CN114655988A - 一种碳零排放生产锰基材料的方法 - Google Patents

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韦庆锰
杨雄强
莫燕娇
张帆
甘永兰
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Abstract

本发明公开了一种碳零排放生产锰基材料的方法，步骤一：原料预热：将回转窑尾部通入的氢气作为热源，经过一、二、三级预热，将二氧化锰矿粉预热；步骤二：还原反应：预热好的矿粉进入回转窑与过量的氢气进行氧化还原反应，生成一氧化锰和水蒸气；步骤三：冷却换热：回转窑尾部通入的氢气与还原反应好的高温一氧化锰换热，使氢气预热后到回转窑前部去参与还原反应，物料冷却后向窑尾行进、继续与冷却水换热，直至冷却到合格；本发明反应温度低，无碳硫及氮氧化物排放，废气与物料换热充分，真正实现了零碳排放且节能环保的目的。

Description

一种碳零排放生产锰基材料的方法
技术领域
本发明属于锰基材料制备技术领域，特别是涉及一种碳零排放生产锰基材料的方法。
背景技术
一氧化锰是制备其他锰盐以及锰基产品的必需基础原材料，应用领域十分广阔，市场需求量巨大。主含量高、杂质低的一氧化锰更是在饲料添加剂、医药、锂电新能源领域，未来更是前景可观。
目前一氧化锰常用的生产方法：将二氧化锰矿粉和碳粉混合在一起，在850℃左右高温下，给混合物缺氧加热，将引燃碳粉，其燃烧释放的还原性气体与二氧化锰反应生成一氧化锰。主要反应方程式：MnO2+C＝MnO+CO2。此方法生产的产品，废气中含有硫化物(煤带入)和二氧化碳，产品里面也残留有碳，影响产品质量，且能耗高。因此，发明一种清洁环保节能的工艺生产一氧化锰是十分必要的。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提供了一种碳零排放生产锰基材料的方法，结合回转窑和固定床还原的优点发明本工艺和还原系统装置，提供了一种一氧化锰的制备方法，该方法设备流程简短，生产工艺清洁环保，反应过程能耗低且实现碳零排放。
本发明所采用的技术方案是：
一种碳零排放生产锰基材料的方法，包括以下步骤：
步骤一：原料预热：将回转窑尾部通入的氢气作为热源，经过一、二、三级预热，将二氧化锰矿粉预热；
步骤二：还原反应：预热好的矿粉进入回转窑与过量的氢气进行氧化还原反应，生成一氧化锰和水蒸气；
步骤三：冷却换热：回转窑尾部通入的氢气与还原反应好的高温一氧化锰换热，使氢气预热后到回转窑前部去参与还原反应，物料冷却后向窑尾行进、继续与冷却水换热，直至冷却到合格。
其中，步骤一中二氧化锰矿粉的粒度为200目过筛率≥90％，二氧化锰预热的温度为300℃-600℃。
其中，步骤二中氢气的用量为理论用量的2倍-4倍，氧化还原反应的时间为3min-30min。
其中，步骤二中氧化还原反应过剩的氢气通过废气燃烧炉进行过氧完全燃烧，生成的高温废气全部用于步骤一中一、二、三级锰矿粉预热。
其中，步骤三中氧化还原反应好的一氧化锰通过与回转窑尾部进入的冷氢气换热，换热后的氢气温度升高到200℃-400℃，一氧化锰物料的温度降低到60℃-100℃。
其中，步骤三中与冷氢气换热后、但温度还不足够低的一氧化锰产品继续与冷却水进行间接换热降温，合格的产品冷却温度为25℃-35℃。
其中，该方法用到的设备包括原料仓、进料计量螺旋、预热器、废气燃烧炉、旋风收尘器、换热冷却器、除尘器、引风机。
本发明的优点如下：
本发明提供了一种碳零排放生产一氧化锰锰基材料的工艺方案，本发明使用氢气作为热源和还原剂，将回转窑尾部通入的氢气作为热源以及还原剂，经过多级加热，将二氧化锰矿粉预热，预热到400-450℃的矿粉进入回转窑与过量的氢气进行氧化还原反应生成一氧化锰，过量的氢气进入废气燃烧炉充分燃烧产生的高温烟气对二氧化锰换热进行预热；另外从回转窑尾部通入的氢气与还原反应好的高温一氧化锰换热给物料降温，同时使氢气预热到200℃作业、再进到回转窑前部更好去参与还原反应，而物料冷却后向窑尾行进、继续与冷却水换热，直至冷却到合格。
