CN113564352B - 一种利用多种锰矿粉配矿生产高质量烧结矿的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用多种锰矿粉配矿生产高质量烧结矿的方法，包括配料、混匀、烧结、冷却、破碎、筛分等步骤，通过对各个步骤进行具体限定，使得制备得到的烧结矿强度高，气孔率在合理范围内更高，从而使得在后续矿热炉中冶炼过程可表现出良好的还原性，改善矿热炉的炉况，且能大大降低冶炼过程中的焦耗和电耗。

Description

一种利用多种锰矿粉配矿生产高质量烧结矿的方法

技术领域

本发明属于烧结矿技术领域，具体涉及一种利用多种锰矿粉配矿生产高质量烧结矿的方法。

背景技术

锰矿是锰系合金生产中最主要的含锰原料，全球锰矿资源虽然十分丰富，但分布很不平衡，锰矿资源主要分布在南非、巴西、乌克兰、澳大利亚、加蓬、中国和印度等国家。大多数高品位氧化锰矿主要分布在南非、澳大利亚、加蓬、巴西、印度和乌克兰等少数几个国家。但随着世界各地对锰矿开采增加，锰矿整体呈富矿少、贫矿多，块矿少、粉矿多的形势。而锰粉矿、贫矿直接入炉，会导致炉料透气性降低，不利于反应炉的顺行，故锰矿的造块工艺在锰合金冶炼中尤为重要。锰矿粉经过造块处理后，原料的性能会得到极大地改善，主要表现为原料中的锰品位上升、杂质元素含量减少以及水分和挥发分含量降低。造块后的原料进入反应炉后，有利于反应炉的顺行，延长反应炉寿命，在降低冶炼过程中电能和还原剂消耗的同时还能获得更加优质的产品。

锰矿粉造块包括压块、球团和烧结三种工艺。压块工艺一般分热压和冷压两种，冷固结压块工艺来说，粘结剂的选择是冷压球团工艺的关键，一般采用纸浆废液、回收粉尘、水泥和膨润土，一些特殊工艺中还会采用蜜糖。冷压法的优点是流程简单、投资省、成本低，无需消耗燃料，其缺点是团块的强度较低，入炉易粉化，不利于锰铁生产。球团是一种将粉状物料加水润湿混合，在圆盘造球机滚成小球，随后进行固结而得到球团矿的工艺。球团的冶金性能较优，可以降低冶炼过程中的电耗，提高锰回收率和生产率，但是熔剂性球团的强度小，只能满足小型高炉的使用。烧结法是将各种粉状原料，按一定比例配入一定数量的燃料和熔剂在烧结设备上点火烧结，在高温下发生一系列物理化学反应后，产生一定数量的液相，随着温度的降低，液相物质将矿粉颗粒粘结成块，在高温作用下形成具有一定粒度、足够强度的烧结矿。烧结法具有产量大、易操作、强度高等优点，所以目前我国大多数钢铁及铁合金企业多采用烧结法处理锰矿粉。

现有生产锰烧结矿的技术多为使用一种锰矿粉进行烧结，若采用的锰矿锰品位低、脉石成分含量高，则烧结后产品质量较原来相比，提升不够明显。现有研究中也偶有公开发表采用多种锰矿粉进行配比的技术方案，但是其选矿矿种与烧结方法的参数以及二者的配合有待提高。尤其在中国，中国锰矿多为碳酸锰矿，锰品位较低，需要跟国外进口的优质锰矿配矿烧结，来提升原料性能。

发明内容

本发明使用两种或三种锰矿粉进行配矿烧结，能够合理的利用锰矿资源，极大地改善原料性能。通过本发明得到的锰烧结矿与传统利用单种锰矿粉烧结得到的锰烧结矿相比，强度高，气孔率高，冶金性能好，并且与现有偶有研究的多锰矿粉相比，配料控制合理，制备的参数合理，在后续冶炼过程出表现出良好的还原性，不仅改善了矿热炉的炉况，还能够大大降低冶炼过程中的焦耗和电耗。

本发明提供了一种高质量的锰烧结矿，利用多种锰矿进行配矿烧结，改进原有烧结工艺原料、参数而获得的。本发明所用主要原料为3种或2种锰矿粉，辅助原料为生石灰及焦粉，采用特定的烧结过程和参数。具体包括如下步骤：

