CN102382977B - 一种低品位锰矿制备锰铁合金的生产工艺 - Google Patents

一种低品位锰矿制备锰铁合金的生产工艺 Download PDF

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Abstract

一种低品位锰矿制备锰铁合金的生产工艺,将金属锰含量为15-30%的低品位锰矿烘干,配加还原剂、催化剂、溶剂和粘接剂混均,制成复合原料置入回转窑或隧道瑶内,以煤气或天然气作为能源,其空气过剩系数控制在0.9-1.0,保持炉内弱还原气氛,在常温下以1-4℃/分钟升温速度将低品位锰矿复合原料加热到400±80℃,并保温0.5-5小时,然后以2-5℃/分钟升温速度加热到750±80℃,保温0.5-5小时,最后以1-4℃/分钟升温速度将加热到1100±150℃,保温0.5-6小时,在升温和保温过程中保持炉内气压力为0.12-0.15MPa,反应后物料经冷却,磁选,得到锰铁合金和尾渣。合金中金属Fe为15-20%,金属Mn为65-75%,脉石含量小于5%,碳含量在1.0-6.5%之间,磷含量小于0.15%,硫含量小于0.15%,可作为转炉或电炉冶炼优质锰铁合金原料,且成本低廉,具有广阔的应用前景。

Description

一种低品位锰矿制备锰铁合金的生产工艺
技术领域
本发明涉及一种低品位锰矿制备锰铁合金的生产工艺,尤其涉及一种利用金属锰含量较低的锰矿资源,制备高锰含量的锰合金的生产工艺。
背景技术
目前,锰铁合金生产有三大类,一类是高炉法冶炼高炉锰铁,该方法为使用锰含量较高,铁含量相对低的锰原矿,并需将锰矿进行烧结处理,入高炉锰矿或锰烧结矿锰含量需大于35%,该工艺非常成熟,生产的高炉锰铁锰含量相对较高,金属锰含量可大于65%,但存在如下不足:对锰矿要求较高,需要高锰含量和低铁含量锰矿,资源适应性差;流程长需要进行烧结处理,采用高炉冶炼,环境负荷重;高炉冶炼需要采用超过饱和配碳,锰铁中碳含量高,只能生产高碳或中碳锰铁,且硅含量低,受资源和成本限制,目前高炉锰铁产品占市场锰铁合金的量不足10%;另一类是高炉+矿热炉法冶炼硅锰合金,针对我国锰矿资源较为丰富,但多为低品位、多金属或非金属伴生矿,锰含量在15-30%的锰矿资源占锰矿资源70%以上的特点,将这部分资源进行烧结处理,然后利用高炉将部分铁和锰矿分离,高炉冶炼获得生铁和富锰渣,然后利用矿热炉将富锰渣生产成硅锰合金,硅锰合金中有效合金元素硅和锰含量可超过80%,较高炉锰铁有效合金元素硅和锰含量之和提高10%以上,且资源适应性明显增强。但该工艺流程长,环境负荷非常巨大,生产效率低,生产成本高,锰的综合回收仅在90%左右;第三类是采用金属锰,利用中频感应炉,配加废钢,生产不同等级的锰铁合金,该生产方法简单、成熟,但该方法使用金属锰为主要原材料,造成原料资源紧缺,且金属锰制造过程复杂,成本高,环境污染严重,属高能耗高污染产业。因此,开发一种能够无污染、低成本利用廉价利用低品位锰铁生产高品位锰铁合金工艺,代替传统锰铁合金生产工艺具有十分重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够无污染、低成本廉价利用低品位锰铁生产高品位锰铁合金工艺,代替传统锰铁合金生产工艺的方法;达到缩短锰铁生产工艺流程,减少环境污染,降低生产成本和提高产品质量等之目的。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
将金属锰含量为15-30%的低品位锰矿烘干,磨成粉状,将还原剂、催化剂、溶剂和粘接剂混合,成型成复合原料,还原剂按锰矿中的锰被还原成金属锰所需还原剂质量的1.0-1.5倍加入,所述的催化剂选自氧化锰、五氧化二钒、铁粉、锰粉中的一种或几种;将复合原料置入回转窑或隧道瑶内,以煤气或天然气作为能源,煤气或天然气的空气过剩系数控制在0.9-1.0之间,在氩气或氮气保护下进行三段式还原烧结,将反应后的物料推出回转窑或隧道瑶,采取自然或通风强制冷却,待温度降至25-150℃时,再次磨成粉,磁选后,得到锰铁合金和尾渣;所述的三段式还原烧结是:在常温下以1-4℃/分钟的升温速度将复合原料加热到400±80℃,并保温0.5-5小时,然后以2-5℃/分钟的升温速度将复合原料加热至750±80℃,保温0.5-5小时,再以1-4℃/分钟的升温速度将复合原料加热至1100±150℃,保温0.5-6小时;在整个还原热处理过程中保持炉内气压力为0.12-0.15MPa。
