CN102849801A

CN102849801A - 生物质还原低品位氧化锰矿生产一氧化锰的设备及工艺

Info

Publication number: CN102849801A
Application number: CN2012103357168A
Authority: CN
Inventors: 朱国才; 索双富; 李德生; 王东; 宋龙朝; 王科社
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2013-01-02

Abstract

本发明公开了属于黑色冶金技术领域的一种生物质还原低品位氧化锰矿生产一氧化锰的设备及工艺，该设备的回转窑尾部设置有生物质气燃烧器，回转窑经反应炉推进器与反应炉相连，反应炉和焖化罐相连，焖化罐与螺旋冷却器相连，其工艺过程是首先将矿物、还原催化剂与生物质分别粉碎后混合，在回转窑中，矿物、还原催化剂和生物质被干燥，通过生物质气燃烧，引燃生物质与矿物间的还原反应，原料进入到反应炉内，进入到自热还原反应在反应炉内利用反应热进一步加快对矿物的还原，然后，进入到焖化罐之中，让反应更加完全，然后冷却到常温，得到矿粉级一氧化锰。克服了传统的氧化锰还原主要采用煤作为还原剂，其还原温度高，能耗大，生产成本高。

Description

生物质还原低品位氧化锰矿生产一氧化锰的设备及工艺

技术领域

本发明属于黑色冶金技术领域，特别涉及一种生物质还原低品位氧化锰矿生产一氧化锰的设备及工艺。具体涉及用生物质将粉状二氧化锰矿还原成一氧化锰的工艺及设备。

背景技术

我国是锰生产大国，同时又是锰矿资源十分缺乏的国家，需要从国外大量进口锰矿，2010年锰矿进口量超过1000万吨。目前国内绝大部分电解锰企业采用碳酸锰作为原料进行生产，碳酸锰矿中锰矿的锰含量较低，同时钙镁含量高，造成了电解过程中的酸耗过大，尾渣量大，这给环境造成了巨大的压力。为了解决资源与环境问题，以及降低电解锰企业的成本，提高电解锰企业市场竞争能力，十分必要将我国资源较为丰富、目前没有得到完全利用的低品位氧化锰矿进行处理，代替碳酸锰矿。

传统的氧化锰还原主要采用煤作为还原剂，其还原温度高，能耗大，生产成本高，同时没有成熟的工艺设备，从而限制将二氧化锰还原成一氧化锰技术的发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种粉状二氧化锰矿石还原方法，该方法采用生物质作为主还原剂，成本低、转化率高。

本发明提供一种生物质还原低品位氧化锰矿生产矿粉级一氧化锰的设备，该设备包括回转窑、反应炉和焖化罐；其中，回转窑设置上料螺旋推进器，回转窑尾部设置有生物质气燃烧器，回转窑经反应炉推进器与反应炉相连，反应炉和焖化罐相连，焖化罐与螺旋冷却器相连，在螺旋冷却器的出料口设置有淋水器和循环水泵。

所述生物质气燃烧器经生物质导气管与生物质气化炉相连。

回转窑内的气体与粉尘依次经旋风除尘、布袋除尘，除尘干净的气体，经过引风机，排入到大气之中。

旋风除尘的物料排除口与上料螺旋推进器相连，布袋除尘的出料口，接入到上料螺旋推进器的下进料口。

反应炉内设置有搅拌装置，反应炉与反应炉回热管连接。

本发明提出采用生物质作为还原剂，将其还原温度降低到450度以下。通过热量利用***，充分利用反应热，让能量得到了合理利用，进一步降低了生产成本。

用生物质加还原催化剂能在350～450℃温度区间把四价锰还原成二价锰，还原产物完全可以替代碳酸锰矿物，生产电解锰及其他锰盐系列产品的原料，并可降低电解锰及锰盐产品的生产成本。

所述生物质还原低品位氧化锰矿生产矿粉级一氧化锰的具体工艺步骤是：首先将矿物、还原催化剂与生物质分别磨碎后混合，通过上料螺旋推进器将原料混合物输送到回转窑内，在回转窑中，矿物、还原催化剂和生物质首先被干燥，在回转窑的尾部，通过设置的生物质气燃烧器，使生物质燃烧，引燃生物质与矿物间的还原反应，还原反应被启动之后，原料混合物进入到反应炉内，进入到自热还原反应态，进行自热反应，在反应炉内利用反应热进一步加快对矿物的还原，然后，进入到焖化罐之中，让反应更加完全，待反应完全后，进入到螺旋冷却器，冷却到常温，让矿物进一步降低温度，降低生成物的活性以达到相对稳定的状态，得到矿粉级一氧化锰；之后，进入到储存或下一步的生产工艺之中。

