富锰渣的制备方法与流程

330 编辑：中冶有色技术网来源：中国恩菲工程技术有限公司

2023-09-25 11:46:32

本发明涉及冶金

技术领域：

，具体而言，涉及一种富锰渣的制备方法。

背景技术：

：目前，利用高铁高磷难选贫锰矿进行锰富集的方法主要采用高炉冶炼富锰渣法，这也是国内外应用的较多的方法。高炉冶炼富锰渣法的基本原理是利用锰、磷、铁的不同还原温度，在不同温度区间还原有价金属，从而实现选择性分离锰、铁、磷的一种高温分选方法。高炉冶炼富锰渣的主要工艺流程如下：锰矿粉料经配料、混料后，进入烧结机成块；烧结矿送入高炉选择还原冶炼。然而，烧结机烧结—高炉选择性还原熔炼火法冶炼工艺存在粉尘污染、辅料消耗大、冶炼需要消耗大量焦炭和电，生产成本略高等问题难以解决。技术实现要素：本发明的主要目的在于提供一种富锰渣的制备方法，以解决现有技术中采用高炉冶炼富锰渣工艺时存在的粉尘污染、辅料消耗大、生产成本高的问题。为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种富锰渣的制备方法，其包括以下步骤：将锰矿石加至侧吹浸没燃烧熔炼炉中，同时利用侧吹喷枪从侧吹浸没燃烧熔炼炉的侧部向熔池中喷入富氧空气、燃料及还原剂，使锰矿石在富氧空气、燃料及还原剂的作用下进行熔化还原，得到富锰渣。进一步地，在熔化还原的过程中，方法还包括以下步骤：利用喷吹系统提供碳粉，同时利用喷粉增碳喷枪通过侧吹浸没燃烧熔炼炉的侧部向熔池中的液态铁层喷吹碳粉。进一步地，富氧空气中氧气的体积含量为40～70％，优选熔化还原过程中的反应温度为1250～1350℃。进一步地，燃料为天然气、液化石油气、粉煤及焦块中的一种或多种；还原剂为一氧化碳、粉煤、粒煤、废石墨电极块、焦粒中的一种或多种；优选还原剂的加入量为锰矿石重量的10～30％。进一步地，在熔化还原的过程中，同时向侧吹浸没燃烧熔炼炉的熔池中加入熔剂；优选熔剂为石英砂、脉石、石英石、石灰石、白云石中的一种或多种。进一步地，在将熔剂和锰矿石加至侧吹浸没燃烧熔炼炉的步骤之前，方法还包括对熔剂和锰矿石的混合物进行制粒的步骤；优选制粒步骤中将混合物制成粒径小于10cm的物料。进一步地，熔化还原过程中，控制富锰渣中的m(cao+mgo)/m(sio2)≤0.4。进一步地，方法还包括将富锰渣进行铸块的步骤。进一步地，熔化还原的过程中还得到了烟气，方法还包括对烟气进行余热回收的步骤。进一步地，在余热回收的步骤之后，方法还包括对烟气进行除尘处理的步骤。利用本发明上述方法制备富锰渣，缩短了工艺流程，取代了传统的烧结-高炉设备，只需一台侧吹浸没燃烧熔炼炉便可满足生产要求，彻底消除了粉尘污染，改善了环境和减少了投资。同时，传统的烧结-高炉工艺流程对锰矿粉粒度有严格要求，要求在0～6mm，而本发明的方法对粒度没有特殊限制，小于10cm便可。另外，采用本发明提供的方法制备富锰渣，提高了燃料利用率，节能效果好。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1示出了根据本发明一种实施例的富锰渣的制备装置的结构框图。其中，上述附图包括以下附图标记：10、侧吹浸没燃烧熔炼炉；20、喷吹系统；30、制粒单元；40、配料单元；50、铸块单元；60、余热锅炉；70、除尘单元；80、脱硫单元；a、富氧空气；b、燃料；c、还原剂；d、富锰渣铸块；e、生铁；f、烟尘；g、净化烟气。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。正如