步骤1：配置锰矿粉I、锰矿粉II和锰矿粉III，其中锰矿粉I的组成为：Mn：39～42wt％，Fe：5～10wt％，SiO₂：7～9wt％，CaO：0.4～0.5wt％，MgO：0.4～0.6wt％，Al₂O₃：3～6wt％，P：0.1～0.2wt％，水份：3～4wt％，烧损物：9～12wt％，余量为不可避免的杂质；锰矿粉II的组成为：Mn：40～44wt％，Fe：15～17wt％，SiO₂：5～7wt％，CaO：2～3wt％，MgO：0.5～0.7wt％，Al₂O₃：0.6～0.8wt％，P：0.1～0.2wt％，水份：3～3.5wt％，烧损物：2～4wt％，余量为不可避免的杂质；锰矿粉III的组成为：Mn：35～40wt％，Fe：5～10wt％，SiO₂：5～7wt％，CaO：8～10wt％，MgO：2～5wt％，Al₂O₃：0.2～0.3wt％，P：0.05～0.1wt％，水份：0.2～0.5wt％，烧损物：16～19wt％，余量为不可避免的杂质。

步骤2：按照锰矿粉I：锰矿粉II：锰矿粉III为(68～85)：(9～22)：(0～11)的重量配比进行锰矿粉的配比(由于锰矿粉III的含量可以取0，因此其中即隐含了只有锰矿粉I和锰矿粉II两种而不含锰矿粉III的情况)，然后对其碱度进行计算，然后向混合后的锰矿粉中加入生石灰，生石灰的加入量为使得混合物的碱度为0.66～0.71(优选0.66～0.698)(碱度过低，烧结矿中硅酸盐成分较多，不利于其后续在矿热炉中的还原性；碱度过高，烧结矿强度较低，在烧结矿的入炉过程中粉化严重)，然后再加入混合物总重量的8％～10％焦粉(焦粉量过低，烧结矿强度低，在烧结矿的入炉过程中粉化严重，甚至无法形成符合要求的烧结矿；焦粉量过高，烧结矿液相成分含量高，不利于其冶炼过程中的还原过程，烧结过程中另外焦耗过量，使得整个锰铁冶炼过程总焦耗增加)，然后对物料进行人工搅拌混匀，时间为2～3分钟。

步骤3：向步骤2经过混料机混合之后的物料混合物中加入水，水的加入量为物料总重量的6％～9％，然后进行人工搅拌，直至物料与水分完全混匀，时间为3～4分钟。

步骤4：将步骤3得到的混合物置入到混料机进行制粒，制粒时间为2～4分钟，得到粒度为0.5cm～3cm的混合物生球。

步骤5：在烧结容器中铺入2.5～3.5kg粒度在10～16mm的成品烧结矿作为烧结底料，然后将步骤4得到的混合物生球置入到烧结容器中，原料层厚度为490～550mm，然后进行烧结，烧结温度为：1050～1250℃，烧结时间为10～15分钟。

步骤6：将步骤5得到的成圆柱状的锰烧结矿放置于室温中使其自然冷却，冷却终点温度为40～20℃。

步骤7：对步骤6得到的冷却后的成圆柱状的锰烧结矿进行初步破碎，然后将破碎后得到的粒度为10～50mm的锰烧结矿放入料箱中，从1.8～2.5m高处自由落下到钢板上，反复落下三至五次，然后按25～10mm、10～6.3mm、6.3～2mm、<2mm的粒度范围进行筛分分级处理，并称量每一个粒度范围烧结矿的重量，粒度在6.3mm以上的烧结矿为成品烧结矿。

作为优选，所述焦粉的主要组成为：固定碳：83～85wt％，挥发分：1.5～2wt％，灰分：14～15wt％，P：0.02～0.04wt％，S：1～1.5wt％。

作为优选，步骤2中，所述搅拌均匀具体为采用混料机进行混合。

作为优选，步骤4中，所述混料机为小型圆筒混料机。

作为优选，步骤5中，所述烧结容器为尺寸为Φ200×500mm的烧结杯。

作为优选，步骤5中，烧结过程中的点火负压为7.8～8.5kpa，烧结负压为9.5～10.2kpa，点火时间为1.5～2.5分钟，垂直烧结速度为：35～46mm/min。

