CN113981212B

CN113981212B - 一种无熔剂法配料制备烧结矿的方法

Info

Publication number: CN113981212B
Application number: CN202111351959.6A
Authority: CN
Inventors: 王海娟; 韩钰; 王龙星; 吴腾浩; 尹大军; 盛纲; 汪东社
Original assignee: Inner Mongolia Chayouqian Banner Mengfa Ferroalloy Co ltd; University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: Inner Mongolia Chayouqian Banner Mengfa Ferroalloy Co ltd; University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2021-11-16
Filing date: 2021-11-16
Publication date: 2022-11-18
Anticipated expiration: 2041-11-16
Also published as: CN113981212A

Abstract

本发明涉及一种无熔剂法配料制备烧结矿的方法，包括配料、混料、加水、升温烧结、降温冷却及破碎等步骤。通过在配料中不添加熔剂而添加除尘灰等物料，配合各个步骤中具体参数和步骤的设置和调整，可以得到更高抗压强度和气孔率更适中的烧结矿。

Description

一种无熔剂法配料制备烧结矿的方法

技术领域

本发明属于锰矿石配料烧结技术领域，具体涉及一种无熔剂法配料制备烧结矿的方法。

背景技术

锰矿石是生产锰合金的重要原料，但随着世界锰矿需求的增加，块状锰矿和锰矿精矿越来越少，相反，锰矿细粒和贫矿的比例在增加。但在矿热炉中直接添加锰矿粉会导致炉料透气性差，不利于正常的炉体运行，同时也会增加冶炼过程中的焦耗和电耗。因此，在生产过程中对锰矿细粒矿石进行团聚，对改善原料性能，更有效地利用锰矿资源，节约能源和成本具有重要意义。锰矿粉经过烧结处理后，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。并且，烧结法具有产量大、易操作等优点，所以受到了众多铁合金企业的关注。

由于锰系合金的迅速发展，锰系合金的产量越来越大，与此同时，冶炼过程当中的副产品如除尘灰等的产量也日趋增加，故这些副产品的二次资源利用也成为了铁合金企业的研究热门。

研究矿粉烧结性能的方法通常为烧结杯方法，一般流程为：按照要求配矿、混料、加水、混匀、制粒、烧结、冷却和破碎。原料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。通过烧结杯方法生产可以反应按照此工艺参数在实际烧结工艺生产获得的烧结矿的性能。

在锰矿烧结工艺中，一般通过外加熔剂(石灰或硅石)来调节烧结矿碱度，但过多的熔剂的加入会影响烧结矿强度；从整个烧结、锰铁冶炼过程来看，熔剂中大多数成分最终进入渣中，所以熔剂加入量高会在一定程度上增加渣量，增加生产成本。同时，从化学成分来看，除尘灰(以及中锰渣)中含有较多的锰氧化物，可以作为生产锰烧结矿的原料。但是，一般铁合金企业生产锰烧结矿的原料仅仅为锰矿粉、熔剂和焦粉，这造成了含锰资源的浪费，并且这些含锰的废弃物的排放对环境也造成了一定的破坏。

发明内容

基于以上现有技术的缺陷，本发明提供了一种无熔剂法调节烧结矿碱度的工艺，在进行锰矿烧结时，利用含锰原料本身酸碱度来调节原料的酸碱度，并且在锰矿粉的基础上，采用除尘灰或除尘灰与锰渣结合作为其辅助含锰原料、在节省熔剂及生产成本的同时合理地利用了含锰固体废弃物，避免了资源浪费及对环境的危害。

具体通过如下技术方案实现：

一种上述锰矿粉配矿烧结的研究方法，具体包括如下步骤：

步骤I：配制锰矿粉1、锰矿粉2、除尘灰以及焦粉；其中锰矿粉1的组成为：Mn：44～48wt％，Fe：3～6wt％，SiO₂：6～9wt％，CaO:0.5～2wt％，MgO：0.2～2wt％，Al₂O₃：2～6wt％，P：<0.09wt％，余量为不可避免的杂质；锰矿粉2的组成为：Mn：43～56wt％，Fe：10～12wt％，SiO₂：4～6wt％，CaO：5～7wt％，MgO：1～2wt％，Al₂O₃：0.2～1wt％，P：<0.05wt％，余量为不可避免的杂质；除尘灰的组成为：Mn：32～36wt％，Fe：0.5～2wt％，SiO₂：1～3wt％，CaO：1～2wt％，MgO：1～3wt％，Al₂O₃：0.5～2wt％，P：<0.02wt％，余量为不可避免的杂质。