背景技术：

部分所描述的，采用高炉冶炼富锰渣工艺时存在粉尘污染、辅料消耗大、生产成本高的问题。为了解决上述问题，本发明提供了一种富锰渣的制备方法，其包括以下步骤：将锰矿石加至侧吹浸没燃烧熔炼炉中，同时利用侧吹喷枪从侧吹浸没燃烧熔炼炉的侧部向熔池中喷入富氧空气、燃料及还原剂，使锰矿石在富氧空气、燃料及还原剂的作用下进行熔化还原，得到富锰渣。本发明利用侧吹浸没燃烧熔炼炉作为锰矿石的熔化还原设备，炉内工况为液态熔融熔池，利用侧吹喷枪从侧部以浸没熔池的方式向熔池中喷入富氧空气、燃料及还原剂，使得锰矿石发生熔化还原以生成富锰渣。利用本发明上述方法制备富锰渣，缩短了工艺流程，取代了传统的烧结-高炉工艺，只需一台侧吹浸没燃烧熔炼炉便可满足生产要求，彻底消除了粉尘污染，改善了环境和减少了投资。同时，传统的烧结-高炉工艺流程对锰矿粉粒度有严格要求，要求在0～6mm，而本发明的装置对粒度没有特殊限制，小于10cm便可。另外，采用本发明提供的装置制备富锰渣，提高了燃料利用率，节能效果好。在一种优选的实施方式中，在熔化还原的过程中，方法还包括以下步骤：利用喷吹系统提供碳粉，同时利用喷粉增碳喷枪通过侧吹浸没燃烧熔炼炉的侧部向熔池中的液态铁层喷吹碳粉。在侧吹浸没燃烧熔炼炉内，加入炉内的物料发生一系列的冶金物理化学变化。锰矿石中的铁和磷被碳还原生成生铁，而锰的高价氧化物被还原为低价氧化物而进入炉渣形成富锰渣。利用该喷吹系统和喷粉增碳喷枪向熔池中的液态铁层喷吹碳粉，能够降低金属层生铁的熔点，有利于排放和沉降分层。为了进一步提高熔化还原的转化率和反应效率，在一种优选的实施方式中，上述富氧空气中氧气的体积含量为40～70％，更优选熔化还原过程中的反应温度为1250～1350℃。上述方法中采用的燃料和还原剂可以是火法冶金领域常用的类型，在一种优选的实施方式中，上述燃料包括但不限于天然气、液化石油气、粉煤及焦块中的一种或多种；还原剂包括但不限于一氧化碳、粉煤、粒煤、废石墨电极块、焦粒中的一种或多种；更优选还原剂的加入量为锰矿石重量的10～30％。为了进一步提高锰矿石的熔化反应效率和转化率，在一种优选的实施方式中，在熔化还原的过程中，同时向侧吹浸没燃烧熔炼炉的熔池中加入熔剂；优选熔剂为石英砂、脉石、石英石、石灰石、白云石中的一种或多种。采用这些熔剂，还原过程中高价锰还原为低价氧化物，以mno形式与熔剂中sio2生成mn2sio4进入富锰渣。在一种优选的实施方式中，在将熔剂和锰矿石加至侧吹浸没燃烧熔炼炉的步骤之前，方法还包括对熔剂和锰矿石的混合物进行制粒的步骤；优选制粒步骤中将混合物制成粒径小于10cm的物料。需要说明的是，利用本发明侧吹浸没燃烧熔炼炉制备富锰渣的技术方案，对于锰矿石的进料粒径没有特殊限制，小于10cm便可。在一种优选的实施方式中，当物料的含水率≥15wt％时，在将物料加至侧吹浸没燃烧熔炼炉的步骤之前，方法还包括将物料进行干燥以使其含水率低于15wt％的步骤。这样可以进一步改善熔化还原的效果。在一种优选的实施方式中，上述熔化还原过程中，控制富锰渣中的m(cao+mgo)/m(sio2)≤0.4。控制上述渣型更有利于提高熔池熔炼效果。在一种优选的实施方式中，上述方法还包括将富锰渣进行铸块的步骤。经铸块后，富锰渣可以直接打包外售。在一种优选的实施方式中，熔化还原的过程中还得到了烟气，上述方法还包括对烟气进行余热回收的步骤；优选地，在余热回收的步骤之后，上述方法还包括对烟气进行除尘处理的步骤。这样更有利于提高该方法的绿色环保性。具体地，可按照以下方法进行操作：冶炼过程产生的烟气进入余热锅炉上升烟道，上升烟道出口烟气温度约750～800℃，烟气通过余热锅炉对流区后温度降至约350℃，进入电除尘器。余热锅炉和电除尘器收集得到的烟尘，烟尘经气力输送至半成品库堆存外卖。出电除尘器的烟气送烟气脱硫系统。