作为优选，步骤7中的所述初步破碎具体为初步人工破碎。

作为优选，步骤7中，粒度在6.3mm以上的烧结矿为成品烧结矿，6.3mm以下的烧结矿返回重新烧结。

本发明所述“烧损物”即常规文献中记载的“烧损”，由于这些挥发分等物质是在后续过程中烧损去除的，因此在矿物中本发明以“烧损物”进行记载；本发明各个锰矿粉的组成中，锰和铁等元素以元素当量的重量(换算得到的重量比例)进行记载限定，并不意味在矿物中其以单质形式存在。

本发明的技术效果在于：

本发明针对现在锰铁生产过程中利用锰矿烧结生产锰烧结矿的现状，进行工艺优化，首先采用两种或三种特定的锰矿粉进行配矿烧结(与现有多种锰矿粉烧结所用的锰矿粉不同)，配合碱度的设置、焦粉的添加量、烧结、破碎等步骤中参数的改进(尤其是烧结过程中对于垂直烧结速度的控制，配合点火负压、烧结负压、点火时间、烧结时间等参数的设置)，使得得到的锰烧结矿质量更高。具体表现为强度高，测得转鼓强度在70％以上(国标一级品转鼓指标：≥65.5％)、气孔率更高，检测气孔率在30％以上(且在40％以下)。而气孔率在现有气孔率的基础上适当提高可以在后续矿热炉中冶炼过程可表现出良好的还原性，不仅能够改善矿热炉的炉况，还能大大降低冶炼过程中的焦耗和电耗，但是气孔率也不宜过大，否则对烧结矿强度有显著影响，而本发明通过对烧结参数的控制，实现了较现有气孔率有合理提升的同时也没有过大的气孔率的技术效果。通过上述设置可以获得更适宜实际冶炼的生产工艺流程和参数，为相关铁合金企业增加经济效益。

附图说明

图1为本发明三个实施例获得的锰烧结矿的XRD图谱。

其中：图中标记所代表的含义为：C:Ca₂SiO₄；F:(Fe,Mn)₂SiO₄；H:Mn₃O₄；J:MnFe₂O₄；M1:MnO；M2:Mn₂SiO₄；Q:SiO₂。

具体实施方式

结合附图进行进一步说明：

实施例1：

按照重量份比锰矿粉I：锰矿粉II为79％：21％，生石灰6.7％、焦粉8％进行配料、顺次加料且混匀。加入7.7％的清水进行搅拌，待混匀后，放入圆筒混料机进行制粒，制粒时间为3分钟。制粒结束后，将生球放入铺好底料、尺寸为Φ200×500mm的烧结杯中进行烧结，生球质量为27.32kg，底料质量为3kg，烧结时间为14分钟，垂直烧结速度为：35.71mm/min。烧结结束后，对获得的锰烧结矿进行称量，锰烧结矿产出量为18.32kg，烧成率为67％。待锰烧结矿冷却至室温，将其破碎、筛分，至此，获得成品锰烧结矿。经过转鼓强度测试(GBT8209-1987)、落下强度检测(YB/T4606-2017)和气孔率测试(QB/T1642-2012)，该锰烧结矿的转鼓指数为71.33％，成品率为55.35％，气孔率为30.78％。经过物相分析，该烧结矿中主要物相为黑锰矿(Mn₃O₄)、锰铁尖晶石(MnFe₂O₄)、锰铁橄榄石((Fe，Mn)₂SiO₄)和硅酸钙(Ca₂SiO₄)。获得的锰烧结矿的XRD图谱见图1。

实施例2：

按照锰矿粉I：锰矿粉II为81％：19％、生石灰6.7％、焦粉10％进行配料、混匀。加入8.6％的清水进行搅拌，待混匀后，放入圆筒混料机进行制粒,制粒时间为3分钟。制粒结束后，将生球放入铺好底料、尺寸为Φ200×500mm的烧结杯中进行烧结，生球质量为25.20kg，底料质量为3kg，烧结时间为11分钟，垂直烧结速度为：45.45mm/min。烧结结束后，对获得的锰烧结矿进行称量，锰烧结矿产出量为19.34kg，烧成率为76.75％。待锰烧结矿冷却至室温，将其破碎、筛分，至此，获得成品锰烧结矿。经过转鼓强度测试和落下强度检测，该锰烧结矿的转鼓指数为75.33％，成品率为68.58％，气孔率为30.09％。经过物相分析，该烧结矿中主要物相为黑锰矿(Mn₃O₄)、锰铁尖晶石(MnFe₂O₄)和锰铁橄榄石((Fe，Mn)₂SiO₄。获得的锰烧结矿的XRD图谱见图1。

