CN103074486B - 一种锰矿粉烧结节能减排的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锰矿粉烧结节能减排的方法，具体步骤是首先将生物质炭和焦粉按一定比例充分混匀得混合燃料，再将锰矿粉、混合燃料、返矿和熔剂进行配料，依次经过混匀、制粒、布料、点火、烧结、冷却后，得成品烧结矿。本发明采用环境友好、价格低廉、可再生性强的生物质炭燃料部分替代锰矿粉烧结用的传统燃料—焦粉，替代比例为0%～65%，与常规烧结相比，在保证烧结产质量指标不降低的前提下，实际消耗的固体燃料量明显降低，烧结烟气中SO₂、NO_x等有害气体的排放量大幅度下降。应用本发明，基本不改变现有烧结工艺流程，操作简单，实现了锰矿粉烧结生产的节能减排。易于工业化生产。

Description

一种锰矿粉烧结节能减排的方法

技术领域

本发明属于火法冶金领域，具体涉及一种锰矿粉烧结节能减排的方法。

背景技术

我国锰矿资源储量较丰富，主要分为碳酸锰矿和氧化锰矿两大类。国内锰矿石的显著特点是贫、细、杂，绝大部分为贫锰矿资源，约占锰矿总储量93.6％，其中Fe、P、Si等杂质元素含量均偏高。为有效利用现有的贫锰矿资源，近年来我国锰业大力推行“贫锰矿石进行选矿富集实现贫变富”的方针，再加上我国南方的锰矿石强度普遍偏低，在开采过程中产生的粉矿量较大，使得我国近年来锰粉矿和锰选精矿的产量大大增加。然而，细粒锰矿粉和锰选精矿均不能直接入高炉或电炉冶炼富锰渣或锰铁合金，为了保障炉料的透气性和冶炼过程的顺行，这些细粒锰矿粉或锰精矿需要预先经过造块处理。

文献表明，国内外细粒锰矿粉、锰精矿以及低品位铁锰矿粉造块主要采用烧结法。锰烧结矿是富锰渣高炉的主要含锰原料之一，国内早在上个世纪五、六十年代就开始锰矿烧结造块，但仅限于土烧。该方法能耗高，对环境污染严重，生产中燃耗高达300kg/t_烧结矿以上，返矿率达30％以上。70年代开始至今，我国锰矿烧结技术有了很大进步，烧结设备由最初的烧结盘和烧结锅发展到摆架型及平移架型带式烧结机，烧结工艺也由最初的土烧经历热矿烧结再发展到现在的冷矿烧结。通过采用铺底料、强化制粒等技术，固体燃耗有所降低，但仍然有120～150kg/t_烧结矿。相比而言，锰矿粉烧结的固体燃耗显著高于普通铁矿烧结所需的固体燃耗(42～45kg/t_烧结矿)。

目前，锰矿烧结普遍采用的固体燃料是焦粉。随着钢铁工业的快速发展，国内冶金焦的供应日趋紧张，价格也在逐年攀升(2011年达1800～2000元/t)，这也使得锰矿烧结生产成本不断提高。如何降低锰矿烧结固体焦粉消耗以及生产成本已成为锰矿烧结行业追求的主要目标之一。众所周知，固态燃料(焦粉、无烟煤等)的完全燃烧或不完全燃烧的产物是烧结过程中产生CO_x、SO_x以及NO_x等的主要来源。锰矿生产过程中由于焦粉配加量高，燃烧时排放出大量的NO_x、SO_x等有害气体。而实际锰矿烧结生产过程中排放的尾气均未采用有效的脱硫、脱硝技术，普遍采用直接排放到大气中的方法。进入新世纪以来，国家对冶金工业尾气排放的要求越来越严格，也使得锰矿烧结行业面临着SO_x、NO_x等有害气体减量化排放的艰巨任务。

生物质炭是由木材及其加工产生的废料、果壳、玉米秆及其他农作物废弃物经高温裂解、炭化后获得的固体成型燃料，其来源广泛，价格便宜(1000～1200元/t)，是一种清洁可再生能源。其主要含有C、H、O，而N、S含量极低，燃烧时产生的NO_x、SO_x等有害气体远低于焦粉。当大量用之于锰矿烧结生产时，可有效降低烧结过程中有害气体的排放量。