侧吹浸没燃烧熔炼炉内炉渣累积到一定量时停止加料，进行放渣和放铁操作，得到的富锰渣在渣盘铸块，生铁在铁模铸块后外卖。根据本发明的另一方面，还提供了一种富锰渣的制备装置，如图1所示，其包括侧吹浸没燃烧熔炼炉10和至少一个侧吹喷枪，侧吹浸没燃烧熔炼炉10设置有锰矿石进口，侧吹浸没燃烧熔炼炉10用于使锰矿石在富氧空气a、燃料b及还原剂c的作用下进行熔化还原以生成富锰渣；侧吹浸没燃烧熔炼炉10的侧壁上设置有喷孔；侧吹喷枪用于通过喷孔向侧吹浸没燃烧熔炼炉10内部的熔池中喷入富氧空气a、燃料b及还原剂c。本发明利用侧吹浸没燃烧熔炼炉10作为锰矿石的熔化还原设备，炉内工况为液态熔融熔池，利用侧吹喷枪从侧部以浸没熔池的方式向熔池中喷入富氧空气、燃料及还原剂，使得锰矿石发生熔化还原以生成富锰渣。利用本发明上述装置制备富锰渣，缩短了工艺流程，取代了传统的烧结-高炉设备，只需一台侧吹浸没燃烧熔炼炉10便可满足生产要求，彻底消除了粉尘污染，改善了环境和减少了投资。同时，传统的烧结-高炉工艺流程对锰矿粉粒度有严格要求，要求在0～6mm，而本发明的装置对粒度没有特殊限制，小于10cm便可。另外，采用本发明提供的装置制备富锰渣，提高了燃料利用率，节能效果好。在一种优选的实施方式中，如图1所示，上述装置还包括喷吹系统20和喷粉增碳喷枪，喷粉增碳喷枪与喷吹系统20的出口相连，喷粉增碳喷枪用于通过喷孔向侧吹浸没燃烧熔炼炉10内部熔池中的液态铁层喷吹碳粉。在侧吹浸没燃烧熔炼炉10内，加入炉内的物料发生一系列的冶金物理化学变化。锰矿石中的铁和磷被碳还原生成生铁，而锰的高价氧化物被还原为低价氧化物而进入炉渣形成富锰渣。利用该喷吹系统20和喷粉增碳喷枪向熔池中的液态铁层喷吹碳粉，能够降低金属层生铁的熔点，有利于排放和沉降分层，以更好地分离产出的富锰渣和生铁e，生铁e可以直接打包外售。在一种优选的实施方式中，上述装置还包括制粒单元30，制粒单元30设置有粒料出口，用于将锰矿石和熔剂的混合物进行制粒，粒料出口与侧吹浸没燃烧熔炼炉10的锰矿石进口相连。将锰矿石和熔剂的混合物进行制粒后，物料进入侧吹浸没燃烧熔炼炉10能够进一步改善熔化还原的效率。且加入熔剂也有利于进一步提高锰的转化率，并降低还原反应温度。该过程中加入的熔剂包括但不限于脉石、石英砂、石英石、石灰石、白云石中的一种或多种。还原过程中高价锰还原为低价氧化物，以mno形式与熔剂中sio2生成mn2sio4进入富锰渣。在一种优选的实施方式中，如图1所示，上述装置还包括配料单元40，配料单元40与制粒单元30相连，用于将锰矿石和熔剂进行混合以得到混合物。更优选地，上述装置还包括干燥单元，干燥单元设置在锰矿石进口与制粒单元30之间的流路上，用于将制粒单元30制得的物料的含水量干燥至15wt％以下。设置配料单元40可以用来对锰矿石和熔剂进行配料，比如可以采用搅拌机对混合物进行搅拌混匀等。利用干燥单元可以控制进入反应程序的物料的含水率，当然，当物料本身含水率较低时(比如低于15wt％)，无需运转干燥单元。在一种更优选的实施方式中，侧吹浸没燃烧熔炼炉10还设置有富锰渣出口，上述装置还包括铸块单元50，铸块单元50与富锰渣出口相连，用于对富锰渣进行铸块。铸块步骤结束后，得到的富锰渣铸块d可以打包外售。在一种优选的实施方式中，侧吹浸没燃烧熔炼炉10还设置有烟气出口；装置还包括余热锅炉60，余热锅炉60设置热介质进口和热介质出口，热介质进口与烟气出口相连。利用余热锅炉60可以有效回收烟气中的热量。更优选地，上述装置还包括除尘单元70，除尘单元70与热介质出口相连，用于对热介质出口排出的烟气进行除尘处理。具体的除尘单元70可以采用烟气除尘领域常用的类型，比如除尘单元70为电收尘器或布袋除尘器。经除尘后，得到的烟尘f可以进行无害化处理。为了进一步提高处理装置的绿色环保性，在一种优选的实施方式中，上述装置还包括脱硫单元80，脱硫单元80与除尘单元70的气相出口相连，用于对气相出口排出的烟气进行脱硫处理，得到的净化烟气g可以直接排放至大气。