步骤II：按照锰矿粉1：锰矿粉2为0～45份：45～88份(由于锰矿粉1的含量可以取0，因此其中即隐含了只有锰矿粉2而不含锰矿粉1的情况)，除尘灰3～5份，焦粉8～10份的重量配比进行配料，然后对其混合物料的酸碱度进行计算，此时最终混合原料碱度为0.4～1.3，然后进行人工搅拌，直至物料混合均匀。

步骤III：向步骤II经过混料后的混合原料中加入水，水的加入量为混合原料的5.56～7.05wt％，(水分过高，在高温下物料中水分分解严重而造成严重的喷溅现象)，然后进行人工搅拌，直至物料与水分完全混匀，该过程时间为3～6分钟。

步骤IV：向步骤III获得的加水混匀的混合物放入圆筒混料机中进行制粒，制粒时间为3～5分钟(视混合物的质量而定，混合物质量越多，制粒时间越长)，制粒后形成粒度为0.5cm～2cm的混合物生球。

步骤V：在烧结容器中铺入成品烧结矿作为烧结底料，且成品烧结矿铺入的厚度为40～50mm，然后将步骤4得到的混合物生球置入到烧结容器中，然后在烧结杯中进行点火，点火时间为2～3min，烧结温度为：1100～1300℃，烧结负压为10.0～11.0kpa，烧结时间为20～45分钟，烧结结束后形成呈圆柱状的锰烧结矿，呈圆柱状锰烧结矿的质量与烧结物料的占比为72～88wt％。

步骤VI:步骤V得到的呈圆柱状的锰烧结矿随烧结容器降温，待废气温度降至80～100℃后，取出放置于室温中使其自然冷却，冷却终点温度为40～20℃。

步骤VII：对步骤VI得到的冷却后的呈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2m高处自由落下到钢板上，反复落下四次，然后按40～25mm、25～12.5mm、12.5～6.3mm、<6.3mm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，所述焦粉的组成为：固定碳：84～85wt％，挥发分：<2.5wt％，灰分：11～13wt％，S：1～2wt％，水分：10～13wt％。

作为优选，步骤II和步骤III中，物料混合均匀为采用人工搅拌。

作为优选，步骤V中，所述烧结容器为尺寸为Φ325×700mm的烧结杯或其他圆柱状的烧结容器。

作为替换，步骤II中的3～5份的除尘灰替换为1.5～2.5份的锰渣和1.5～2.5份的除尘灰的混合物，其中锰渣的组成为Mn：15～20wt％，Fe：1～3wt％，SiO₂：20～24wt％，CaO:45～50wt％，MgO：1～2wt％，Al₂O₃：1～2wt％，余量为不可避免的杂质。

作为优选，步骤VI中，步骤V得到的呈圆柱状的锰烧结矿随烧结容器降温，且在温度为900℃以上时，降温速率为10℃/min～15℃/min，温度在900℃以下，降温速率为20℃/min～25℃/min。合理的降温速率可以保证物料不易裂碎，尤其是本发明特定的原料与合理的降温速率相配合，可以达到更好的保证物料不碎裂的技术效果。

作为优选，步骤VII中，小于6.3mm的烧结矿颗粒返回步骤III的混合原料中。

作为优选，在步骤V中：在烧结容器中铺入3～4kg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，加入的混合物生球的质量为45～50kg，烧结结束后形成呈圆柱状锰烧结矿，呈圆柱状锰烧结矿的质量为35～45kg。

作为优选，步骤III中，水的加入量为2500ml～3000ml。

作为优选，步骤V中的所述烧结炉为烧结杯装置或烧结机。

作为优选，步骤II：按照0～45份的锰矿粉1，45～88份的锰矿粉2，3～5份的除尘灰，8～10份的焦粉重量份配比进行配料，且使得混合物料的碱度为0.5～1.2。

本发明各配方中Mn、Fe等比例为元素当量的重量比例，并非在含量中以单质形式存在，在矿物中Mn、Fe等元素主要以氧化物形式存在，因此矿物等组合物中以Mn、Fe等元素计算的重量百分比使得总量没有达到100％(其差额的重量主要为氧等元素的重量)。