采用清洁、价廉、可再生性强的生物质炭燃料替代或部分替代焦粉应用于锰矿粉烧结，降低由于配加大量焦粉燃烧产生的NO_x、SO_x等有害气体的排放量，对于实现锰矿烧结的清洁化生产和提高企业经济效益具有重要的现实意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种固体燃料成本低、有害气体NO_x、SO_x排放量少的锰矿粉烧结节能减排的方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的锰矿粉烧结节能减排的方法，将生物质炭和焦粉按一定比例充分混匀得混合燃料，再将锰矿粉、混合燃料、返矿和熔剂进行配料、混匀和制粒，再经布料、点火、烧结和冷却，得成品烧结矿，所述的生物质炭与焦粉混合前，预先将生物质炭的粒度破碎至-5mm粒级所占质量百分数不低于80％，且-1mm粒级所占质量百分数不高于30％，再将生物质炭与占生物质炭质量百分数2.5％～4％的细粒级二氧化锰加水混匀后，再与焦粉混合得混合燃料，二氧化锰的粒度为-0.045mm粒级所占质量百分数不低于95％，所述的混合燃料中所述的生物质炭的质量百分数为15％～65％。

所述生物质炭是由木材及其加工产生的废料、果壳、玉米秆及其他农作物废弃物经高温裂解、炭化后获得的固体成型燃料，包括：木炭、秸秆炭、果皮炭中的一种或几种的混合物，所述的生物质炭的固定碳含量70％～85％，挥发份10％～20％，发热值20MJ/kg～30MJ/kg，其来源广泛，价廉易得。

首先分别检测所述的生物质炭和焦粉中的固定碳含量；通过烧结杯试验确定锰矿粉烧结全部使用焦粉做燃料时所需焦粉的用量，计算所需的总固定碳，采用固定碳置换的方法计算替代焦粉所需的生物质炭的用量，固定碳的置换比例为1：1，即用含1kg固定碳的生物质炭置换含1kg固定碳的焦粉。

所述的混合燃料中所述的生物质炭的质量百分数为30％～40％。

采用上述技术方案的锰矿粉烧结节能减排的方法，生物质炭替代焦粉的比例不超过常规锰矿烧结所需焦粉质量百分数的65％，获得的烧结产质量指标与全部使用焦粉时相当或提高，优选的生物质炭替代焦粉的比例为30％～40％。

与常规锰矿烧结全部使用焦粉为燃料相比，优选条件下，获得的烧结产质量指标提高，实际所用燃料量(以燃料中的固定碳计)降低10％～15％，而烧结烟气中SO₂、NO_x等有害气体的排放量大幅度下降，有效地实现了锰矿烧结生产的节能减排。

本发明的积极意义和创新之处在于：

(1)采用本发明，使锰矿烧结生产所需的固体燃料量降低。现有锰矿烧结生产广泛使用焦粉为燃料，其配加量为120kg/t_烧结矿～150kg/t_烧结矿。焦粉的燃烧性和反应性较差，导致实际生产中成品烧结矿中仍残存一定量固体炭，而且由于料层的蓄热作用导致大量的热量进入烧结烟气未得到有效利用。本发明采用燃烧性和反应性好的生物质炭部分替代焦粉，使用前，将生物质炭和细粒级二氧化锰充分混合均匀，目的是使二氧化锰能充分与生物质炭颗粒表面发生粘附。加热时，生物质炭中的挥发份在二氧化锰的催化作用下，释放较多H₂，而实际烧结过程中，H₂在较低温度下即发生燃烧，改善了生物质炭颗粒周围焦粉颗粒的燃烧条件，促进了焦粉的充分燃烧。采用生物质炭部分替代焦粉，既满足了锰矿烧结过程对热量的需求，又起到了提高焦粉热值利用率的作用，从而降低烧结过程燃料消耗量。应用本发明使实际锰矿烧结生产的燃料量(以燃料中的固定碳计)降低10％～15％。

(2)采用本发明，使锰矿烧结生产排放的有害气体SO₂和NO_x大幅度降低。生物质炭是一种清洁能源，其主要含有C、H、O，与焦粉相比，其中的N、S含量明显要低，因而燃烧时产生的NO_x、SO_x等有害气体少。应用本发明，生物质炭替代焦粉的比例可达65％，有效地实现了烧结生产过程有害气体的减量化排放。

