二氧化锰还原焙烧炉的研究与运用
第27卷第2期
2009年5月
中 国 锰 业
CHI NA ′S MANG ANESE I NDUSTRY
V o1127№2M ay 2009
二氧化锰还原焙烧炉的研究与运用
田宗平1, 游先军2, 彭顺连1, 李 力1
(11湖南省有色地质勘查局二四五队试验中心, 湖南吉首 416007; 21中南大学地学与环境工程学院, 湖南长沙 410083)
摘 要:采用煤气发生炉供热、立窑碳还原连续焙烧、数字显示仪表指示炉内温度、隔绝空气冷却等
新技术, 解决了对二氧化锰还原高效、能源消耗节约、劳动强度降低、产品质量稳定和环境保护得到
加强等的效果。实现了对低品位二氧化锰[MnO2≥25%(质量分数) ]矿粉焙烧还原率在93%以上。特别是通过该研究为低品位二氧化锰矿的高效利用找到了途径, 解决了过去使用其它窑炉还原焙烧二氧化锰矿中存在的很多技术难题。关键词:二氧化锰; 还原焙烧炉; 研究与运用中图分类号:TF792 文献标识码:A 文章编号:1002-4336(2009) 02-0024-03 二氧化锰矿是我国主要的锰矿资源之一, 自从我国利用锰矿生产电解金属锰和锰盐等产品以来, [1～6]大”明确提出“:、环境友好型社会放在工业化政策的推动下[7], 研究和使用更加高效的二氧化锰利用新技术意义更加重大。
, , 解决了直接反、(MnO 2≥35%) 矿粉的利用, 实现了矿粉中二氧化锰的综合利用率在80%以上的工业生产效果。但渣量大、能耗高和工艺难控制等是该法的弊端。
随着二氧化锰等原材料价格的猛涨, 锰业生产企业对研究使用新的二氧化锰利用工艺提出了需求。本文在广泛分析与研究了各种老式窑炉焙烧碳还原法和两矿加酸法制备硫酸锰溶液工艺的基础上, 通过对资源利用、能源消耗、环境保护与治理等三方面的研究, 找到了研究的前景。
1 窑炉研究的背景
回顾我国二氧化锰矿在化工生产中的运用, 从20世纪50年代中期至末期, 高含量二氧化锰矿粉(MnO 2≥50%) 主要采用平窑或其它老式窑炉焙烧碳还原后, 直接用酸浸出生产锰盐产品, 该法生产中工人劳动强度大, 作业环境中粉尘大, 矿粉经高温还原后反氧化严重, 矿粉中二氧化锰的焙烧转化率在85%以下。对于低品位的二氧化锰用途很少, 仅用做除铁氧化剂等。
从21世纪初期开始, 随着资源的贫乏和环境保护意识的加强, 两矿加酸法(又称湿法) , 直接生产硫酸锰的新工艺, 在大胆工艺革新与实践下, 于近几年取得了突飞猛进发展, 通过攻关取得了很好的工业生产成果和效益[3～5]。该法主要采用二氧化锰矿粉、硫铁矿粉和硫酸在适宜条件下直接进行氧化还
收稿日期:2008-12-15
2 窑炉研究
围绕取得高效、节能和环保的目的, 笔者经历了长期对炉体材料选择与窑炉砌筑、供热方式等因素
进行的研究、改造与运用创新, 优化创立了一套成熟的二氧化锰矿碳还原连续焙烧炉。211 窑炉材料选择与砌筑
为确保二氧化锰还原焙烧的效果, 达到高效、节能和降低劳动强度, 必须合理选择窑炉的保温材料、炉体材料、热交换材料等, 并要求做到科学砌筑。据此, 本新型窑炉采用了下列创新技术:
1) 外炉体:采用固定、保温、隔热和耐火材料构成; 2) 内炉体:高温还原部位采用便修、耐磨、耐高
作者简介:田宗平(1963-) , 男, 湖南临澧人, 高级工程师, 研究方向:化工工艺、分析测试及环保研究, 手机:[1**********],
E 2mail :Hnxx2tianzongping @1631com 或tianzongping @hotmail1com 1
第2期田宗平, 等:二氧化锰还原焙烧炉的研究与运用25
温和易于热交换的特种材料; 预热、烘干部位采用普通耐火材料;
3) 炉尾体:采用强对流热交换, 在隔绝空气的条件下急剧降低还原后的温度, 防止和减少反氧化的条件, 使焙烧砂的出炉温度降低到60℃以下;
4) 炉体结构:采用立式, 充分利用矿石的重力, 从上方进料, 下方出料, 实现热能的充分利用、劳动强度的最小和动力消耗的最省;
5) 温度控制:采用镍铬—镍硅式热电偶加数字显示仪表指示温度, 做到温度控制直观、准确和科学;
6) 窑炉砌筑:为确保还原焙烧生产的顺利进行, 在窑炉砌筑中, 必须保持窑体的垂直度、光洁度、密闭性和稳固度等。212 供热方式改进
为确保燃烧完全与排放尾气不超标, 本焙烧炉
采用煤气发生炉供热, 根据焙烧炉数量和大小, 在窑炉设计和安装时, 合理选择与匹配煤气发生炉。经长期试验与研究, 采用煤气发生炉供热不仅能降低废气污染, 而且能降低吨二氧化锰原料焙烧的燃料消耗, 并能有助于控制还原温度和提高还原效率。213 新、老窑炉的比较在本新型窑炉研制前, 生产中被广泛应用过的二氧化锰还原焙烧炉有:马弗炉、反射炉、沸腾炉、回转窑和新移动床锰矿还原炉等各类窑炉[2]。不论上述各类窑炉在设计和建造中差异多大, 作用都是一样的, 是利用在高温条件下用碳将二氧化锰还原为一氧化锰, 以便用酸浸出后利用。
, 我们对新、。1表1 新生产条件粒度要求投料操作焙烧操作温度控制供热方式冷却操作环境粉尘燃料消耗/kg 还原效果
mm , 自上而下自由流动, 劳动强度小数字显示指示控制
无烟煤式煤气发生炉供热, 交换式, 燃烧充分, 且效益高
窑内隔绝空气冷却, 出炉温度小于60℃, 减少了产品中一氧化锰的
反氧化
后粉碎, 颗粒较粗无需翻动, 粉尘少
80～120
>93%(最高可达98%) 、产品质量稳定
1mm 筛
老式窑炉[2]
锰粉粒度95%通过01125mm 筛、煤粉90%通过必须搅拌均匀
要人工翻动等, 劳动强度大凭经验观察控制
烟煤直燃式供热, 燃烧不完全, 效果差
外部装桶, 淋水冷却, 高温作业下一氧化锰的反氧
化严重
前粉碎, 颗粒细且需翻动, 粉尘多
