侯希倫

北京希倫非焦冶金工程技術(shù)有限公司

1 前言

    我國(guó)錳礦資源主要是貧錳礦，品位低、含雜質(zhì)高[1]。所以使用這樣原料生產(chǎn)錳鐵合金時(shí)技術(shù)指標(biāo)落后、經(jīng)濟(jì)效益不佳。另一方面，我國(guó)的貧錳礦絕大部分又是嵌布粒度很細(xì)的難選礦[2]，所以這種現(xiàn)狀造成每年需要進(jìn)口大量富錳礦。

    通常生產(chǎn)錳鐵是采用電爐的電熱法處理。所用錳礦原料要求含錳35%以上，Mn/Fe比要求大于3.我國(guó)貧錳礦資源的Mn/Fe比，遠(yuǎn)不能滿足大于3的要求。本文采用作者長(zhǎng)期從事的鐵礦直接還原技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)[3;4;5;6;7]處理貧錳礦。本文采用貧錳礦直接還原—富錳渣—鋼水新工藝實(shí)現(xiàn)錳鐵分離。

2 貧錳礦的還原特性

    貧錳礦中包含鐵氧化物和錳氧化物，這種礦物的還原類似于鐵礦和錳礦的還原特性。鐵氧化物還原機(jī)理和還原特性前人們已有大量驗(yàn)究，這里不再多考查。只考查錳的氧化物。高價(jià)氧化錳在400-5000C的低溫范圍就能比較容易地被還原：

 

2MnO2   +CO=Mn2O3+CO2   +227,56MJ

3Mn2O3+CO=2Mn3O4+CO2+170,77MJ

在600-10000C還原Mn3O4：

Mn3O4   +CO=3MnO+CO2    +52,08MJ

進(jìn)一步用氣體還原劑還原MnO是不可能的，因?yàn)檫€原爐內(nèi)只要有0,01%的CO2,則MnO就不可能被還原。所以MnO只能用固體碳進(jìn)行直接還原：

 MnO+C=Mn+CO-288,29MJ

 

表1 貧錳礦的化學(xué)分析，%：

 

 

 
 

 

 

在11000C左右可以生成Mn3C錳化合物或少量的Mn---Fe化合物。

根據(jù)以上分析貧錳礦中錳氧化物的還原順序?yàn)椋?span lang="EN-US">

MnO2------Mn2O3-----Mn3O4-----MnO-----Mn(Mn3C;Mn—Fe;Mn7C3等)。

貧錳礦中鐵的高價(jià)氧化物和FeO的還原如同錳氧化物的還原，但是還原溫度比前者稍低些。

貧錳礦中的FeO也是要靠固體碳進(jìn)行直接還原[8]：
                                       FeO+CO=Fe+CO2
                                    CO2+C=2CO-166,32MJ
                                   FeO+C=Fe+CO--152,67MJ
     鐵錳礦中的鐵還有一部分以硅酸鐵形式存在并在高溫區(qū)域還原：
                              Fe2SiO4+2C=2Fe+SiO22CO-352,80MJ
     從Mn3O4還原成MnO(稱MnO的轉(zhuǎn)化率)的還原速度比FeO還原成Fe要快些，而且還原的更徹底些。

3 試驗(yàn)用原燃料

3.1原料

     我國(guó)某地貧錳礦原料的化學(xué)分析如表1.

 表2 煤樣工業(yè)分析，%：

 

4 貧錳礦的軟化溫度測(cè)定

4.1 測(cè)定方法

      采用國(guó)內(nèi)國(guó)際通行的荷重（2kg/cm2）還原軟化法。

4.2 測(cè)定結(jié)果。

       軟化開始溫度（4%）8650C

       軟化終了溫度（40%）11350C

        軟化區(qū)間2700C（該貧錳礦具有較寬的軟化區(qū)間有利于工藝操作，但是該礦的軟化開始溫度較低不利于工藝操作，本研究經(jīng)采取技術(shù)措施已解決）。

        原始?jí)K狀貧錳礦的氣孔率：17,68%.

5 工藝條件試驗(yàn)

        采用1kg級(jí)固定床電爐、試驗(yàn)室型回轉(zhuǎn)筒試驗(yàn)裝置模擬工業(yè)直接還原回轉(zhuǎn)爐進(jìn)行工藝條件試驗(yàn)。從表1的原料成分看出，貧錳礦樣中，除錳、鐵為有用金屬要提取而外，還有鋅、鉛也必須綜合利用。工業(yè)生產(chǎn)處理本貧錳礦的工藝方案是采用回轉(zhuǎn)爐作為貧錳礦的還原器，使用廉價(jià)非煉焦煤作為還原劑和爐子熱源。

5.1 對(duì)貧錳礦的試驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果如圖1、2、3、4。

 

           通過(guò)大量的條件試驗(yàn)表明，貧錳礦中鐵的還原獲得高還原效果（金屬化率95%以上）和錳的轉(zhuǎn)化率也很理想（95%以上），礦中伴生的Zn,Pb可以回收利用（脫鋅率90—95%）。還原后的貧錳礦（還原貧錳礦）的典型化學(xué)成分如表3。
 

 

        采用Xilun直接還原法處理貧錳礦的生產(chǎn)工藝流程，如示意圖1。

5.2 對(duì)圖2的試樣做了物相檢驗(yàn)，結(jié)果如下。
 
       1號(hào)試樣（還原30分，11000C）---對(duì)試樣外觀劃分為綠色部分和黑色部分，分別進(jìn)行X光衍射。

        綠色部分是以MnO為主，其次為Mn3O4,少量為阿爾法—Fe。

        黑色部分是以阿爾法---Fe為主，其次為FeO，少量為Mn3O4,Fe3O4。

        2號(hào)試樣（還原50分，11000C）---試樣外觀僅為黑色一種。細(xì)磨時(shí)出現(xiàn)粗大金屬細(xì)片，延展性強(qiáng)。以阿爾法—Fe為主，其次為MnO。

        3號(hào)試樣（還原70分，11000C）---試樣綠色部分是以MnO為主，少量阿爾法---Fe。

        ---試樣黑色部分是以阿爾法---Fe為主，其次是MnO。

5.3還原貧錳礦經(jīng)處理產(chǎn)生兩種產(chǎn)品：富錳渣（高錳原料）,見表4和半鋼（成分見表5）。

 表4 富錳渣化學(xué)成分，%

       本富錳渣為高錳、低鐵、低硫磷、低鋅鉛原料，Mn/Fe比=7,4，相當(dāng)于優(yōu)質(zhì)錳礦。用此原料有利于生產(chǎn)硅錳、錳鐵等鐵合金。
 

 

6 生產(chǎn)工藝

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