(3)采用本发明，使锰矿烧结生产成本降低。制备生物质炭的原料来源广，主要由木材及其加工产生的废料、果壳、玉米秆及其他农作物废弃物经高温裂解、炭化后获得的固体成型燃料，加工成本低。生物质炭的市场价格为1200元/t左右，而焦粉价格为1800～2000元/t(2011年的市场价格)。应用本发明，可明显降低锰矿烧结生产的固体燃料成本。

应用本发明基本未改变现有锰矿烧结生产的工艺流程，操作简单，易于工业化生产。适用于各种锰矿粉或锰选精矿的烧结生产。

附图说明

图1为生物质炭替代焦粉烧结尾气中NO_x含量变化情况图。

图2为生物质炭替代焦粉烧结尾气中SO₂含量变化情况图。

具体实施方式

下面结合对照例和具体实施例对本发明作进一步说明。

具体实施例所用锰矿粉的主要化学成分组成如表1所示。

表1锰矿粉的主要化学组成(％)

所用焦粉的固定碳含量82.3％，挥发份3.5％，灰分12.9％，水分1.3％。其粒度为-3mm粒级所占质量百分数为88.4％。

生物质炭是由木材及其加工产生的废料、果壳、玉米秆及其他农作物废弃物经高温裂解、炭化后获得的固体成型燃料，包括：木炭、秸秆炭、果皮炭中的一种或几种的混合物，本发明选用生物质炭包括木炭、秸秆炭、果皮炭中的至少一种，其固定碳含量70％～85％，挥发份10％～20％，发热值20MJ/kg～30MJ/kg。使用时，预先将生物质炭的粒度破碎至-5mm粒级所占质量百分数不低于80％，且-1mm粒级所占质量百分数不高于30％。

使用前，将生物质炭与占生物质炭质量百分数2.5％～4％的细粒级二氧化锰加水，混匀后，再与焦粉混合得混合燃料，二氧化锰的粒度为-0.045mm粒级所占质量百分数不低于95％。

采用固定碳置换的方法计算替代焦粉所需的生物质炭的用量，固定碳的置换比例为1：1。首先分别检测所述的生物质炭和焦粉中的固定碳含量；通过烧结杯试验确定锰矿粉烧结全部使用焦粉做燃料时所需焦粉的用量，计算所需的总固定碳，采用固定碳置换的方法计算替代焦粉所需的生物质炭的用量，固定碳的置换比例为1：1，即用含1kg固定碳的生物质炭置换含1kg固定碳的焦粉。

对照例：

以焦粉为固体燃料。将锰矿粉、焦粉、返矿等进行配料、混匀、制粒，再经布料、点火、烧结、冷却后，得成品烧结矿。通过优化试验，获得的适宜焦粉用量为9.9％(以固定碳含量计为8.15％)，混合料水分9.0％，烧结负压8.0kPa。优化工艺条件下，烧结矿成品率78.95％，利用系数1.50t·m^-2·h^-1，烧结矿转鼓强度58.76％。烧结烟气中SO₂含量的峰值为1588ppm，NO_x含量的峰值为500ppm(如附图1、附图2)。

实施例1：

选用秸秆炭为焦粉的替代燃料，使用前，将秸秆炭与占秸秆炭质量百分数2.5％的细粒级二氧化锰(粒度为-0.045mm粒级所占质量百分数95％)加水，混匀后，再与焦粉混合得混合燃料。秸秆炭替代焦粉的质量百分数为15％。将锰矿粉、混合燃料、返矿等进行配料、混匀、制粒，再经布料、点火、烧结、冷却后，得成品烧结矿。优化条件下，烧结矿成品率79.50％，利用系数1.51t·m^-2·h^-1，烧结矿转鼓强度59.85％，烧结烟气中SO₂含量的峰值为1310ppm，NO_x含量的峰值为476ppm。与常规烧结相比，烧结矿产质量指标略有提高，固体燃料用量降低4.3％(以固定碳计)，排放的SO₂和NO_x量有所降低。

