CN105331805A - 制备高铁锰矿复合烧结矿的方法 - Google Patents

制备高铁锰矿复合烧结矿的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种制备高铁锰矿复合烧结矿的方法，包括以下步骤：(1)包括高铁锰矿精矿、细磨焦粉、膨润土和熔剂在内的原料混匀后，制成球团料；其中，各原料之间的质量比例使球团料的三元碱度满足：0<(CaO+MgO)/SiO2≤0.4；(2)包括高铁锰矿粉、熔剂和焦粉在内的原料混匀后，制成颗粒料；其中，各原料之间的质量比例使颗粒料的三元碱度满足：1.6≤(CaO+MgO)/SiO2≤2.4；(3)将(1)中球团料和(2)中颗粒料混匀，依次经过布料、点火、烧结和冷却，得到碱度为0.4～1.6的复合烧结矿；该方法能够适应多样化原料制备烧结矿，且制备的锰铁烧结矿具有良好强度和冶金性能。

Description

制备高铁锰矿复合烧结矿的方法
技术领域
本发明涉及一种高铁锰矿复合烧结矿制备的方法，具体涉及一种生产自熔性或熔剂性高铁锰烧结矿的方法，属于冶金炉料制备技术领域。
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和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。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，且矿石中SiO2的含量高达10％以上，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。
针对铁锰矿选矿精矿和粉矿造块，主要为烧结法和球团法。但是传统的烧结法和球团法难以适应多变的原料条件，成为制约炉料制备工艺发展的瓶颈。众所周知，不同的铁矿原料应该按照其自身的特点和性能成矿，但现行的高碱度烧结法以液相固结为主，酸性球团法以固相固结为主，固结成矿模式单一。而生产锰铁合金炉料所需的烧结矿的碱度为1.0～1.3，因此，直接生产出适合冶炼锰铁合金的自熔性炉料，减少同时建设烧结厂和球团厂的投资和运行成本，研究和开发新的铁锰烧结矿的制备方法显得尤为重要和迫切。
发明内容
针对现有铁锰矿选矿精矿和粉矿造块工艺，采用传统的烧结法和球团法难以适应多变的原料条件，本发明的的目的是在于提供一种能够适应多样化原料，且制备出具有良好强度和冶金性能锰铁烧结矿的方法。
为了实现本发明的技术目的，本发明提供了一种制备高铁锰矿复合烧结矿的方法，包括以下步骤：
(1)包括高铁锰矿精矿、细磨焦粉、膨润土和熔剂在内的原料混匀后，制成球团料；其中，各原料之间的质量比例使球团料的三元碱度满足：0<(CaO+MgO)/SiO2≤0.4；
(2)包括高铁锰矿粉、熔剂和焦粉在内的原料混匀后，制成颗粒料；其中，各原料之间的质量比例使颗粒料的三元碱度满足：1.6≤(CaO+MgO)/SiO2≤2.4；
(3)将(1)中球团料和(2)中颗粒料混匀，依次经过布料、点火、烧结和冷却，得到碱度为0.4～1.6的复合烧结矿；所述的球团料中高铁锰矿精矿与颗粒料中高铁锰矿粉的干基质量比为30～50：70～50。
本发明的技术方案主要通过控制高铁锰矿的球团料和颗粒料的三元碱度，来调节高铁锰矿烧结矿的微观结构，获得优质的复合烧结矿。通过大量实验研究表明：三元碱度(CaO+MgO)/SiO2对高铁锰矿常规烧结矿质量影响较大。
当三元碱度0<(CaO+MgO)/SiO2≤0.4在较弱的还原气氛中进行烧结。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FexMn3-xO4固溶体相，且体系中含有一定量的MgO，Mg2+会进入FexMn3-xO4固溶体相，稳定FexMn3-xO4粘结相。所获得的烧结矿中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FexMn3-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。