200～250150～200
还原煤消耗/kg 100～150
从表1结果不难看出, 该类新型窑炉具有节能、
卫生、环保和高效等多重效果。
表2 使用的主要原材料名称与组分含量
序号原材料名称
123
组分及含量
MnO 2≥25%,Mn ≥15%,TFe ≤12%,
S iO 2≤45%, 重金属总量≤2%。
3 工业运用
为使该高效二氧化锰还原焙烧炉尽快运用到工业生产中, 早日实现其使用价值, 我们在技术成熟的
基础上进行了工业生产实践, 先后建设与投产了该式多种规格的窑炉16座, 取得了很好的经济效益与社会效益。311 生产原材料为了取得较好的经济效益与推广价值, 我们选择性地使用了含量较低、价格低廉的软锰矿作为焙烧还原原料, 同时选择使用高质量的还原煤与燃烧煤, 其使用的主要原材料质量要求如表2。
软锰矿还原煤燃烧煤
无烟煤, 固定碳≥55%, 硫≤1%。无烟煤, 固定碳≥45%, 硫≤3%。
从表2不难看出, 该窑炉使用的原材料, 采购范围广、价格低, 且为目前使用率较低的残次锰矿找到了新的利用途径。312 工业运用效果
还原焙烧温度、进料粒度与操作直接影响着还原焙烧的效果———即转化率高低, 为此, 我们进行了大量生产试验, 掌握了可靠的操作控制数据。本新
26中 国 锰 业第27卷
型窑炉在正常生产条件和操作水准下, 将二氧化锰矿经用该类窑炉还原焙烧, 其分析测试结果如表3。
%
表3 二氧化锰矿还原焙烧前后试验与分析结果对照
样品
序号
12345
锰含量原矿
[***********]5816175
二氧化锰含量
焙烧砂
[***********]3418145
焙烧结果产品率
[***********]3289154
焙烧砂用6%硫酸按固液质量比1∶5煮沸(Mn ) 浸出率
[***********]2895104
原矿
[***********]2225196
焙烧砂
[***********]18
还原率3
[***********]9195192
常温(Mn ) 浸出率
[***********]1288175
注:3
还原率(%) =
() () ()
。
原矿二氧化锰含量(%)
表3的生产运用数据结果表明:本焙烧炉在正常生产条件和操作水平下, 二氧化锰的还原率可达93%以上, 在煮沸条件浸出率可达92%以上, 在常温条件浸出率可达85%以上。考虑资源的综合利用, 提高反应温度。
常温条件浸出率可达85%, 且产品质量稳定, 4) , 作业。
:
[1] 谭柱中, 梅光贵, 李维健, 等1锰冶金学[M]1湖南:中南大学出
4 结 论
1) 、立窑碳还原连续焙
版社,20041
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[3] 田宗平, 朱介中, 王雄英, 等1两矿加酸法生产硫酸锰新工艺研
烧、数字显示仪表指示炉内温度、隔绝空气冷却等新
技术, 实现了该类窑炉在生产应用中工艺先进、技术可靠、操作简便的效果, 解决了过去老式窑炉还原率低下的难题。
2) 工业中直接利用低品位的二氧化锰矿, 为我国资源丰富、价格低廉的低品位软锰矿的综合利用找到了新途径, 具有较好的经济与社会效益。
3) 该生产工艺条件下二氧化锰的焙烧还原率达93%以上, 在煮沸条件浸出率可达92%以上, 在
究[J]1中国锰业,2006,25(1) :35-371
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Application of H igh E fficiemcy MnO 2by R educing Furnace
TI AN Z ong 2ping 1,Y OU X ian 2jun 2,PE NG Shun 2lian 1,LI Li 1
(11No 1245Hunan Non 2ferrous metais Metals G eology Exploration Bureau , Jishou , Hunan 416007, China ; 21College o f G eology and Environmental Engineering , Central South Univer sity , Changsha , Hunan 410083, China )
Abstract :With heat supplied by gas producer ,and roasted continuously in furnuce ,tem perature conditioning and refriger 2ation etc are of new technology 1It seems a correct way ,com pared with another farnace ,that has s ome advantages in high efficiency there in res ources utilization 1It decreases in energy consum ption ,labour im proving and quality assurance 1It re 2in forces environment protection and a chievement of low grade powder of converting rate over 93%1And it s olved the technial problems of any other with reducing roasting furnace method 1K ey w ords :MnO 2;Reducing furnace ;Researcn and application