CN105219953A - 一种高铁锰矿粉烧结配矿的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高铁锰矿粉烧结配矿的方法，将包括高铁锰矿粉、碱性熔剂和焦粉在内的原料依次进行配料、制粒、布料、点火、烧结、冷却，得到烧结矿，所述的原料中各组分的质量比例满足关系式：0<(CaO+MgO)/SiO₂≤0.4或1.6≤(CaO+MgO)/SiO₂≤2.4；且MgO的质量百分比含量为0.1～2.5％，SiO₂的质量百分比含量为3～20％，Al₂O₃的质量百分比含量为1～5％；该方法主要通过调节高铁锰矿烧结过程中的三元碱度，使得高铁锰矿在烧结过程中生成良好的粘结相，从而实现降低高铁锰矿烧结固体能耗，同时提高烧结矿产质量指标，制备出优质的冶炼富锰渣和高碳锰铁的炉料的目的，该方法特别适用于处理锰铁比低、硅含量高的高铁锰矿资源。

Description

一种高铁锰矿粉烧结配矿的方法

技术领域

本发明涉及一种高铁锰矿粉烧结配矿方法，具体涉及一种生产冶炼富锰渣和高碳锰铁用烧结矿的方法，属于冶金优质炉料制备技术领域。

背景技术

锰是一种重要的战略资源，90％的锰作为钢液的脱氧剂、脱硫剂以及合金元素消耗于钢铁行业，10％用于其他相关行业。数据显示，我国锰矿累计探明储量为64351万t，保有储量59204万t，主要分布在广西、湖南、贵州、四川、辽宁、云南等省区，占全国锰矿资源总储量的90％。

目前，随着经济和工业的发展，特备是钢铁行业的发展，市场对锰矿石的需求量越来越大。由此，中国锰矿石的消耗量和矿石产量之间的缺口逐年加大，2014年我国依赖进口的锰矿量高达647万t。导致这种状况的主要原因是我国锰矿石品位低，高品位优质富锰矿资源几乎没有，生产中低碳锰铁的锰矿石100％依赖于进口。我国锰矿石的平均品位在20％左右，普遍含有较高的Si、Fe、P，其中Fe含量超过标准(Mn/Fe<7)的占73％，绝大部分属于高铁锰矿和铁锰矿，利用此种类型的锰矿需要进行选矿和火法处理。

锰矿石的选矿有重选、强磁选、重-磁选、强磁-浮选等工艺，通过选矿可以除去一些脉石矿物，提高锰品位，但是由于我国高铁锰矿和铁锰矿资源中铁锰紧密共生，嵌布粒度细，仅通过选矿工艺是很难实现锰铁分离的，得到的高铁锰精矿经造块后再进高炉冶炼富锰渣实现铁锰分离，或者进行电炉冶炼高碳锰铁。入炉原料的成分和粒度是影响冶炼产品品级和技术经济指标的重要因素。粉矿入炉会大大降低炉料的透气性，恶化炉气的分布，引起料面火焰升高和烟尘损失增加及悬料现象，并导致生产中严重的刺火、塌料。因此，高铁锰矿粉造块是实现高铁锰矿资源的综合利用非常重要的一个环节。