所述的矿物是指低品位氧化锰矿粉。

所述矿物、还原催化剂磨碎到30-80目，生物质粉碎至2mm以下。

所述还原催化剂为煤矸石与黄铁矿的混合物，其中，煤矸石与黄铁矿的质量比为1：1至5：1。

所述生物质为秸秆、木屑或竹屑及其混合物。

所述矿物、还原催化剂与生物质以质量比为100：1-5：10-20混合；反应炉的温度控制在350-450℃之间。

自热反应产生的烟气，进入到回转窑内，加热矿物、还原催化剂和生物质，再被吸收。从矿物反应完全后，进入冷却阶段，冷却到常温，减低其活性。进入到运输或者下一个工序之中。

本发明的有益效果是整个工艺线路充分考虑了热量的利用与保温。以提高***的热效率，降低生物质消耗，保温是为了避免物料与设备发生粘接。堵塞工艺设备。克服了传统的氧化锰还原主要采用煤作为还原剂，其还原温度高，能耗大，生产成本高。

附图说明

图1 生物质还原过程。

图2用生物质将二氧化锰还原成一氧化锰的工艺设备示意图。

图中标号：1-引风机；2-布袋除尘；3-旋风除尘；4-回转窑；5-焖化罐回热管；6-生物质气燃烧器；7-生物质导气管；8-反应炉回热管；9-反应炉推进器；10-生物质气化炉；11-反应炉；12-焖化罐；13-螺旋冷却器；14-淋水器；15-焖化罐风机；16-上料螺旋推进器 17-反应炉燃烧器，18-循环水泵； 19-配气阀门组；

具体实施方式

本发明提供一种生物质还原低品位氧化锰矿生产矿粉级一氧化锰的设备及工艺。下面结合实施例和附图对本发明予以进一步说明，但不以任何方式限制本发明。

图2所示为用生物质将二氧化锰还原成一氧化锰的工艺设备，图中，回转窑4设置上料螺旋推进器16，回转窑4尾部设置设置有生物质气燃烧器6，回转窑4经反应炉推进器9与反应炉11相连，反应炉11和焖化罐12相连，反应炉11内设置有搅拌装置，反应炉11与反应炉回热管8连接；焖化罐12与螺旋冷却器13相连，在螺旋冷却器13的出料口设置有淋水器14和循环水泵18。生物质气燃烧器6及反应炉燃烧器17经生物质导气管7与生物质气化炉10相连。回转窑4内的气体与粉尘依次经旋风除尘3、布袋除尘2，除尘干净的气体，经过引风机1，排入到大气之中。旋风除尘3的物料排除口与上料螺旋推进器16相连，布袋除尘2的出料口，接入到上料螺旋推进器16的下进料口。反应炉11、焖化罐12、预热回转窑4、旋风除尘3、布袋除尘2均包覆隔热陶瓷棉，进行保温。其中相互连接的管路也做保温处理。

图1 所示为生物质还原低品位氧化锰矿生产矿粉级一氧化锰的生物质还原过程。图中，将研磨好的矿粉、生物质和还原催化剂以100：3：15（质量比）混合成原料混合物，矿物、还原催化剂与生物质，原料混合物进入到上料螺旋推进器16之中输送到回转窑4，在回转窑4内，原料混合物被逆流加热，进行干燥。在回转窑4的尾部，设置有生物质气燃烧器6，通过其燃烧，引燃生物质与矿物间的还原反应。之后，原料进入到反应炉推进器9之内，其被进一步输送到反应炉11，在反应炉11的顶部，设置有电机驱动的反应炉搅拌器，将原料混合物进行搅拌，同时，促进还原反应的发生。反应炉的温度控制在350-450摄氏度之间。在此温度下，原料混合物近似为半流体状态。在反应一段时间后，进入到焖化罐12之中，物料在焖化罐12内进一步反应，并逐步的通过螺旋推进器推送出去进入到螺旋冷却器13之内，此时反应完全；在螺旋冷却器13的出料口进行逆流水冷却，在出口处再由淋水器14淋水冷却，得到焙烧物，由收集器收集，淋水冷却由循环水泵18控制喷水量在矿物量的5-10%。以降低矿物的活性便于保存。

上述还原反应过程中，生物质气化炉10产生的生物质气与热的空气混合燃烧，在回转窑4内，原料混合物被逆流加热，进行干燥。在反应炉11内，对反应炉底直接加热，反应炉11内产生的生物质气中含有CO、H₂，从而形成还原气氛，并使反应炉内的温度在350℃ 到450℃，混合矿料保持流体状态；其中，首先将环境空气吹送到焖化罐12的外套之中，进行初步的加热，加热的空气，再进入到反应炉的外套之中，之后，进入到配气阀门组19，此时，热的空气分为三路，一路进入到生物质气化炉内，对生物质进行气化反应，另一路经过配气阀门组19进入到回转窑4之中预热回转窑4，还有一路，经过配气阀门组19进入到反应炉燃烧器17之中，与生物质气进行混合燃烧。

