CN102978382A

CN102978382A - 内加热式回转窑还原氧化锰系统

Info

Publication number: CN102978382A
Application number: CN2012105893899A
Authority: CN
Inventors: 陈德根; 张静; 高中友; 陈宝忠
Original assignee: XIANGXI AUTONOMOUS PREFECUTRE DEBANG MANGANESE INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: XIANGXI AUTONOMOUS PREFECUTRE DEBANG MANGANESE INDUSTRY Co Ltd
Priority date: 2012-12-31
Filing date: 2012-12-31
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2032-12-31
Also published as: CN102978382B

Abstract

本发明公开了一种内热式回转窑还原氧化锰系统，它包括预热烘干窑、内热式回转窑、喷粉式燃烧器、水冷输送机、脱硫除尘塔；预热烘干窑、内热式回转窑、喷粉式燃烧器、水冷输送机依次倾斜连接，预热烘干窑为该系统的进料端，水冷输送机为该系统的出料端；脱硫除尘塔通过风机及管路连接于预热烘干窑的进料端。用本发明方法还原氧化锰矿生产电解金属锰产生的废渣得到了大幅度的减少，为解决行业的节能减排奠定了基础。由于采用内热式焙烧还原新技术能耗降低、工艺控制指标准确，生产稳定，还原率高达95%以上，机械化程度高、产能高、适应大生产的要求、工艺连续性强、对还原剂煤和燃烧煤没有特殊的要求。

Description

内加热式回转窑还原氧化锰系统

技术领域

本发明涉及一种内加热式回转窑还原氧化锰系统，

背景技术

因为天然氧化锰矿（MnO₂、Mn₂O₃、Mn₃O₄的混合）它不能直接和硫酸起反应生成硫酸锰，因此，在电解金属锰、电解二氧化锰、化学二氧化锰和硫酸酸锰等行业中都不能直接使用。如果要用的话必须用一种方法将它还原成MnO方可使用。同时又由于地球表层地壳中的锰60%以上是以氧化态状况而存在。这种氧化态的锰矿品位较高，全世界钢铁行业都是用这种矿石通过高炉冶炼还原的方法生产锰铁、硅锰合金等半成品后再入炼钢炉。

近半个世界以来也有很多人研究和试验想把氧化锰矿用在高纯度的电解锰和电解二氧化锰、化学二氧化锰和高纯硫酸锰的生产上。所有方法归结起来有以下两大类：

第一类是火法：它的还原原理是：2MnO₂+C====2MnO+CO₂↑ Mn₂O₃+C====2MnO+CO₂↑ Mn₃O₄+CO====3MnO+CO₂↑

1、堆烧法，就是把锰矿和煤混合后再点火堆烧，这种方法还原率低，劳动强度大，污染严重，早已被淘汰；2、反射炉法，这种方法目前也被明令禁止使用了；3、高炉法、电炉法，这是锰合金目前通常使用的方法；4、微波还原法，目前这种方法还在试验中，还有很多技术难点需要克服；5、竖炉燃烧还原法，这种方法种类很多，有类似烧石灰的立式窑，有类似煤气发生炉的塔式转动炉蓖式炉窑；有立管炉窑；还有沸腾炉焙烧法。6、不同于反射炉的卧式炉窑。这里也有很多种：滑动式梯步窑、链式焙烧窑、回转窑；回转窑又分外热式回转窑、内热式回转窑、单膛和多膛式回转窑等。

第二类就是湿法：湿法还原的关键技术就是还原剂的选择，还原过程中的工艺控制。为了将氧化锰在浸出过程中将氧化锰矿的高价锰还原成二价锰，就必须加入还原剂在一定的还原条件下才能达到还原的目的。

目前最常用的就是用MnO₂矿加硫铁矿在硫酸溶液中用蒸汽加热浸出，这就是所谓的二矿一部法，这种方法上世纪70年代在广西新兴农场的一个硫酸锰生产线上得到应用，它的反应原理是：

3MnO₂+FeS₂+2SO₄ ^--==>2MnSO₄+MnS₂O₆+Fe⁺⁺⁺

目前该方法在云南文山一个电解厂用得比较成功。

除此之外，还有人用SO₂作为还原剂将MnO₂矿石进行还原生产出硫酸锰溶液，反应原理：MnO₂+SO₂=MnSO₄。还有用葡萄糖加上还原酶作为还原剂来还原MnO₂矿再用硫酸浸出生成硫酸锰。这也是被用来生产硫酸锰。但是到目前为止用湿法还原生产电解锰只有两矿一步已在电解锰大型生产流水线得到应用以外，其他方法都在试验摸索过程中。湿法还原有几个关键的问题得不到解决：①SO₂法生产电解锰就是酸平衡的问题解决不了。②还原速度慢、效率低无法进行大生产。③由于湿法使用的还原剂带进去杂质和还原剂本身对电解工段带来的影响及负作用很难解决，后处理工段工艺流程比较复杂，工艺要求比较高。其中包括两矿一步法，也有这些问题，所以湿法还原方法目前还没有大面积推广。同时湿法还有一个重要的问题很难解决，就是只能使用有氧化作用的MnO₂，而对Mn₂O₃和Mn₃O₄就不行了。

