁合金产品。
具体实施方式
本发明制备高锰含量锰-铝中间合金的方法,其制备步骤为：
（1）首先把软锰矿粉碎成-100目的粉末，通过高温还原焙烧和化学浸取除杂，制取得到硫酸锰；
具体操作为：先把软锰矿石在200℃左右的鼓风烘箱中干燥除去所含水分，再用颚式破碎机破碎成粒径小于5mm的颗粒。将破碎好的颗粒用对辊磨粉机磨细，重复两次。细磨后的矿粉过100目的细筛，得到-100目的软锰矿粉末。将-100目的软锰矿粉末与-60目的碳粉按质量比100︰45～50配料混合均匀，在温度900～1000℃下对混合料进行焙烧，焙烧时间2.5～3.5h，以在高温下还原生成氧化锰（即一氧化锰），在隔绝空气条件下使氧化锰冷却至室温；然后再将制得的氧化锰放入浓度为68%的稀硫酸中进行酸解，稀硫酸与软锰矿粉末质量比为2.3～2.5︰1，同时加入足量的二氧化锰作氧化剂除去铁、铝等酸不溶物，在温度80～90℃下浸取3.5～4h，浸取的同时进行搅拌，搅拌速率200～250r/min，浸取结束即得硫酸锰。在这样的条件下，浸取率能够达到90%以上。
（2）取第（1）步制得的硫酸锰，加入氨水或者氢氧化钠，在碱过量的情况下得到沉淀氢氧化锰。对得到的溶液进行抽滤，并放入烘箱中在70～80℃条件下烘干，烘干时间大于5h，得到四氧化三锰；
（3）取步骤（2）所得的四氧化三锰为原料，以铝粉为还原剂（80-180）目，氧化钙为造渣剂，氟化钙为助溶剂，按质量比CaO︰CaF2︰Al︰Mn3O4为2～8︰2～8︰40～55︰100的比例配料，将四种原料混合均匀后加入反应器具中用镁条点燃得到锰-铝中间合金的初级产物，锰-铝中间合金的初级产物冷却除渣即得锰-铝中间合金。
配料同时满足质量比（CaO+CaF2）︰Al︰Mn3O4为10︰40～55︰100得到的锰-铝中间合金更好。
所述步骤（3）混合均匀的原料分批加入反应器具中被镁条点燃。这样得到的锰-铝中间合金较为大块，利于后续使用。
上述制备得到的锰-铝中间合金以金属化合物的形式存在，其各组分重量百分比含量为锰：60-80%，其余为铝。
实施例1
以软锰矿为原料采用上述方法制取得到四氧化三锰。取100克四氧化三锰，47.2克80-180目的铝粉，6克CaO和4克CaF2，按照上述方法制取锰铝中间合金，按照AZ91D牌号镁合金的成分配比，取纯镁块 270克、纯铝块26.5克，纯锌粒 2.4克、中间合金1.3克置于石墨坩埚中。于真空电磁感应炉内通Ar气保护，在680-700℃下融化并停3-5分钟搅拌均匀，切断电源，取出坩埚，把合金液体倒入铜模中在空气中冷却，即得到AZ91D镁合金。使用能谱仪对所得镁合金锭进行分析，其中含铝8.55%，含锌0.75%，含锰0.26%，其余含量为镁，符合牌号AZ91D镁合金成分标准。
实施例2
以软锰矿为原料采用上述方法制取得到四氧化三锰。取100克四氧化三锰，47.2克80-180目的铝粉，4.0克CaO和6.0克CaF2，按照上述方法制取锰铝中间合金，按照AZ61M牌号镁合金的成分配比，取纯镁块180克、纯铝块13克，纯锌粒3克、中间合金1克置于石墨坩埚中。于真空电磁感应炉内通Ar气保护，在680-700℃下融化并停3-5分钟搅拌均匀，切断电源，取出坩埚，把合金液体倒入铜模中在空气中冷却，即得到AZ61M镁合金。使用能谱仪对所得镁合金锭进行分析，其中含铝5.98%，含锌1.41%，含锰0.35%，余量为镁，符合牌号AZ61M镁合金成分标准。
实施例3
以软锰矿为原料采用上述方法制取得到四氧化三锰。取100克四氧化三锰，50.3克80-180目的铝粉，6克CaO和4克CaF2，按照上述方法制取锰铝中间合金，按照AZ91D牌号镁合金的成分配比，取纯镁块360克、纯铝块34.2克，纯锌粒2克、中间合金1.5克置于石墨坩埚中。于真空电磁感应炉内通Ar气保护，在680-700℃下融化并停3-5分钟搅拌均匀，切断电源，取出坩埚，把合金液体倒入铜模中在空气中冷却，即得到AZ91D镁合金。使用能谱仪对所得镁合金锭进行分析，其中含铝8.61%，含锌0.46%，含锰0.19%，其余含量为镁，符合牌号AZ91D镁合金成分标准。
本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (5)

1.一种以软锰矿为原料制备高锰含量锰-铝中间合金的方法，其特征在于：其制备步骤为：
（1）首先把软锰矿粉碎成-100目的粉末，通过高温还原焙烧和化学浸取除杂，制取得到硫酸锰；
（2）取第（1）步制得的硫酸锰，加入过量的氨水或者氢氧化钠，得到氢氧化锰沉淀，再将氢氧化锰放入烘箱中在70～80℃条件下烘干，烘干时间大于5h，得到四氧化三锰；
（3）取步骤（2）所得的四氧化三锰为原料，以铝粉为还原剂，氧化钙为造渣剂，氟化钙为助溶剂，按质量比CaO︰CaF2︰Al︰Mn3O4为2～8︰2～8︰40～55︰100的比例配料，将四种原料混合均匀后加入反应器具中用镁条点燃得到锰-铝中间合金的初级产物，锰-铝中间合金的初级产物冷却除渣即得锰-铝中间合金。
2.根据权利要求1所述的制备高锰含量锰-铝中间合金的方法，其特征在于：所述步骤（3）配料质量比满足（CaO+CaF2）︰Al︰Mn3O4为10︰40～55︰100。
3.根据权利要求1或2所述的制备高锰含量锰-铝中间合金的方法，其特征在于：所述步骤（3）混合均匀的原料分批加入反应器具中被镁条点燃。
4.根据权利要求3所述的制备高锰含量锰-铝中间合金的方法，其特征在于：所述步骤（3）中还原剂铝粉的目数为80-180目。
5.根据权利要求4所述的制备高锰含量锰-铝中间合金的方法，其特征在于：所述步骤（1）中高温还原焙烧和化学浸取除杂具体方法为：将-100目的软锰矿粉末与-60目的碳粉按质量比100︰45～50配料混合均匀，在温度900～1000℃下对混合料进行焙烧，焙烧时间2.5～3.5h，以还原生成一氧化锰，在隔绝空气条件下使一氧化锰冷却至室温；然后再将制得的一氧化锰放入浓度为68%的稀硫酸中进行酸解，稀硫酸与软锰矿粉末质量比为2.3～2.5︰1，同时加入足量的二氧化锰作氧化剂除去酸不溶物，在温度80～90℃下浸取3.5～4h，浸取的同时进行搅拌，搅拌速率200～250r/min，浸取结束即得硫酸锰。
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