预热回转窑4内的气体与粉尘，进入到旋风除尘3之内，进行第一级除尘，再经过管路，进入到布袋除尘2之中，除尘干净的气体，经过引风机1，排入到大气之中。

1、粒度为80目以下的粉状二氧化锰矿石、还原催化剂（还原催化剂为黄铁矿与煤矸石混合物，其中，煤矸石与黄铁矿的质量比为3：1）与生物质粉料（生物质为秸秆、木屑或竹屑及混合物；按100：3：15（质量比）比例混合并通过回转窑4进行干燥与预热，回转窑4内的温度为200℃，在回转窑4内预热与干燥的时间在20min左右；窑内的热源由生物质气的燃烧，反应炉11外加热带走的热气，反应炉11排除的热气体及焖化罐12冷却后的热气提供，回转窑排出的气体由旋风除尘器加布袋除尘器，由引风机抽走；生物质气点火燃烧，

在预热回转窑及反应炉的进出口处均装有热电偶和测压点，用于测量该点的温度和压力；在鼓风口（回转窑与焖化罐）、引风管（引风机的排出管）上设有流量测定点；测量、控制仪表安装在控制柜内，实施集中控制。燃料同样都是生物质气，为了保证实验时各点温度可调，生物质气管道上装有流量测定点，通过阀门调节生物质气流量来控制设备的温度。

本发明的反应炉采用立式搅拌机的形式，这样，流体粉料在炉内不易沉积，又能使反应加速，反应更加充分的效果；反应炉的出口设在一定高度处，当炉矿料达到预设体积，便会自动流到炉外，炉底设有出料口，便于清理。实验表明，本发明操作方便，运行稳定可控。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种生物质还原低品位氧化锰矿生产矿粉级一氧化锰的设备，其特征在于：该设备包括回转窑（4）、反应炉（11）和焖化罐（12），回转窑（4）设置上料螺旋推进器（16），回转窑（4）尾部设置有生物质气燃烧器（6），回转窑（4）经反应炉推进器（9）与反应炉（11）相连，反应炉（11）和焖化罐（12）相连，焖化罐（12）与螺旋冷却器（13）相连，在螺旋冷却器（13）的出料口设置有淋水器（14）。

2.根据权利要求1所述的生物质还原低品位氧化锰矿生产矿粉级一氧化锰的设备，其特征在于：生物质气燃烧器（6）经生物质导气管（7）与生物质气化炉（10）和反应炉（11）的燃烧器（17）相连。

3.根据权利要求1所述的生物质还原低品位氧化锰矿生产矿粉级一氧化锰的设备，其特征在于：回转窑（4）经旋风除尘（3）与布袋除尘（2）和引风机（1）连接，回转窑（4）内的气体与粉尘依次经旋风除尘（3）、布袋除尘（2），除尘干净的气体，经过引风机（1）排入到大气之中。

4.根据权利要求3所述的生物质还原低品位氧化锰矿生产矿粉级一氧化锰的设备，其特征在于：旋风除尘（3）的物料排除口与上料螺旋推进器（16）相连，布袋除尘（2）的出料口，接入到上料螺旋推进器（16）的下进料口。

5.根据权利要求1所述的生物质还原低品位氧化锰矿生产矿粉级一氧化锰的设备，其特征在于：反应炉（11）内设置有搅拌装置，反应炉（11）与反应炉回热管（8）连接。

6.一种生物质还原低品位氧化锰矿生产矿粉级一氧化锰的工艺，其特征在于该工艺如下：首先将矿物、还原催化剂与生物质分别粉碎后混合，通过输送器将混合物输送到回转窑内，在回转窑中，矿物、还原催化剂和生物质首先被干燥，在回转窑的尾部，通过设置的生物质气燃烧器，使生物质燃烧，引燃生物质与矿物间的还原反应，还原反应被启动，之后，原料进入到反应炉内，进入到自热还原反应态，进行自热反应，在反应炉内利用反应热进一步加快对矿物的还原，然后，进入到焖化罐之中，让反应更加完全，待反应完全后，进入到冷却输送器，冷却到常温，得到矿粉级一氧化锰。

7.根据权利要求6所述的工艺，其特征在于：矿物、还原催化剂磨碎到30-80目，生物质粉碎至2mm以下。

8.根据权利要求6所述的工艺，其特征在于：所述还原催化剂为煤矸石与黄铁矿的混合物，其中，煤矸石与黄铁矿的质量比为1：1至5：1。

9.根据权利要求6所述的工艺，其特征在于：矿物、还原催化剂与生物质的质量比为100：（1-5）：（10-20）。

10.根据权利要求6所述的工艺，其特征在于：矿物、还原催化剂与生物质的质量比为100：（1-5）：（10-20）。

11.根据权利要求6所述的工艺，其特征在于：所述生物质为秸秆、木屑或竹屑及其混合物。

12.根据权利要求6所述的工艺，其特征在于：反应炉的温度控制在350-450℃之间。