本发明的技术效果在于：

本发明针对现有锰矿烧结工艺流程，采用利用矿物本身酸碱度调节烧结矿的碱度来代替原来采用加入熔剂调节烧结矿的碱度，同时在原料中增加除尘灰(或替代方案中除尘灰与锰渣的混合物)作为含锰原料，并合理设定其加入量。采用该种工艺获得的产品比未改进的工艺获得的产品的转鼓强度更高，气孔率更适中。本发明采用的锰矿粉配矿烧结方法流程更短，所需的原料、人力及成本更少。

本发明在工艺流程中，水的加入量是针对本发明具体特定配比而创造性设定的，本发明范围内的水的添加量既能确保混合料形成的生球团粒度适中，又能防止在本发明特定的步骤中由于水分过高，在高温下物料中水分分解严重而造成严重的喷溅现象。

本发明的方法步骤设定了合理的烧结时间。针对本发明特定的步骤和参数，设置的烧结时间太短，物料中生成的液相成分过少，无法形成成品烧结矿；设置的烧结时间过长，烧结容器(例如烧结杯)炉篦易被烧穿，过于危险，本发明针对特定的无熔剂原料设定了符合本发明的烧结时间。

采用本发明工艺获得的烧结矿的性能与现有锰烧结工艺获得的烧结矿相比，获得的产品的转鼓强度更高，在75％以上，气孔率更适中，处于20％～26％之间，综合质量更好，且该工艺可在一定程度上减少生产成本。

附图说明

图1为本发明实施例1和2所得产品的XRD图谱。

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1：锰矿粉2为43.5％：43.5％、除尘灰5％、焦粉8％进行配料、顺次加料且混匀。加入2500ml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Φ325×700mm的烧结杯中进行烧结，生球质量为46.38kg，底料质量为3kg，烧结时间为20分钟。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39.44kg，烧成率为85.04％。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/T 1642-2012)，该锰烧结矿的转鼓指数为77.33％，成品率为87.58％，气孔率为25.36％。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)、方锰石(MnO)、赤铁矿(Fe₂O₃)和硅酸钙(Ca₂SiO₄)。获得的锰烧结矿的XRD图谱见图1。

实施例2：

按照重量份比锰矿粉2为87％、除尘灰5％、焦粉8％进行配料、顺次加料且混匀。加入2500ml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Φ325×700mm的烧结杯中进行烧结，生球质量为49.06kg，底料质量为3kg，烧结时间为41分钟。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41.94kg，烧成率为85.49％。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/T 1642-2012)，该锰烧结矿的转鼓指数为76.67％，成品率为86.70％，气孔率为20.94％。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)、方锰石(MnO)、赤铁矿(Fe₂O₃)和硅酸钙(Ca₂SiO₄)。获得的锰烧结矿的XRD图谱见图1。

对比例1：

本对比例采用3种锰矿、生石灰7.1％、焦粉8％进行配料、混匀(原料相比本发明，无除尘灰加入，且有熔剂生石灰加入，且固体物料的总质量低于实施例1的固体物料总质量)。加入2100ml的清水(水的加入量比本发明高)进行搅拌，待混匀后，放入圆筒混料机进行制粒。制粒结束后，将生球放入烧结杯中进行烧结。锰烧结矿烧成率为68.69％(比实施例1和2的烧成率低)。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％(比实施例1和2的转鼓指数和成品率低)。

对比例2：

本对比例采用3种锰矿，按照重量比为1：1：1的方式进行配料，加入硅石作为熔剂(原料相比本发明，无除尘灰加入，且有熔剂加入)，使混合物原料最终碱度为0.7，然后配焦粉8％进行配料、混匀。采用与实施例1同样的工艺进行烧结，最终测得气孔率为44.62％，认为气孔率过大，说明此种工艺参数不宜应用于实际生产过程中。