所述还原剂包括焦碳、类石墨、石油焦、金属铝、碳化硅、碳化钙中的一种或几种。
按低品位锰矿总质量的0.2-1.5%加入催化剂。
所述催化剂的纯度均不低于95.00%。
按低品位锰矿质总质量的0.2-1.0%加入溶剂,按低品位锰矿总质量的0.2-1.5%加入粘接剂。
所述的溶剂为碱金属氧化物、萤石、石英中的一种或几种。
所述的粘接剂选自有机树脂、糖渣、造纸浆、水玻璃的一种或几种。
成型过程中采用成型设备制成的复合原料,单个低品位复合原料的体积为5-30立方厘米。
低品位锰矿烘干后磨细成100-200目粉状物。
反应后的物料待温度降至25-150℃时,再次磨细成100至200目粉。
本发明的工艺是一种能够无污染、低成本利用廉价利用低品位锰矿生产高品位锰铁合金工艺,代替传统锰铁合金生产工艺的方法。采用原料烘干设备对低品位锰矿进行烘干处理-磨料机对对低品位锰矿进行磨料处理-将还原剂、催化剂、溶剂等混入对低品位锰矿料中进行混料处理-在氩气或氮气保护下进行还原烧结-冷却破碎-磁选分离-半成品检验包装包装的工艺进行实施。通过本发明的工艺所得的锰铁合金中金属Fe为15-20%,金属Mn为65-75%,脉石含量小于5%,碳含量在1.0-6.5%之间,磷含量小于0.15%,硫含量小于0.15%,可作为转炉或电炉冶炼优质锰铁合金原料,且成本低廉,具有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面结合实例对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述。以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
实施例1
将金属锰含量为16%的低品位锰矿烘干,磨细成200目粉状物,按假定锰矿为MnO,以还原剂将MnO还原成金属所需理论计算质量的1.5倍配加还原剂,还原剂为金属铝和焦炭,其中铝占还原剂总量的30%,焦炭占还原剂总量的70%;按低品位锰矿总质量的1.5%加入催化剂氧化锰、铁粉和五氧化二钒,其中氧化锰占催化剂总质量的30%,铁粉占催化剂总质量的40%,五氧化二钒占催化剂总质量的30%;按低品位锰矿总质量的1.0%加入溶剂,溶剂组成为氧化钾占溶剂总质量的60%,萤石占溶剂总质量的40%;按低品位锰矿总质量的1.5%加入粘接剂,粘接剂组成为有机树脂占粘接剂总质量的40%,糖渣占粘接剂总质量的45%,水玻璃占粘接剂总质量的15%混均匀,由成型设备制成具体长方形的复合原料,单个复合原料的体积为5立方厘米,
将上述复合原料置入回转窑或隧道瑶内,以煤气或天然气作为能源,煤气或天然气的空气过程系数控制在1.0,保持炉内弱还原气氛,在25℃下以1.5℃/分钟的升温速度将低品位锰矿复合原料加热到400±20℃,并保温5小时,然后以2.1℃/分钟的升温速度加热至750±20℃区间,保温5小时;然后以3.8℃/分钟的升温速度将低品位锰矿复合原料加热至1150±20℃区间,保温6小时,在整个升温和保温过程中保持炉内气压力为0.15MPa,
然后将反应后的低品位锰矿复合原料推出回转窑或隧道瑶,采取自然或通风强制冷却,待温度降至30℃时,再次磨细成200目粉,并利用磁选机进行磁选,得到锰铁合金和尾渣,锰铁合金中金属Fe为20%,金属Mn为65%,脉石含量为4.8%,碳含量在6.4%,磷含量为0.13%,硫含量为0.11%,可作为转炉或电炉冶炼优质锰铁合金原料,且成本低廉。
实施例2
将金属锰含量为29%的低品位锰矿烘干,磨细成100目粉状物,按假定锰矿为MnO,以还原剂将MnO还原成金属所需理论计算质量的1.1倍配加还原剂,还原剂为金属铝、碳化硅和类石墨,其中铝占还原剂总质量的15%,焦碳占还原剂总质量的45%,碳化硅占还原剂总质量的30%,类石墨占还原剂总质量的10%;按低品位锰矿总质量的0.25%加入催化剂氧化锰、铁粉和五氧化二钒,其中,氧化锰占催化剂总质量的45%,铁粉占催化剂总质量的40%,五氧化二钒占催化剂总质量的15%;按低品位锰矿总质量的0.30%加入溶剂,溶剂组成为氧化钾占溶剂总质量的45%,萤石占溶剂总质量的45%,石英占溶剂总质量的10%;按低品位锰矿总质量的0.25%加入粘接剂,粘接剂中有机树脂占粘接剂总质量的30%,糖渣占粘接剂总质量的39%,水玻璃占粘接剂总质量的31%混均匀。由成型设备制成具体球形的复合原料,单个复合原料的体积为30立方厘米,