实施例2：

选用松木黑炭为焦粉的替代燃料，使用前，将松木黑炭与占松木黑炭质量百分数3.2％的细粒级二氧化锰(粒度为-0.045mm粒级所占质量百分数98.8％)加水，混匀后，再与焦粉混合得混合燃料。松木黑炭的替代质量百分数为30％。将锰矿粉、混合燃料、返矿等进行配料、混匀、制粒，再经布料、点火、烧结、冷却后，得成品烧结矿。优化条件下，烧结矿成品率81.12％，利用系数1.56t·m^-2·h^-1，烧结矿转鼓强度60.82％，烧结烟气中SO₂含量的峰值为1092ppm，NO_x含量的峰值为424ppm(如附图1、附图2)。与常规烧结相比，烧结矿产质量指标提高，固体燃料用量降低10％(以固定碳计)，排放的SO₂和NO_x量明显降低。

实施例3：

选用松木黑炭为焦粉的替代燃料，使用前，将松木黑炭与占松木黑炭质量百分数4.0％的细粒级二氧化锰(粒度为-0.045mm粒级所占质量百分数98.8％)加水，混匀后，再与焦粉混合得混合燃料。松木黑炭的替代质量百分数为40％。将锰矿粉、混合燃料、返矿等进行配料、混匀、制粒，再经布料、点火、烧结、冷却后，得成品烧结矿。优化条件下，烧结矿成品率80.68％，利用系数1.53t·m^-2·h^-1，烧结矿转鼓强度60.54％，烧结烟气中SO₂含量的峰值为825ppm，NO_x含量的峰值为361ppm(如附图1、附图2)。与常规烧结相比，烧结矿产质量指标提高，固体燃料用量降低15％(以固定碳计)，排放的SO₂和NO_x量进一步降低。

实施例4：

选用秸秆炭和黑炭的混合物为焦粉的替代燃料，使用前，将生物质混合物与占生物质炭质量百分数4.0％的细粒级二氧化锰(粒度为-0.045mm粒级所占质量百分数98.8％)加水，混匀后，再与焦粉混合得混合燃料。生物质炭的替代质量百分数为65％。将锰矿粉、混合燃料、返矿等进行配料、混匀、制粒，再经布料、点火、烧结、冷却后，得成品烧结矿。优化工艺条件下，烧结矿成品率79.02％，利用系数1.49t·m^-2·h^-1，烧结矿转鼓强度58.40％。烧结烟气中SO₂含量的峰值为806ppm，NO_x含量的峰值为350ppm。与常规烧结相比，烧结矿产质量指标相当，固体燃料用量降低6.8％(以固定碳计)，排放的SO₂和NO_x量显著降低。

Claims (4)

1.一种锰矿粉烧结节能减排的方法，将生物质炭和焦粉按一定比例充分混匀得混合燃料，再将锰矿粉、混合燃料、返矿和熔剂进行配料、混匀和制粒，再经布料、点火、烧结和冷却，得成品烧结矿，其特征在于：所述的生物质炭与焦粉混合前，预先将生物质炭的粒度破碎至-5mm粒级所占质量百分数不低于80％，且-1mm粒级所占质量百分数不高于30％，再将生物质炭与占生物质炭质量百分数2.5％～4％的细粒级二氧化锰加水混匀后，再与焦粉混合得混合燃料，二氧化锰的粒度为-0.045mm粒级所占质量百分数不低于95％，所述的混合燃料中所述的生物质炭的质量百分数为15％～65％。

2.根据权利要求1所述的锰矿粉烧结节能减排的方法，其特征在于：所述生物质炭是由木材及其加工产生的废料、果壳、玉米秆及其他农作物废弃物经高温裂解、炭化后获得的固体成型燃料，包括：木炭、秸秆炭、果皮炭中的一种或几种的混合物，所述的生物质炭的固定碳含量70％～85％，挥发份10％～20％，发热值20MJ/kg～30MJ/kg。

3.根据权利要求2所述的锰矿粉烧结节能减排的方法，其特征在于：首先分别检测所述的生物质炭和焦粉中的固定碳含量；通过烧结杯试验确定锰矿粉烧结全部使用焦粉做燃料时所需焦粉的用量，计算所需的总固定碳，采用固定碳置换的方法计算替代焦粉所需的生物质炭的用量，固定碳的置换比例为1：1，即用含1kg固定碳的生物质炭置换含1kg固定碳的焦粉。

4.根据权利要求1、2或3所述的锰矿粉烧结节能减排的方法，其特征在于：所述的混合燃料中所述的生物质炭的质量百分数为30％～40％。