锰矿粉造块主要包括氧化锰矿粉烧结、碳酸锰矿粉烧结，高铁锰矿粉烧结以及锰选矿精矿制备球团等。由于天然的锰矿石结晶水含量高、烧损大、适宜的液相及生产量难于控制导致烧结所需固体燃耗高。许多学者研究了氧化锰矿和低铁锰矿粉的烧结工艺特性，丁跃华等人(云南冶金，2004，33(1)：18-22)研究了云南建水锰矿(Mn31.86％，Fe5.91％)的烧结工艺表明适宜的烧结固定碳含量为8～9％(折算焦粉用量为10.7％～12％)；广州钢铁公司顾林娜等人(冶金丛刊，2010，(5)：18-21)研究了贵州六盘水沙沟锰矿(Mn33.44％，Fe5.99％)的烧结工艺，表明适宜的焦粉用量为10～12％。研究表明锰矿选矿精矿成球性能较差，需采用原料高压辊磨预处理才能改善锰矿粉的成球性能。国内外学者采用内配碳工艺生产熔剂性锰矿球团，其冶金性能明显优于锰烧结矿，不但降低了冶炼过程中的电耗，还提高了锰回收率和生产率，但是此类熔剂性球团的强度较差，只能满足小型高炉的使用。目前，随着高品质锰矿的消耗殆尽，高铁锰矿资源已经成为重要的锰提取原料，但是国内外对于高铁锰矿烧结的研究较少。高铁锰矿烧结不同于常规的铁矿和氧化锰矿(铁品位低于10％)烧结，由于其锰铁比低，铁锰共生紧密，杂质(SiO₂、Al₂O₃)含量高，导致烧结过程中适宜的液相和合理的烧结矿微观结构难以控制，因此，根据当前国内锰矿资源特点，开展高铁锰矿的烧结特性研究，实现高铁锰矿资源高效、合理、大规模的利用，进一步提高烧结产品产质量，降低燃料消耗，减少污染物的排放，对中国锰业持续发展具有十分重要的意义。

发明内容

针对现有的高铁锰矿烧结过程中存在固体燃耗高等问题，本发明的目的是在于提供一种通过调控适宜的高铁锰矿烧结粘结相，强化烧结过程中液相的生成，以实现降低高铁锰矿烧结固体能耗，同时提高烧结矿产质量指标，制备出优质的冶炼富锰渣和高碳锰铁的炉料的方法。

为了实现本发明的技术目的，本发明提供了一种高铁锰矿粉烧结配矿的方法，将包括高铁锰矿粉、碱性熔剂和焦粉在内的原料依次进行配料、制粒、布料、点火、烧结、冷却，得到烧结矿，所述的原料中各组分的质量比例满足关系式：0<(CaO+MgO)/SiO₂≤0.4或1.6≤(CaO+MgO)/SiO₂≤2.4；且MgO的质量百分比含量为0.1～2.5％，SiO₂的质量百分比含量为3～20％，Al₂O₃的质量百分比含量为1～5％。

优选的方案中，烧结原料中MgO的百分比含量为0.5～2.3％。

优选的方案中，烧结温度为1300～1400℃；最优选为1310～1370℃。

本发明的技术方案中制备的球粒在还原气氛中烧结，还原性气氛会强化烧结料中Fe₃O₄、Mn₃O₄、FeO和MnO的生成，由于Fe和Mn的化学性质相似，二者在高温状态下极易相互取代，形成Fe_xMn_3-xO₄固溶体相，且体系中含有一定量的MgO，Mg²⁺会进入Fe_xMn_3-xO₄固溶体相，稳定Fe_xMn_3-xO₄粘结相。

大量研究发现：当造粒原料的三元碱度0<(CaO+MgO)/SiO₂≤0.4时，烧结矿中FeO含量为5％～10％，MnO含量为15～25％，SiO₂含量为15～25％。FeO和MnO的大量生成会显著提高烧结过程中Fe₂SiO₄和Mn₂SiO₄的生成量。一方面，FeO、MnO和SiO₂三者中，FeO所在比例为15％～25％，MnO所占比例为38～50％，SiO₂所占比例为30～45％，刚好是低熔点物质(Fe,Mn)₂SiO₄的生成区。另一方面，Fe和Mn的化学性质相似，在高温过程中，极易相互取代，进一步促进了低熔点物质(Fe,Mn)₂SiO₄的生成。

当三元碱度1.6≤(CaO+MgO)/SiO₂≤2.4时，与铁矿、氧化锰矿粉烧结不同，高铁锰矿烧结过程中不会生成铁锰酸钙物相，此时，除了有Fe_xMn_3-xO₄固溶体相和(Fe,Mn)₂SiO₄相，CaO会与(Fe,Mn)₂SiO₄结合生成钙铁锰橄榄石物相。