将上述复合原料置入回转窑或隧道瑶内,以煤气或天然气作为能源,煤气或天然气的空气过程系数控制在0.90之间,保持炉内弱还原气氛,在25℃下以2.8℃/分钟的升温速度将低品位锰矿复合原料加热到400±50℃,并保温0.6小时,然后以4.5℃/分钟的升温速度加热至750±50℃区间,保温0.8小时;然后以2.4℃/分钟的升温速度将低品位锰矿复合原料加热至1150±150℃区间,保温1小时,在整个升温和保温过程中保持炉内气压力为0.12MPa,
然后将反应后的低品位锰矿复合原料推出回转窑或隧道瑶,采取自然或通风强制冷却,待温度降至30℃时,再次磨细成100目粉,并利用磁选机进行磁选,得到锰铁合金和尾渣,锰铁合金中金属Fe为15%,金属Mn为75%,脉石含量为2.5%,碳含量在2.6%,磷含量为0.06%,硫含量为0.08%,可作为转炉或电炉冶炼优质锰铁合金原料,且成本低廉。
实施例3
将金属锰含量为21%的低品位锰矿烘干,磨细成150目粉状物,按假定锰矿为MnO,以还原剂将MnO还原成金属所需理论计算质量的1.25倍配加还原剂,还原剂为金属铝、碳化钙和焦炭,其中铝占还原剂总质量的20%,焦炭占还原剂总质量的45%,碳化钙占还原剂总质量的35%,按低品位锰矿总质量的0.8%加入催化剂氧化锰、铁粉和五氧化二钒,其中氧化锰占催化剂总质量的30%,铁粉占催化剂总量的45%,五氧化二钒占催化剂总量的25%;按低品位锰矿总质量的0.6%加入溶剂,溶剂组成为氧化钾占溶剂总量的50%,萤石占溶剂总量的50%;按低品位锰矿总质量的0.85%加入粘接剂,粘接剂中有机树脂占粘接剂总量的30%,糖渣占粘接剂总量的45%,水玻璃占粘接剂总量的25%混均匀,由成型设备制成椭圆形的复合原料,单个复合原料的体积为18立方厘米,
将上述复合原料置入回转窑或隧道瑶内,以煤气或天然气作为能源,煤气或天然气的空气过程系数控制在0.95之间,保持炉内弱还原气氛,在25℃下以3.7℃/分钟的升温速度将低品位锰矿复合原料加热到400±55℃,并保温3小时,然后以3.5℃/分钟的升温速度加热至750±55℃区间,保温2.5小时;然后以1.2℃/分钟的升温速度将低品位锰矿复合原料加热至1150±80℃区间,保温3小时,在整个升温和保温过程中保持炉内气压力为0.13MPa,
然后将反应后的低品位锰矿复合原料推出回转窑或隧道瑶,采取自然或通风强制冷却,待温度降至30℃时,再次磨细成150目粉,并利用磁选机进行磁选,得到锰铁合金和尾渣,锰铁合金中金属Fe为17%,金属Mn为70%,脉石含量为4.0%,碳含量在4.5%,磷含量为0.07%,硫含量为0.08%,可作为转炉或电炉冶炼优质锰铁合金原料,且成本低廉。
实施例4
将金属锰含量为26%的低品位锰矿烘干,磨细成150目粉状物,按假定锰矿为MnO,以还原剂将MnO还原成金属所需理论计算质量的1.3倍配加还原剂,还原剂为焦炭,按低品位锰矿总质量的1.1%加入催化剂铁粉;按低品位锰矿总质量的0.9%加入溶剂萤石,按低品位锰矿总质量的1.4%加入粘接剂水玻璃,由成型设备制成椭圆形的复合原料,单个复合原料的体积为16立方厘米,
将上述复合原料置入回转窑或隧道瑶内,以煤气或天然气作为能源,煤气或天然气的空气过程系数控制在0.95之间,保持炉内弱还原气氛,在25℃下以3.0℃/分钟的升温速度将低品位锰矿复合原料加热到400±60℃,并保温3.5小时,然后以3.0℃/分钟的升温速度加热至750±60℃区间,保温3.0小时;然后以1.5℃/分钟的升温速度将低品位锰矿复合原料加热至1150±60℃区间,保温4小时,在整个升温和保温过程中保持炉内气压力为0.12MPa,
然后将反应后的低品位锰矿复合原料推出回转窑或隧道瑶,采取自然或通风强制冷却,待温度降至30℃时,再次磨细成150目粉,并利用磁选机进行磁选,得到锰铁合金和尾渣,锰铁合金中金属Fe为18%,金属Mn为73%,脉石含量为3.8%,碳含量在4.0%,磷含量为0.06%,硫含量为0.09%,可作为转炉或电炉冶炼优质锰铁合金原料,且成本低廉。