实施例3：

按照锰矿粉I：锰矿粉II：锰矿粉III为78％:11％:11％、生石灰7.1％、焦粉8％进行配料、混匀。加入6.5％的清水进行搅拌，待混匀后，放入圆筒混料机进行制粒，制粒时间为3分钟。制粒结束后，将生球放入铺好底料、尺寸为Φ200×500mm的烧结杯中进行烧结，生球质量为25.71kg，底料质量为3kg，烧结时间为13分钟，垂直烧结速度为：38.46mm/min。烧结结束后，对获得的锰烧结矿进行称量，锰烧结矿产出量为17.66kg，烧成率为68.69％。待锰烧结矿冷却至室温，将其破碎、筛分，至此，获得成品锰烧结矿。经过转鼓强度测试和落下强度检测，该锰烧结矿的转鼓指数为70％，成品率为69.27％，气孔率为35.16％。经过物相分析，该烧结矿中主要物相为黑锰矿(Mn₃O₄)、锰铁尖晶石(MnFe₂O₄)、锰铁橄榄石((Fe，Mn)₂SiO₄)和硅酸钙(Ca₂SiO₄)。获得的锰烧结矿的XRD图谱见图1。

对比例1：

本对比例仅使用锰矿粉I作为锰矿粉(单一的锰矿粉)，采用与实施例1相同的制备方法制备得到烧结矿，经过转鼓强度测试和落下强度检测，该锰烧结矿的转鼓指数为65.8％，成品率为62.21％，气孔率为28.31％。

对比例2：

按照锰矿粉I：锰矿粉II为79％：21％、生石灰6.7％、焦粉4.7％(焦粉含量比本发明的焦粉含量低)进行配料、混匀。加入7.2％的清水进行搅拌，待混匀后放入圆筒混料机进行制粒，制粒时间为3分钟。制粒结束后，将生球放入铺好底料、尺寸为Φ200×500mm的烧结杯中进行烧结，生球质量为24.3kg，底料质量为3kg，烧结时间为15分钟，烧结过程完成后，烧结产物较为松散，无法形成完整的柱状的锰烧结矿，认为其强度过低，无法形成成品烧结矿。

对比例3：

按照锰矿粉I：锰矿粉II为79％:21％，加入生石灰6.9％，外配焦粉5％(焦粉含量比本发明低)，将原锰矿石粒度磨碎至0.075mm左右(本发明无磨碎操作工艺)，进行配料、混匀(与本发明相比，无加清水混匀和制粒操作)、烧结。烧结温度为1200℃，时间为2小时(所用时间比本发明长)。烧结过程结束后，冷却至室温。对产品进行气孔率检测，该产品气孔率为48.49％，认为其气孔率过大，使得强度过低，在后续冶炼过程中易粉化。

对比例4：

按照锰矿粉I：锰矿粉II：锰矿粉III为78％:11％:11％，加入生石灰7.7％使得原料混合物碱度为0.85(碱度比本发明高)，外配焦粉5％(焦粉含量比本发明低)，将原锰矿石粒度磨碎至0.075mm左右(本发明无磨碎操作工艺)，进行配料、混匀(与本发明相比，无加清水混匀和制粒操作)，烧结温度为1200℃，垂直烧结速度为：28.62mm/min(垂直烧结速度低于本发明实施例)。该产品在烧结过程发生了爆裂及破碎现象，取出时样品不完整，认为其无法形成成品烧结矿。

Claims (6)