但是当三元碱度为0.4<(CaO+MgO)/SiO2<1.6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。
碱度范围0～2.4时铁锰矿烧结矿的显微结构如图1所示，由图1可知，铁锰矿烧结矿在三元碱度0～0.4和1.6～2.4之间均有良好的微观结构，但是三元碱度在0.4～1.6之间时，烧结矿中出现了大量的玻璃态物质。根据研究所得规律，本发明巧妙地将三元碱度0～0.4部分分流于球团部分，将高三元碱度1.6～2.4分流于颗粒料部分，借助铁矿粉复合造块工艺的优势，进行高铁锰矿复合造块工艺研究，制备出了综合三元碱度为0.4～1.6的自熔性或熔剂性高铁锰矿复合烧结矿。
优选的方案中，球团料中高铁锰矿精矿的粒度满足-200mm粒级所占质量百分比含量不低于85％，且比表面积不低于1200cm2/g。
优选的方案中，所述的细磨焦粉粒度满足-200mm粒级所占质量百分比含量不低于80％，且比表面积不低于2000cm2/g。
优选的方案中，细磨焦粉的干基质量占球团料干基质量的1～5％。
优选的方案中，高铁锰矿粉的粒度为不大于8mm。
优选的方案中，(2)中的焦粉粒度满足0.5～3mm粒级所占质量百分比含量不低于70％。
优选的方案中，焦粉干基质量占颗粒料干基质量的5～10％。
优选的方案中，球团料平均粒径为5～8mm。
优选的方案中，颗粒料平均粒径为4～5mm。
优选的方案中，球团料和颗粒料中细磨焦粉和焦粉的干基总质量占球团料和颗粒料的干基总质量的5～8％。通过焦粉的量可以调节还原性气氛在弱的水平能强化烧结料中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FexMn3-xO4固溶体相，且体系中含有一定量的MgO，Mg2+会进入FexMn3-xO4固溶体相，稳定FexMn3-xO4粘结相。
优选的方案中，复合烧结矿中的低碱度球团料部分是以锰铁氧化物和锰铁橄榄石为主要粘结相固相固结，高碱度颗粒料部分是以锰铁氧化物、锰铁橄榄石和钙锰铁橄榄石为主要粘结相的液相固结，两者之间的过渡部分以锰铁橄榄石液相为主。
优选的方案中，高铁锰矿复合烧结矿的三元碱度范围为1.0～1.3。
相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果：本发明的技术方案通过控制含高铁锰矿的三元碱度，能有效调节烧结矿的微观结构，获得部分以锰铁氧化物和锰铁橄榄石为主要粘结相固相固结，部分以锰铁氧化物、锰铁橄榄石和钙锰铁橄榄石为主要粘结相的液相固结，两者之间的过渡部分以锰铁橄榄石液相为主的复合相结构。该方法能够适应多样化原料，且制备出具有良好强度和冶金性能锰铁烧结矿。
附图说明
【图1】为三元碱度(0～2.4)对高铁锰矿烧结矿微观结构的关系图：a为三元碱度在0<(CaO+MgO)/SiO2≤0.4范围时高铁锰矿烧结矿的微观结构图；b为三元碱度在0.4<(CaO+MgO)/SiO2<1.6范围时高铁锰矿烧结矿的微观结构图；c为三元碱度为1.6≤(CaO+MgO)/SiO2≤2.4时高铁锰矿烧结矿的微观结构图。
具体实施方式
以下实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制本发明权利要求的保护范围。
实施例1
将高铁锰矿精矿(粒度为-200mm粒级所占质量百分数为85％、比表面积为1200cm2/g)、细磨焦粉(粒度为-200mm粒级所占质量百分数为80％、比表面积为2000cm2/g)、粘结剂(膨润土或其他)为原料制备球团料，球团粒径为5～8mm，其中焦粉干基质量占球团混合料干基质量的5％，用生石灰、白云石调整球团的三元碱度为0.05；将高铁锰矿粉、熔剂、焦粉、返矿为原料，经混匀、制粒得颗粒料，其中焦粉干基质量占颗粒料干基质量的7.0％，以生石灰、石灰石、白云石调节颗粒料的三元碱度为1.61，返矿外配20％。再将球团料和颗粒料混匀，其中球团料和颗粒料中的高铁锰矿精矿与高铁锰矿粉比例为35：65，混匀料的三元碱度为1.30，将混匀料布料、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，烧结抽风负压为7kPa，烧结完成后调整冷却负压为5kPa，冷却时间3min得高铁锰矿复合烧结矿。所得烧结矿成品率82.1％、转鼓强度为63.2％、利用系数为1.361t/(h·m2)。