Claims (9)

1.一种低品位锰矿制备锰铁合金的生产工艺,将金属锰含量为15-30%的低品位锰矿烘干,磨成粉状,将还原剂、催化剂、熔剂和粘接剂混合,成型成复合原料,还原剂按锰矿中的锰被还原成金属锰所需还原剂质量的1.0-1.5倍加入,所述的催化剂选自氧化锰、五氧化二钒、铁粉、锰粉中的一种或几种,按低品位锰矿总质量的0.2-1.5%加入催化剂;将复合原料置入回转窑或隧道窑内,以煤气或天然气作为能源,煤气或天然气的空气过剩系数控制在0.9-1.0之间,在氩气或氮气保护下进行三段式还原烧结,将反应后的物料推出回转窑或隧道窑,采取自然或通风强制冷却,待温度降至25-150℃时,再次磨成粉,磁选后,得到锰铁合金和尾渣;所述的三段式还原烧结是:在常温下以1-4℃/分钟的升温速度将复合原料加热到400±80℃,并保温0.5-5小时,然后以2-5℃/分钟的升温速度将复合原料加热至750±80℃,保温0.5-5小时,再以1-4℃/分钟的升温速度将复合原料加热至1100±150℃,保温0.5-6小时;在整个还原热处理过程中保持炉内气压力为0.12-0.15MPa。
2.根据权利要求1所述的生产工艺,所述还原剂包括焦碳、类石墨、石油焦、金属铝、碳化硅、碳化钙中的一种或几种。
3.根据权利要求1或2所述的生产工艺,按低品位锰矿质总质量的0.2-1.0%加入熔剂,按低品位锰矿总质量的0.2-1.5%加入粘接剂。
4.根据权利要求3所述的生产工艺,所述的熔剂为碱金属氧化物、萤石、石英中的一种或几种。
5.根据权利要求3所述的生产工艺,所述的粘接剂选自有机树脂、糖渣、造纸浆、水玻璃的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的生产工艺,成型过程中采用成型设备制成的复合原料,单个低品位复合原料的体积为5-30立方厘米。
7.根据权利要求1所述的生产工艺,低品位锰矿烘干后磨细成100-200目粉状物。
8.根据权利要求1所述的生产工艺,待温度降至25-150℃时,再次磨细成100至200目粉。
9.根据权利要求1所述的生产工艺,所述催化剂的纯度均不低于95.00%。
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