[發明專利]一種粉狀氧化錳礦流態化低溫還原裝置及還原方法

有效

• 申請號: 201110359478.X
• 申請日: 2011-11-14
• 公開（公告）號: CN102363837A
• 公開（公告）日: 2012-02-29
• 發明（設計）人: 張濤;朱慶山;唐海龍;謝朝暉;李洪鐘
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C22B1/10
• 分類號: C22B1/10;C22B47/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 陳慧珍

技術領域

本發明屬于化工、冶金領域，具體地說，涉及一種粉狀氧化錳礦流態化低 溫還原裝置及還原方法。

背景技術

電解錳是生產不銹鋼、高強度低合金鋼、鋁錳合金、銅錳合金等的重要原 料，也是生產電焊條、鐵氧體、永磁合金，及許多醫藥化工用錳鹽的主要原料。 生產電解金屬錳的主要原料——錳礦主要分為氧化錳礦和碳酸錳礦兩大類。碳 酸錳礦可以直接被硫酸溶液浸出，制取硫酸錳溶液，再通過中和、凈化、過濾 等一系列工藝制備出電解液，電解后獲得金屬錳；氧化錳礦的主要成分是氧化 錳，但氧化錳在常規浸出條件下，很難與硫酸發生反應，氧化錳需先被還原成 一氧化錳，一氧化錳被硫酸溶液浸出，制取硫酸錳溶液。

在我國一些錳系產品的生產地區，所使用碳酸錳礦的品位已經由含錳 18％～20％降低到只有13％～15％，與此同時，我國大量含錳20％～25％的氧化 錳礦及進口的高品位氧化錳礦因還原成本過高等問題而得不到利用。

還原焙燒法是目前處理氧化錳礦最通行的生產工藝，現有的還原焙燒工藝 主要有回轉窯還原法、豎爐還原法、兩礦法、流態化還原法等。回轉窯和豎爐 以煤為還原劑，煤的氣化率低，采用粗顆粒(或塊礦)為原料，內傳質阻力大， 反應效率低，導致煤耗高、生產成本高。兩礦法存在渣量大、尾氣難以處理、 錳回收率低等問題。流態化還原法采用細顆粒為原料(一般＜1mm)，氣固接觸 充分，反應效率高，是一種最為經濟的氧化錳礦還原焙燒方法。

美國專利US4044094披露了一種氧化錳礦的流態化還原工藝，此工藝包含 流態化干燥、流態化煅燒、流態化還原、流態化冷卻等工段。粒徑小于6目 (3.35mm)的錳礦(氧化錳礦)原料首先進入流態化干燥器，干燥溫度是121 ℃，流化氣體是重油和空氣燃燒后形成熱煙氣，錳礦中的大部分游離水氣化之 后排出；干燥后的錳礦進入流態化煅燒器，煅燒溫度是732℃，流化氣體是重 油和空氣燃燒后形成熱煙氣，流態化煅燒器的尾氣經處理后排放；煅燒后的錳 礦進入流態化還原爐，還原溫度是732℃，流化氣體是合成氣，流態化還原爐 的尾氣經處理后排放；還原后的錳礦進入流態化冷卻器，以惰性氣體為流化氣 體，惰性氣體循環使用，以冷卻水冷卻錳礦。此工藝的主要缺陷如下：

1.還原尾氣和煅燒尾氣被直接排放，其一還原尾氣中的H₂、CO等成分未 獲得利用；其二還原尾氣和煅燒尾氣中含有的熱量未能回收利用，能源浪費嚴 重。

2.以流態化煅燒器煅燒氧化錳礦，煅燒時間較長，大量的MnO₂分解為 Mn₂O₃，MnO₂分解反應是一個吸熱的化學反應，見反應式(1)，需消耗大量的 熱量；MnO₂還原反應和Mn₂O₃還原反應是放熱反應，見反應式(2)和(3)， 但反應(2)的放熱量僅有反應(3)的32％(同質量)，因此，MnO₂分解為 Mn₂O₃導致煅燒和還原過程的熱量需求大幅度增加。

4MnO₂＝2Mn₂O₃+O₂????????163kJ/mol?????(1)

Mn₂O₃+CO＝2MnO+CO₂??????-98kJ/mol?????(2)

MnO₂+CO＝MnO+CO₂????????-150kJ/mol????(3)

3.氧化錳礦粒徑較粗(＜3.35mm)，內傳質阻力較大，反應效率低，導致還 原氣體利用率低。