以下通过实施例进一步说明本发明的有益效果：实施例1采用图1所示的富锰渣的制备装置处理锰矿石，制备富锰渣，具体地：侧吹浸没燃烧熔炼炉冶炼面积为15m2，在炉子周围布有4支喷粉增碳喷枪和10支侧吹喷枪。锰矿成分如表1所示，方解石成分如表2所示。将锰矿与方解石按照质量比100:7混合均匀，制成粒度大小为5cm的颗粒。将制备好的颗粒以20t/h的加料速度加入炉内，同时6支侧吹喷枪向炉内喷入富氧浓度为45％的富氧空气(10000nm3/h)和天然气(1700nm3/h)，4支侧吹喷枪向炉内喷入还原剂粉煤(喷吹量1.8t/h)。待物料熔化且形成液态铁后，通过4支喷粉增碳喷枪向液态铁层喷入粉增碳(喷吹量0.2t/h)。冶炼期间，控制炉内温度维持在1250℃，冶炼3h后侧吹炉可进行放渣、放铁操作。富锰渣和生铁的成分分别如表3和表4所示，富锰渣中m(cao+mgo)/m(sio2)＝0.31，富锰渣中锰的回收率可达90％。冶炼过程中产生的烟尘经余热锅炉、电收尘设备回收，烟气经脱硫系统处理达标后排放。表1锰矿成分分析mnfepsio2caomgoal2o325.1221.950.1918.951.350.87.05表3富锰渣成分mnofeop2o5sio2caomgoal2o345.421.340.02831.607.582.3111.72表4生铁成分mnfepsic5.5488.200.800.524.94实施例2采用图1所示的富锰渣的制备装置处理锰矿石，制备富锰渣，具体地：侧吹浸没燃烧熔炼炉冶炼面积为15m2，在炉子周围布有4支喷粉增碳喷枪和10支侧吹喷枪。锰矿成分如表1所示，方解石成分如表2所示。将锰矿与方解石按照质量比100:3混合均匀，制成粒度大小为3cm的颗粒。将制备好的颗粒以20t/h的加料速度加入炉内，同时6支侧吹喷枪向炉内喷入富氧浓度为50％的富氧空气(10000nm3/h)和天然气(1800nm3/h)，4支侧吹喷枪向炉内喷入还原剂粉煤(喷吹量2t/h)。待物料熔化且形成液态铁后，通过4支喷粉增碳喷枪向液态铁层喷入粉增碳(喷吹量0.1t/h)。冶炼期间，控制炉内温度维持在1300℃，冶炼3h后侧吹炉可进行放渣、放铁操作。富锰渣和生铁的成分分别如表5和表6所示，富锰渣中m(cao+mgo)/m(sio2)＝0.20，富锰渣中锰的回收率可达93％。冶炼过程中产生的烟尘经余热锅炉、电收尘设备回收，烟气经脱硫系统处理达标后排放。表5富锰渣成分mnofeop2o5sio2caomgoal2o348.550.380.03732.074.611.7812.57表6生铁成分mnfepsic3.7792.010.600.523.1对比例1将锰矿破碎至5mm左右，冶金焦炭破碎至80mm，将锰矿与焦炭按照质量比100:20混合烧结制粒，将制粒后的物料加入高炉冶炼。经1300℃冶炼后，产出的富锰渣中mno含量42.34％、feo含量3.04％。富锰渣中锰的回收率只有85％，且fe含量较高，不利于后期作为原料生产硅锰合金。此外，高炉法冶炼过程中产生的烟尘浓度较高，容易环保排放不达标。从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：1.高炉法冶炼富锰渣必须采用价格昂贵的焦炭，而侧吹冶炼工艺则可以使用较为便宜的还原剂作为原料；2.高炉法冶炼锰矿时，锰的回收率只有85％左右；侧吹冶炼工艺冶炼锰矿时，锰的回收率可以达到90％以上；3.高炉法冶炼过程中环保压力大，冶炼烟尘浓度较高，往往达不到环保排放要求；侧吹冶炼工艺产生的烟气则符合环保要求，可以安全排放。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1&nbsp2&nbsp3&nbsp