而当三元碱度0.4<(CaO+MgO)/SiO₂<1.6之间时，铁锰矿烧结矿在冷却过程中会析出大量的玻璃态物相和孔洞，导致此碱度区间烧结矿质量变差。

优选的方案中，焦粉干基质量占原料干基总质量的6.0～9.5％。选择较低比例的焦粉用量，使得烧结在较弱的还原气氛中进行，在该弱还原性气氛条件下会强化烧结料中Fe₃O₄、Mn₃O₄、FeO和MnO的生成，由于Fe和Mn的化学性质相似，二者在高温状态下极易相互取代，形成Fe_xMn_3-xO₄固溶体相，且体系中含有一定量的MgO，Mg²⁺会进入Fe_xMn_3-xO₄固溶体相，稳定Fe_xMn_3-xO₄粘结相。

优选的方案中，高铁锰矿粉中TFe与TMn的品位之和不低于40％，且TMn/TFe的质量比为0.5～3.0。高铁锰矿中的锰铁比低，铁锰共生紧密，杂质(SiO₂、Al₂O₃)含量高，一般会导致烧结过程中适宜的液相和合理的烧结矿微观结构难以控制；但适应于本发明技术方案制备优质的冶炼富锰渣和高碳锰铁的炉料。

优选的方案中，高铁锰矿粉粒度不大于8mm。

优选的方案中，碱性熔剂为石灰石、生石灰和白云石中的至少一种。

相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果：本发明的技术方案主要通过调节高铁锰矿烧结过程中的三元碱度等条件，使得高铁锰矿在烧结过程中生成良好的粘结相，从而达到降低高铁锰矿烧结固体能耗，同时提高烧结矿产质量指标，制备出优质的冶炼富锰渣和高碳锰铁的炉料的目的，该方法特别适用于处理锰铁比低、硅含量高的高铁锰矿资源。

具体实施方式

具体实施方式以下实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制本发明的保护范围。

实施例1

以TFe28％，TMn21％的高铁锰矿粉为原料中，再配加返矿、焦粉和碱性熔剂，其中焦粉干基质量比为9.5％，内配返矿25％，以石灰石、生石灰、白云石调节混合料三元碱度为0.02，MgO含量为1.0％，SiO₂含量为17％，Al₂O₃含量为3.7％，然后混匀、制粒成0.5～8mm的烧结混合料，混合料水分为9.2％。将混合料布料、烧结焙烧，料层厚度为500mm，烧结点火时间2min、保温1min，点火温度1100±20℃，点火负压5kPa，烧结温度1370℃，烧结抽风负压为7kPa，烧结完成后调整冷却负压为5kPa，冷却时间3min。所得烧结矿成品率80.18％、转鼓强度为61.27％、利用系数为1.310t/(h·m²)。

实施例2

以TFe20％，TMn25％高铁锰矿粉为原料，再配加返矿、燃料和碱性熔剂，其中焦粉干基质量比为6.0％，内配返矿25％，以石灰石、生石灰、白云石调节混合料三元碱度为2.0，MgO含量为2.1％，SiO₂含量为15％，Al₂O₃含量为2.7％，然后混匀、制粒成0.5～8mm的烧结混合料，混合料水分为9.5％。将混合料布料、烧结焙烧，料层厚度为500mm，烧结点火时间2min、保温1min，点火温度1100±20℃，点火负压5kPa，烧结温度1310℃，烧结抽风负压为7kPa，烧结完成后调整冷却负压为5kPa，冷却时间3min。所得烧结矿成品率81.36％、转鼓强度为62.33％、利用系数为1.343t/(h·m²)。