因此，用氧化锰矿通过还原生产电解金属锰、电解二氧化锰和锰盐的最好方法还是火法。因为火法具备：还原剂既廉价，来源又广泛；还原速度快；还原率高；能够流水作业并且便于大规模生产的众多优点。

从2005年开始，我们对火法冶炼中的竖窑和卧式回转窑进行了分析研究：研究结果①竖窑的优点是结构简单，操作简便。缺点是窑外加热，热能利用率低，窑内矿石必须要一定的粒度，否则不利于CO₂气体外排；单管直径太大不利于热传递，中心部位还原率降低；矿石粒度太大也不利还原。单台设备产能低，不能连续化不适应大生产要求。还原管上方的废气和尘不易收集处理。②回转窑的优点比较明显：还原剂廉价，来源广泛；还原速度快，还原率高；流水作业自动化生产又能降低劳动强度，适应于大生产的要求。但是它的存在问题也比较多：窑内加热，温度较难控制，炉料易结巴，窑内还原氧份很难保证。因此，国内外都不使用窑内加热的回转窑，都采用窑外加热的方法。然而窑外加热能源消耗较高。还原成本较高。设备长期在高温下运行易损坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生产成本低的内加热式回转窑还原氧化锰系统。

本发明提供的这种内热式回转窑还原氧化锰系统，它包括预热烘干窑、内热式回转窑、喷粉式燃烧器、水冷输送机、脱硫除尘塔；预热烘干窑、内热式回转窑、喷粉式燃烧器、水冷输送机依次倾斜连接，预热烘干窑为该系统的进料端，水冷输送机为该系统的出料端；脱硫除尘塔通过风机及管路连接于预热烘干窑的进料端。

所述喷粉式燃烧器为多风道燃烧器，包括旋流式燃烧嘴、油气雾化室、燃料雾化室、高压风室、预热风室、轨道，所述各室依次由内往外排列、相互独立、各室的后端分别连通于所述旋流式燃烧嘴，且与旋流式燃烧嘴共轴向中心线；所述旋流式燃烧嘴和各室形成的整体通过滑轮与所述轨道连接。

所述油气雾化室、燃料雾化室、高压风室、预热风室的长度依次缩短，各室的下侧前端分别有空气入口、燃料和压缩空气混合物入口、压缩空气入口、预热风入口；所述油气雾化室的前端有用于点火的喷油管。

所述旋流式燃烧嘴的轴向中心有连通所述油气雾化室的渐缩锥孔；对应所述油气雾化室和燃料雾化室围成的区域内均布有S形筋条，对应所述其它各室围成的区域内错位均布有直的筋条。

所述水冷输送机为内螺旋输送机，包括冷却槽、金属圆筒，金属圆筒的内壁有螺旋叶片，冷却槽位于金属圆筒的上方。

所述冷却槽为开口的U形槽，其平行的两侧壁上端有锯齿状的分水口；所述金属圆筒外壁的前后部有托轮、中间位置有传动齿轮；所述金属圆筒的前端有进料口、后端有出料花板。

所述脱硫除尘塔为逆流旋转式水膜脱硫除尘塔，包括采用塑料制作的塔体，塔体的下部有进气室、上端有放空烟囱，塔体内的上部有喷淋装置、多层分水筛板和倾斜式旋流板，分水筛板位于喷淋装置的下方，倾斜式旋流板位于分水筛板和进气室之间。

所述塔体对应所述喷淋装置和分水筛板段的直径大于其下段的直径，塔体内壁的倾斜式旋流板以下段衬有耐酸瓷砖，所述进气室沿塔体的切向连接于该段；所述塔体的轴向中心有用于固定所述倾斜式旋流板的支撑柱。

所述分水筛板均布有分水孔。

所述内热式回转窑的外壳为夹套式结构，其下侧有接管与所述喷粉式燃烧器的预热风入口连接。

本发明跟现有技术相比，具有以下优点：

采用烘干窑和回转窑联体形式，充分利用回转窑的余热将氧化锰矿和还原剂烤干并预热，不但节约了能源，还增加了回转窑的产能。

多风道煤粉燃烧器的四风道及滑轮配合轨道结构为点火、调整煤粉给料量以有效控制窑内温度、调整加热部位、保证窑内的还原气氛起到关键作用，同时也为劣质煤的利用提供了保证。