Claims

1.一种无熔剂法配料制备烧结矿的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤I：配制锰矿粉1、锰矿粉2、除尘灰以及焦粉；其中锰矿粉1的组成为：Mn：44~48wt%，Fe：3~6wt%，SiO₂：6~9wt%，CaO：0.5~2wt%且不含0.5wt%，MgO：0.2~2wt%，Al₂O₃：2~6wt%，P：<0.09wt%，余量为不可避免的杂质；锰矿粉2的组成为：Mn：43~56wt%，Fe：10~12wt%，SiO₂：4~6wt%，CaO：5~7wt%，MgO：1~2wt%，Al₂O₃：0.2~1wt%，P：<0.05wt%，余量为不可避免的杂质；除尘灰的组成为：Mn：32~36wt%，Fe：0.5~2wt%，SiO₂：1~3wt%，CaO：1~2wt%，MgO：1~3wt%，Al₂O₃：0.5~2wt%，P：<0.02wt%，余量为不可避免的杂质；

步骤II：按照0 ~ 45份的锰矿粉1，45 ~ 88份的锰矿粉2，3~5份的除尘灰，8~10份的焦粉重量份配比进行配料，对混合物料的酸碱度进行计算，此时最终混合原料碱度为0.4~1.3，然后进行人工搅拌或机械搅拌，直至物料混合均匀；

步骤III：向步骤II经过混料后的混合原料中加入水，水的加入量为混合原料的5.56~7.05wt%，然后进行人工搅拌或机械搅拌，直至物料与水分完全混匀，该过程持续时间为3~6分钟；

步骤IV：向步骤III获得的加水混匀的混合物放入圆筒混料机中进行制粒，制粒时间为3~5分钟，制粒后形成粒度为0.5cm~2cm的混合物生球；

步骤V：在烧结容器中铺入成品烧结矿作为烧结底料，且铺入成品烧结矿的厚度为40~50 mm，然后将步骤IV得到的混合物生球置入到烧结容器中，将烧结容器置入到烧结炉内，然后进行点火，点火时间为2~3min，烧结温度为1100~1300℃，烧结负压为 10.0~11.0kpa，烧结时间为 20 ~ 45分钟，烧结结束后形成呈圆柱状的锰烧结矿，呈圆柱状锰烧结矿的质量为加入的混合物生球质量的72~85wt%；

步骤VI: 步骤V得到的呈圆柱状的锰烧结矿随烧结容器降温，且在温度为900℃以上时，降温速率为10℃/min ~15℃/min，温度在900℃以下，降温速率为20℃/min ~25℃/min，待废气温度降至80~100℃后，取出放置于室温中使其自然冷却，冷却终点温度为 40~20℃；

步骤VII：对步骤VI得到的冷却后的呈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，然后按40~25mm、25~12.5mm、12.5~6.3mm和小于6.3mm 的粒度范围进行筛分分级处理，粒度在 6.3mm 以上的烧结矿为成品烧结矿；

所述焦粉的组成为：固定碳：84~85wt%，挥发分：<2.5wt%，灰分：11~13wt%，S：1~2wt%，水分：10~13wt%；

得到的成品烧结矿转鼓强度在75%以上，气孔率处于20%~26%之间。

2.根据权利要求1所述的无熔剂法配料制备烧结矿的方法，其特征在于，作为替换，步骤II中的3~5份的除尘灰替换为1.5~2.5份的锰渣和1.5~2.5份的除尘灰的混合物，其中锰渣的组成为Mn：15~20wt%，Fe：1~3wt%，SiO₂：20~24wt%，CaO:45~50wt%，MgO：1~2wt%，Al₂O₃：1~2wt%，余量为不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的无熔剂法配料制备烧结矿的方法，其特征在于，步骤V中，所述烧结容器为尺寸为 Φ325×700mm 的烧结杯。

4.根据权利要求1所述的无熔剂法配料制备烧结矿的方法，其特征在于，步骤VII中，小于6.3mm的烧结矿颗粒返回步骤III的混合原料中。

5.根据权利要求1所述的无熔剂法配料制备烧结矿的方法，其特征在于，在步骤V中：在烧结容器中铺入3~4 kg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，加入的混合物生球的质量为45~50kg，烧结结束后形成呈圆柱状锰烧结矿，呈圆柱状锰烧结矿的质量为35~45kg。

6.根据权利要求1所述的无熔剂法配料制备烧结矿的方法，其特征在于，步骤V中的所述烧结炉为烧结杯装置或烧结机。

7.根据权利要求1所述的无熔剂法配料制备烧结矿的方法，其特征在于，步骤III中，水的加入量为混合原料的5.98~7.05wt%。