对比实施例1

该对比实施例中的碱度不在本发明的范围内。

以TFe25％，TMn25％的高铁锰矿粉为原料，再配加返矿、燃料和碱性熔剂，其中焦粉干基质量比为7.5％，内配返矿25％，以石灰石、生石灰、白云石调节混合料三元碱度为1.2，MgO含量为2.3％，SiO₂含量为10％，Al₂O₃含量为1.8％，然后混匀、制粒成0.5～8mm的烧结混合料，混合料水分为9.4％。将混合料布料、烧结焙烧，料层厚度为500mm，烧结点火时间2min、保温1min，点火温度1100±20℃，点火负压5kPa，烧结温度1350℃，烧结抽风负压为7kPa，烧结完成后调整冷却负压为5kPa，冷却时间3min。所得烧结矿成品率78.47％、转鼓强度为55.47％、利用系数为1.282t/(h·m²)。

对比实施例2

该对比实施例中的焦粉用量不在本发明的范围内。

以TFe30％，TMn18％的高铁锰矿粉为原料，再配加返矿、燃料和碱性熔剂，其中焦粉干基质量比为5.0％，内配返矿25％，以石灰石、生石灰、白云石调节混合料三元碱度为2.0，MgO含量为2.1％，SiO₂含量为15％，Al₂O₃含量为2.7％，然后混匀、制粒成0.5～8mm的烧结混合料，混合料水分为8.9％。将混合料布料、烧结焙烧，料层厚度为500mm，烧结点火时间2min、保温1min，点火温度1100±20℃，点火负压5kPa，烧结温度1275℃，烧结抽风负压为10kPa，烧结完成后调整冷却负压为5kPa，冷却时间3min。所得烧结矿成品率72.01％、转鼓强度为48.23％、利用系数为1.184t/(h·m²)。

对比实施例3

该对比实施例中的焦粉用量不在本发明的范围内。

以TFe28％，TMn21％的高铁锰矿粉为原料，再配加返矿、燃料和碱性熔剂，其中焦粉干基质量比为13.0％，内配返矿25％，以石灰石、生石灰、白云石调节混合料三元碱度为0.02，MgO含量为1.0％，SiO₂含量为17％，Al₂O₃含量为3.7％，然后混匀、制粒成0.5～8mm的烧结混合料，混合料水分为9.6％。将混合料布料、烧结焙烧，料层厚度为500mm，烧结点火时间2min、保温1min，点火温度1100±20℃，点火负压5kPa，烧结温度1500℃，烧结抽风负压为10kPa，烧结完成后调整冷却负压为5kPa，冷却时间3min。所得烧结矿成品率76.13％、转鼓强度为49.67％、利用系数为1.217t/(h·m²)。

Claims (8)

1.一种高铁锰矿粉烧结配矿的方法，将包括高铁锰矿粉、碱性熔剂和焦粉在内的原料依次进行配料、制粒、布料、点火、烧结、冷却，得到烧结矿，其特征在于：所述的原料中各组分的质量比例满足关系式：0<(CaO+MgO)/SiO₂≤0.4或1.6≤(CaO+MgO)/SiO₂≤2.4；且MgO的质量百分比含量为0.1～2.5％，SiO₂的质量百分比含量为3～20％，Al₂O₃的质量百分比含量为1～5％。

2.根据权利要求1所述的高铁锰矿粉烧结配矿的方法，其特征在于：所述的焦粉干基质量占原料干基总质量的6.0～9.5％。

3.根据权利要求1所述的高铁锰矿粉烧结配矿的方法，其特征在于：所述的高铁锰矿粉中TFe与TMn的品位之和不低于40％，且TMn/TFe的质量比为0.5～3.0。

4.根据权利要求1所述的高铁锰矿粉烧结配矿的方法，其特征在于：所述的原料中MgO的百分比含量为0.5～2.3％。

5.根据权利要求1或3所述的高铁锰矿粉烧结配矿的方法，其特征在于：所的高铁锰矿粉粒度不大于8mm。

6.根据权利要求1所述的高铁锰矿粉配矿烧结的方法，其特征在于：所述的碱性熔剂为石灰石、生石灰和白云石中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的高铁锰矿粉配矿烧结的方法，其特征在于：所述的烧结温度为1300～1400℃。

8.根据权利要求1或7所述的高铁锰矿粉配矿烧结的方法，其特征在于：所述的烧结温度为1310～1370℃。