水冷式内螺旋输送机使高温还原后的原料在封闭的圆筒中输送，不但保证其在封闭状态下得到快速冷却，也保证其不再被重新氧化送入下一工段进行球磨。

逆流旋转式水膜脱硫除尘塔在有水蒸汽的情况下，既能除尘、又能脱硫。本设备利用粉尘中含有的二氧化锰粉和SO₂气体在水膜中发生氧化还原反应生成MnSO₄和MnS₂O₆，MnS₂O₆在较高的温度下又可能生成MnSO₄和SO₂，SO₂又和MnO₂反应，在多次循环的情况下就只有MnSO₄存在。定期将循环液过滤后，含MnSO₄的液体进入电解锰生产过程中的液体循环，滤渣进入化合工段参加化合。

用本发明方法还原氧化锰矿，不但取代碳酸锰矿生产电解锰，而且使中国的电解锰产业可持续发展，因为，氧化锰矿的锰含量都高于碳酸锰矿，用氧化锰矿焙烧还原后生产电解金属锰产生的废渣得到了大幅度的减少，所以为解决行业的节能减排奠定了基础。并且由于采用内热式焙烧还原新技术能耗降低、工艺控制指标准确，生产稳定，还原率高达95%以上，机械化程度高、产能高、适应大生产的要求、工艺连续性强、对还原剂煤和燃烧煤没有特殊的要求。

附图说明

图1为本发明各设备连接示意图。

图2为图1中喷粉式燃烧器的结构示意图。

图3为图2的左视示意图。

图4为图1中水冷输送机的结构示意图。

图5为图4中的A向示意图。

图6为图1中脱硫除尘塔的结构示意图。

图7为图6中的A-A剖视示意图。

图8为图6中的B-B剖视示意图。

图9为倾斜式旋流板的俯视示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的这种内热式回转窑还原氧化锰系统，它包括依次倾斜连接的螺旋给料机1、窑头灶2、预热烘干窑3、内热式回转窑4、窑尾灶5、喷粉式燃烧器6、水冷输送机7、球磨机8。脱硫除尘塔9通过抽风机10及管路连接于预热烘干窑3的进料端。螺旋给料机1的安装高度大于球磨机8的安装高度，脱硫除尘塔9的安装高度高于螺旋给料机1的安装高度。预热烘干窑3和内热式回转窑4在安装时首尾相接联成一体，中间采用滑动密封装置。

如图2、图3所示，喷粉式燃烧器6为多风道燃烧器，包括旋流式燃烧嘴61、油气雾化室62、燃料雾化室63、高压风室64、预热风室65、轨道66，各室依次由内往外排列、相互独立、各室的后端分别旋流式燃烧嘴61焊接，且与旋流式燃烧嘴61共轴向中心线；旋流式燃烧嘴1和各室形成的整体通过滑轮67、吊杆68与轨道66连接。油气雾化室62、燃料雾化室63、高压风室64、预热风室65的长度依次缩短，各室的下侧前端分别有空气入口621、燃料和压缩空气混合物入口631、压缩空气入口641、预热风入口651；油气雾化室62的前端有用于点火的喷油管622。旋流式燃烧嘴61的轴向中心有连通油气雾化室62的渐缩锥孔611；对应油气雾化室62和燃料雾化室63围成的区域内均布有S形筋条612，对应其它各室围成的区域内错位均布有直的筋条613。S形筋条612可使气流均匀并产生螺旋，直的筋条613可使气流更均匀，使燃料燃烧效果更好。内热式回转窑4的外壳为夹套式结构，其下侧有接管41与喷粉式燃烧器6的预热风入口651连接。

如图4所示，水冷输送机7为内螺旋输送机，包括冷却槽71、金属圆筒72，金属圆筒72的内壁有螺旋叶片73，冷却槽71通过支架76固定于金属圆筒72的上方。冷却槽71为开口的U形槽，其平行的两侧壁上端有锯齿状的分水口711；金属圆筒72外壁的前后部有托轮74、中间位置有传动齿轮75；金属圆筒72的前端有进料口721、后端有出料口722。金属圆筒72的的下方有集水槽77。