本发明用冷氢气与高温一氧化锰换热，进一步提高热能的利用率，以及通过高温废气与冷二氧化锰矿粉换热，充分回用系统自身产生的余热；且与传统利用碳做热源和还原剂相比，还原温度更低，因此能耗显著降低；另外，由于氢气的强还原性，因此反应时间比传统焙烧反应的时间大大缩短，因此生产设备投入小，生产效率提高显著。最重要的是整个反应过程只副产水(蒸气)，没有二氧化碳的排放，因此做到了零碳排放。
附图说明
图1为本发明所述一种碳零排放生产锰基材料的方法的工艺流程图；
图2为本发明所述一种碳零排放生产锰基材料的方法的设备示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施例来进一步说明本发明，以下实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受下述实施例的限制。该领域的技术熟练人员根据上述苯发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明保护范围。
实施例1
一种碳零排放生产锰基材料的方法，将200目过筛率为93％的二氧化锰粉(二氧化锰含量为67.10％)经过一、二、三级预热器后使得锰粉预热温度达到400℃，开启回转窑从尾部通入过量氢气，将预热好的二氧化锰粉与回转窑中的氢气进行氧化还原反应，反应时间5min，反应得到的一氧化锰粉此时温度为260℃，一氧化锰粉达到回转窑尾部此时与新进入的冷氢气进行热交换，使用一氧化锰温度降到90℃，经过水冷却器，利用冷却水进行间接冷却，使得产品温度降为常温，得到零碳排放的一氧化锰产品，检测产品中的二氧化锰含量为0.3％，二氧化锰转化为一氧化锰的转化率为99.55％。
实施例2
一种碳零排放生产锰基材料的方法，将200目过筛率为95％的二氧化锰粉(二氧化锰含量为82.33％)经过一、二、三级预热器后使得锰粉预热温度达到300℃，开启回转窑从尾部通入过量氢气，将预热好的二氧化锰粉与回转窑中的氢气进行氧化还原反应，反应时间10min，反应得到的一氧化锰粉此时温度为130℃，一氧化锰粉达到回转窑尾部此时与新进入的冷氢气进行热交换，使用一氧化锰温度降到60℃，经过水冷却器，利用冷却水进行间接冷却，使得产品温度降为常温，得到零碳排放的一氧化锰产品，检测产品中的二氧化锰含量为0.12％，二氧化锰转化为一氧化锰的转化率为99.85％。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种碳零排放生产锰基材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：原料预热：将回转窑尾部通入的氢气作为热源，经过一、二、三级预热，将二氧化锰矿粉预热；
步骤二：还原反应：预热好的矿粉进入回转窑与过量的氢气进行氧化还原反应，生成一氧化锰和水蒸气；
步骤三：冷却换热：回转窑尾部通入的氢气与还原反应好的高温一氧化锰换热，使氢气预热后到回转窑前部去参与还原反应，物料冷却后向窑尾行进、继续与冷却水换热，直至冷却到合格。
2.根据权利要求1所述的一种碳零排放生产锰基材料的方法，其特征在于：所述的步骤一中二氧化锰矿粉的粒度为200目过筛率≥90％，二氧化锰预热的温度为300℃-600℃。
3.根据权利要求1所述的一种碳零排放生产锰基材料的方法，其特征在于：所述的步骤二中氢气的用量为理论用量的2倍-4倍，氧化还原反应的时间为3min-30min。
4.根据权利要求1所述的一种碳零排放生产锰基材料的方法，其特征在于：所述的步骤二中氧化还原反应过剩的氢气通过废气燃烧炉进行过氧完全燃烧，生成的高温废气全部用于步骤一中一、二、三级锰矿粉预热。
5.根据权利要求1所述的一种碳零排放生产锰基材料的方法，其特征在于：所述的步骤三中氧化还原反应好的一氧化锰通过与回转窑尾部进入的冷氢气换热，换热后的氢气温度升高到200℃-400℃，一氧化锰物料的温度降低到60℃-100℃。
6.根据权利要求1所述的一种碳零排放生产锰基材料的方法，其特征在于：所述的步骤三中与冷氢气换热后、但温度还不足够低的一氧化锰产品继续与冷却水进行间接换热降温，合格的产品冷却温度为25℃-35℃。
7.根据权利要求1所述的一种碳零排放生产锰基材料的方法，其特征在于：该方法用到的设备包括原料仓、进料计量螺旋、预热器、废气燃烧炉、旋风收尘器、换热冷却器、除尘器、引风机。
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