技术特征：

1.一种富锰渣的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将锰矿石加至侧吹浸没燃烧熔炼炉中，同时利用侧吹喷枪从所述侧吹浸没燃烧熔炼炉的侧部向熔池中喷入富氧空气、燃料及还原剂，使所述锰矿石在所述富氧空气、所述燃料及所述还原剂的作用下进行熔化还原，得到所述富锰渣。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述熔化还原的过程中，所述方法还包括以下步骤：利用喷吹系统提供碳粉，同时利用喷粉增碳喷枪通过所述侧吹浸没燃烧熔炼炉的侧部向熔池中的液态铁层喷吹所述碳粉。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述富氧空气中氧气的体积含量为40～70％，优选所述熔化还原过程中的反应温度为1250～1350℃。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述燃料为天然气、液化石油气、粉煤及焦块中的一种或多种；所述还原剂为一氧化碳、粉煤、粒煤、废石墨电极块、焦粒中的一种或多种；优选所述还原剂的加入量为所述锰矿石重量的10～30％。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述熔化还原的过程中，同时向所述侧吹浸没燃烧熔炼炉的熔池中加入熔剂；优选所述熔剂为石英砂、脉石、石英石、石灰石、白云石中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在将所述熔剂和所述锰矿石加至所述侧吹浸没燃烧熔炼炉的步骤之前，所述方法还包括对所述熔剂和所述锰矿石的混合物进行制粒的步骤；优选所述制粒步骤中将所述混合物制成粒径小于10cm的物料。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述熔化还原过程中，控制所述富锰渣中的m(cao+mgo)/m(sio2)≤0.4。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述富锰渣进行铸块的步骤。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述熔化还原的过程中还得到了烟气，所述方法还包括对所述烟气进行余热回收的步骤。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述余热回收的步骤之后，所述方法还包括对所述烟气进行除尘处理的步骤。

技术总结

本发明提供了一种富锰渣的制备方法。该方法包括以下步骤：将锰矿石加至侧吹浸没燃烧熔炼炉中，同时利用侧吹喷枪从侧吹浸没燃烧熔炼炉的侧部向熔池中喷入富氧空气、燃料及还原剂，使锰矿石在富氧空气、燃料及还原剂的作用下进行熔化还原，得到富锰渣。利用本发明上述方法制备富锰渣，缩短了工艺流程，取代了传统的烧结?高炉设备，只需一台侧吹浸没燃烧熔炼炉便可满足生产要求，彻底消除了粉尘污染，改善了环境和减少了投资。同时，传统的烧结?高炉工艺流程对锰矿粉粒度有严格要求，要求在0～6mm，而本发明的方法对粒度没有特殊限制，小于10cm便可。另外，采用本发明提供的方法制备富锰渣，提高了燃料利用率，节能效果好。

技术研发人员：陈学刚;王书晓;裴忠冶;徐小锋;黎敏

受保护的技术使用者：中国恩菲工程技术有限公司

技术研发日：2019.10.30

技术公布日：2020.01.24

声明：

“富锰渣的制备方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。

我是此专利(论文)的发明人(作者)