如图5至图7所示，脱硫除尘塔9为逆流旋转式水膜脱硫除尘塔，包括采用塑料制作的塔体91，塔体91的下部有进气室95、上端有放空烟囱96，塔体91内的上部有喷淋装置94、多层分水筛板93和倾斜式旋流板92，分水筛板93位于喷淋装置94的下方，倾斜式旋流板92位于分水筛板93和进气室95之间。塔体91对应喷淋装置94和分水筛板93段的直径大于其下段的直径，塔体91内壁的倾斜式旋流板92以下段衬有耐酸瓷砖97，进气室95沿塔体91的切向连接于该段；塔体91的轴向中心有用于固定倾斜式旋流板92的支撑柱98。倾斜式旋流板2采用耐酸的麻石切割而成。分水筛板93均布有分水孔931；倾斜式旋流板92与水平面的倾斜角在20-25度之间。

工作原理如下：把氧化锰与适当比例的煤粉混合后，通过螺旋输送机1送入预热烘干窑3，烘干并预热后自动流入内热式回转窑4内，再利用喷粉式燃烧器6从内热式回转窑4的出料端逆向将其窑内加热升温达到氧化锰矿还原的温度并保持一定的还原条件，使氧化锰矿连续不断的进行还原后自动流入水冷输送机7内将还原后的氧化锰矿石降温，并直接流入球磨机8打磨后供电解锰生产制取电解液。在预热烘干窑3的进料端配有抽风机10，抽走其内的废气和粉尘并送入脱硫除尘塔9中，除去粉尘和SO₂气体,达标后排放，整个流程一气呵成。

本发明可以适用于粒度小于5mm以下的氧化锰废弃矿，对燃料剂采用的还原煤或燃料煤粉无特殊要求。

Claims

1.一种内热式回转窑还原氧化锰系统，其特征在于：它包括预热烘干窑、内热式回转窑、喷粉式燃烧器、水冷输送机、脱硫除尘塔；烘干窑、内热式回转窑、喷粉式燃烧器、水冷输送机依次倾斜连接，预热烘干窑为该系统的进料端，水冷输送机为该系统的出料端；脱硫除尘塔通过风机及管路连接于预热烘干窑的进料端。

2.如权利要求1所述的内热式回转窑还原氧化锰系统，其特征在于：所述喷粉式燃烧器为多风道燃烧器，包括旋流式燃烧嘴、油气雾化室、燃料雾化室、高压风室、预热风室、轨道，所述各室依次由内往外排列、相互独立、各室的后端分别连通于所述旋流式燃烧嘴，且与旋流式燃烧嘴共轴向中心线；所述旋流式燃烧嘴和各室形成的整体通过滑轮与所述轨道连接。

3.如权利要求2所述的内热式回转窑还原氧化锰系统，其特征在于：所述油气雾化室、燃料雾化室、高压风室、预热风室的长度依次缩短，各室的下侧前端分别有空气入口、燃料和压缩空气混合物入口、压缩空气入口、预热风入口；所述油气雾化室的前端有用于点火的喷油管。

4.如权利要求2所述的内热式回转窑还原氧化锰系统，其特征在于：所述旋流式燃烧嘴的轴向中心有连通所述油气雾化室的渐缩锥孔；对应所述油气雾化室和燃料雾化室围成的区域内均布有S形筋条，对应所述其它各室围成的区域内错位均布有直的筋条。

5.如权利要求1所述的内热式回转窑还原氧化锰系统，其特征在于：所述水冷输送机为内螺旋输送机，包括冷却槽、金属圆筒，金属圆筒的内壁有螺旋叶片，冷却槽位于金属圆筒的上方。

6.如权利要求5所述的水冷输送机，其特征在于：所述冷却槽为开口的U形槽，其平行的两侧壁上端有锯齿状的分水口；所述金属圆筒外壁的前后部有托轮、中间位置有传动齿轮；所述金属圆筒的前端有进料口、后端有出料花板。

7.如权利要求1所述的内热式回转窑还原氧化锰系统，其特征在于：所述脱硫除尘塔为逆流旋转式水膜脱硫除尘塔，包括采用塑料制作的塔体，塔体的下部有进气室、上端有放空烟囱，塔体内的上部有喷淋装置、多层分水筛板和倾斜式旋流板，分水筛板位于喷淋装置的下方，倾斜式旋流板位于分水筛板和进气室之间。

8.如权利要求7所述的内热式回转窑还原氧化锰系统，其特征在于：所述塔体对应所述喷淋装置和分水筛板段的直径大于其下段的直径，塔体内壁的倾斜式旋流板以下段衬有耐酸瓷砖，所述进气室沿塔体的切向连接于该段；所述塔体的轴向中心有用于固定所述倾斜式旋流板的支撑柱。

9.如权利要求7所述的内热式回转窑还原氧化锰系统，其特征在于：所述分水筛板均布有分水孔。

10.如权利要求7所述的内热式回转窑还原氧化锰系统，其特征在于：所述内热式回转窑的外壳为夹套式结构，其下侧有接管与所述喷粉式燃烧器的预热风入口连接。