实施例2
将高铁锰矿精矿(粒度为-200mm粒级所占质量百分数为88％、比表面积为1320cm2/g)、细磨焦粉(粒度为-200mm粒级所占质量百分数为83％、比表面积为2100cm2/g)、粘结剂、(膨润土或其他)为原料制备球团料，球团粒径为5～8mm，其中焦粉干基质量占球团混合料干基质量的1％，用生石灰、白云石调整球团的三元碱度为0.15；将高铁锰矿粉、熔剂、焦粉返矿为原料，经混匀、制粒得颗粒料，其中焦粉干基质量占颗粒料干基质量的10％，以生石灰、白云石调节颗粒料的三元碱度为1.70，返矿外配20％。再将球团料和颗粒料混匀，其中球团料和颗粒料中的高铁锰矿精矿与高铁锰矿粉比例为45：55，混匀料的三元碱度为1.24，将混匀料布料、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，烧结抽风负压为7kPa，烧结完成后调整冷却负压为5kPa，冷却时间3min得高铁锰矿复合烧结矿。所得烧结矿成品率81.36％、转鼓强度为64.8％、利用系数为1.367t/(h·m2)。
实施例3
将高铁锰矿精矿(粒度为-200mm粒级所占质量百分数为85％、比表面积为1200cm2/g)、细磨焦粉(粒度为-200mm粒级所占质量百分数为80％、比表面积为2000cm2/g)、粘结剂(膨润土或其他)为原料制备球团料，球团粒径为5～8mm，其中焦粉干基质量占球团混合料干基质量的3.5％，用生石灰、白云石调整球团的三元碱度为0.06；将高铁锰矿粉、熔剂、焦粉返矿为原料，经混匀、制粒得颗粒料，其中焦粉干基质量占颗粒料干基质量的7.5％，以生石灰、石灰石、白云石调节颗粒料的三元碱度为1.73，返矿外配20％。再将球团料和颗粒料混匀，其中球团料和颗粒料中的高铁锰矿精矿与高铁锰矿粉比例为50：50，混匀料的三元碱度为1.3，将混匀料布料、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，烧结抽风负压为7kPa，烧结完成后调整冷却负压为5kPa，冷却时间3min得高铁锰矿复合烧结矿。所得烧结矿成品率80.4％、转鼓强度为63.7％、利用系数为1.350t/(h·m2)。
上述实施例1至实施例3制备得到的烧结矿成矿结构均包括：低碱度部分为以锰铁氧化物和锰铁橄榄石为主要粘结剂相的球团部分，高碱度部分为以锰铁氧化物、锰铁橄榄石和钙锰铁橄榄石为主要粘结相的颗粒料部分，两者的过渡部分主要为锰铁橄榄石液相。本发明借助铁矿粉复合造块工艺的技术原理和工艺，生产出综合碱度为0.4～1.6的优质高铁锰矿复合烧结矿，成功避免了碱度0.4～1.6区间常规烧结工艺中烧结矿中大量玻璃相和孔洞的生成。
对比实施例1
该对比实施例中的球团和颗粒料碱度不在本发明的范围内。
将高铁锰矿精矿(粒度为-200mm粒级所占质量百分数为90％、比表面积为1500cm2/g)、细磨焦粉(粒度为-200mm粒级所占质量百分数为85％、比表面积为2180cm2/g)、粘结剂(膨润土或其他)为原料制备球团料，球团粒径为5～8mm，其中焦粉干基质量占球团混合料干基质量的4％，用生石灰、白云石调整球团的三元碱度为0.673；将高铁锰矿粉、熔剂、焦粉返矿为原料，经混匀、制粒得颗粒料，其中焦粉干基质量占颗粒料干基质量的8.2％，以生石灰、白云石调节颗粒料的三元碱度为1.109，返矿外配20％。再将球团料和颗粒料混匀，其中球团料和颗粒料中的高铁锰矿精矿与高铁锰矿粉比例为30：70，混匀料的三元碱度为1.090，将混匀料布料、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，烧结抽风负压为7kPa，烧结完成后调整冷却负压为5kPa，冷却时间3min得高铁锰矿复合烧结矿。所得烧结矿成品率77.54％、转鼓强度为57.7％、利用系数为1.230t/(h·m2)。