1.一种利用多种锰矿粉配矿生产高质量烧结矿的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1：配置锰矿粉I、锰矿粉II和锰矿粉III，其中锰矿粉I、锰矿粉II和锰矿粉III的锰含量均在35~44wt%范围内，且磷锰比均小于0.005；锰矿粉III的锰含量低于锰矿粉II的锰含量，锰矿粉II的Fe含量分别大于锰矿粉I的Fe含量和锰矿粉III的Fe含量，锰矿粉I的SiO₂含量分别大于锰矿粉II的SiO₂含量和锰矿粉III的SiO₂含量，具体为：锰矿粉I的组成为：Mn：39~42wt%，Fe：5~10wt%，SiO₂：7~9wt%，CaO：0.4~0.5wt%，MgO：0.4~0.6wt%， Al₂O₃：3~6wt%，P：0.1~0.2wt%，水份：3~4wt%，烧损物：9~12wt%，余量为不可避免的杂质；锰矿粉II的组成为：Mn：40~44wt%，Fe：15~17wt%，SiO₂：5~7wt%，CaO：2~3wt%，MgO：0.5~0.7wt%，Al₂O₃：0.6~0.8wt%，P：0.1~0.2wt%，水份：3~3.5wt%，烧损物：2~4wt%，余量为不可避免的杂质；锰矿粉III的组成为：Mn：35~40wt%，Fe：5~10wt%，SiO₂：5~7wt%， CaO：8~10wt%，MgO：2~5wt%，Al₂O₃：0.2~0.3wt%，P：0.05~0.1wt%，水份：0.2~0.5wt%，烧损物：16~19wt%，余量为不可避免的杂质；

步骤2：按照锰矿粉I、锰矿粉II和锰矿粉III的重量配比为：（68~81）：（9~21）：（0~11）进行锰矿粉的配比，然后对混合后的锰矿粉的碱度进行计算并确定碱度，然后向混合后的锰矿粉中加入生石灰，生石灰的加入量为使得加入生石灰后的混合物的碱度为0.66~0.698，然后再加入焦粉，且焦粉的加入量为锰矿粉和生石灰混合物总重量的8~10wt%，然后对物料混合物进行搅拌混匀，搅拌混匀时间为2~3分钟；

步骤3：向步骤2得到的物料混合物中加入水，水的加入量为物料混合物总重量的6~9wt%，然后进行搅拌，直至物料混合物与水分完全混匀，混匀时间为3~4分钟；

步骤4：将步骤3得到的混合物置入到混料机中进行制粒，制粒时间为2~4分钟，得到粒度为0.5~3cm的混合物生球；

步骤5：在烧结容器中铺入2.5~3.5kg粒度在10~16mm的成品烧结矿作为烧结底料，然后将步骤4得到的混合物生球置入到烧结容器中，原料层厚度为490~550mm，然后进行烧结，烧结温度为：1050~1250℃，烧结时间为10~15分钟，垂直烧结速度为：35~46 mm/min；

步骤6：将步骤5得到的成圆柱状的锰烧结矿放置于室温中使其自然冷却，冷却终点温度为40~20℃；

步骤7：对步骤6得到的冷却后的成圆柱状的锰烧结矿进行初步破碎，然后将破碎后得到的粒度为10~50mm的锰烧结矿放入料箱中，从1.8~2.5m高处自由落下到钢板上，反复落下三至五次，然后按25~10mm、10~6.3mm、6.3~2mm以及小于2mm的粒度范围进行筛分分级处理，并称量每一个粒度范围烧结矿的重量，粒度在6.3mm以上的烧结矿为成品烧结矿；

步骤5中，烧结过程中的点火负压为7.8~8.5kpa，烧结负压为9.5~10.2kpa，点火时间为1.5~2.5分钟。

2.根据权利要求1所述的利用多种锰矿粉配矿生产高质量烧结矿的方法，其特征在于，所述焦粉的组成为：固定碳：83~85wt%，挥发分：1.5~2wt%，灰分：14~15wt%，P：0.02~0.04wt%，S：1~1.5wt%。

3.根据权利要求1所述的利用多种锰矿粉配矿生产高质量烧结矿的方法，其特征在于，步骤2中，所述搅拌均匀具体为采用混料机进行混合。

4.根据权利要求1所述的利用多种锰矿粉配矿生产高质量烧结矿的方法，其特征在于，步骤4中，所述混料机为小型圆筒混料机。

5.根据权利要求1所述的利用多种锰矿粉配矿生产高质量烧结矿的方法，其特征在于，步骤5中，所述烧结容器为尺寸为Φ200×500mm的烧结杯。

6.根据权利要求1所述的利用多种锰矿粉配矿生产高质量烧结矿的方法，其特征在于，步骤7中的所述初步破碎具体为初步人工破碎；步骤7中，粒度在6.3mm以上的烧结矿为成品烧结矿，6.3mm以下的烧结矿返回重新烧结。

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