对比实施例2
该对比实施例中的球团和颗粒料碱度不在本发明的范围内。
将高铁锰矿精矿(粒度为-200mm粒级所占质量百分数为85％、比表面积为1200cm2/g)、细磨焦粉(粒度为-200mm粒级所占质量百分数为80％、比表面积为2000cm2/g)、粘结剂(膨润土或其他)为原料制备球团料，球团粒径为5～8mm，其中焦粉干基质量占球团混合料干基质量的4.5％，用生石灰、白云石调整球团的三元碱度为0.843；将高铁锰矿粉、熔剂、焦粉返矿为原料，经混匀、制粒得颗粒料，其中焦粉干基质量占颗粒料干基质量的8.8％，以生石灰、白云石调节颗粒料的三元碱度为1.088，返矿外配20％。再将球团料和颗粒料混匀，其中球团料和颗粒料中的高铁锰矿精矿与高铁锰矿粉比例为35：65，混匀料的三元碱度为1.075，将混匀料布料、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，烧结抽风负压为7kPa，烧结完成后调整冷却负压为5kPa，冷却时间3min得高铁锰矿复合烧结矿。所得烧结矿成品率76.41％、转鼓强度为56.98％、利用系数为1.262t/(h·m2)。

Claims (9)

1.制备高铁锰矿复合烧结矿的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)包括高铁锰矿精矿、细磨焦粉、膨润土和熔剂在内的原料混匀后，制成球团料；其中，各原料之间的质量比例使球团料的三元碱度满足：0<(CaO+MgO)/SiO2≤0.4；
(2)包括高铁锰矿粉、熔剂和焦粉在内的原料混匀后，制成颗粒料；其中，各原料之间的质量比例使颗粒料的三元碱度满足：1.6≤(CaO+MgO)/SiO2≤2.4；
(3)将(1)中球团料和(2)中颗粒料混匀，依次经过布料、点火、烧结和冷却，得到碱度为0.4～1.6的复合烧结矿；所述的球团料中高铁锰矿精矿与颗粒料中高铁锰矿粉的干基质量比为30～50：70～50。
2.根据权利要求1所述的制备高铁锰矿复合烧结矿的方法，其特征在于：所述的球团料中高铁锰矿精矿的粒度满足-200mm粒级所占质量百分比含量不低于85％，且比表面积不低于1200cm2/g。
3.根据权利要求1所述的制备高铁锰矿复合烧结矿的方法，其特征在于：所述的细磨焦粉粒度满足-200mm粒级所占质量百分比含量不低于80％，且比表面积不低于2000cm2/g；所述的细磨焦粉的干基质量占球团料干基质量的1～5％。
4.根据权利要求1所述的制备高铁锰矿复合烧结矿的方法，其特征在于：所述的高铁锰矿粉的粒度为不大于8mm。
5.根据权利要求1所述的制备高铁锰矿复合烧结矿的方法，其特征在于：(2)中的焦粉粒度满足0.5～3mm粒级所占质量百分比含量不低于70％；所述的焦粉干基质量占颗粒料干基质量的5～10％。
6.根据权利要求1所述的制备高铁锰矿复合烧结矿的方法，其特征在于：所述的球团料平均粒径为5～8mm；所述的颗粒料平均粒径为4～5mm。
7.根据权利要求1所述的制备高铁锰矿复合烧结矿的方法，其特征在于：球团料和颗粒料中细磨焦粉和焦粉的干基总质量占球团料和颗粒料的干基总质量的5～8％。
8.根据权利要求1～7任一项所述的制备高铁锰矿复合烧结矿制备的方法，其特征在于：所述的复合烧结矿中的低碱度球团料部分是以锰铁氧化物和锰铁橄榄石为主要粘结相固相固结，高碱度颗粒料部分是以锰铁氧化物、锰铁橄榄石和钙锰铁橄榄石为主要粘结相的液相固结，两者之间的过渡部分以锰铁橄榄石液相为主。
9.根据权利要求1所述的制备高铁锰矿复合烧结矿的方法，其特征在于：所述的复合烧结矿三元碱度为1.0～1.3。
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