一种处理锰铁矿的设备及方法与流程

本发明属于冶金技术领域，尤其涉及一种处理锰铁矿的设备及方法。

背景技术：

锰产品广泛应用于钢铁、电子、轻工、化工、农业等领域。除少量富锰矿可以直接用于炼钢和用作电池锰粉外，绝大多数需要经过加工后才能应用。

我国的锰矿多以贫矿为主，主要以碳酸锰和氧化锰形式存在，而氧化锰矿中的氧化锰和氧化铁共生，主要用于生产富锰渣和生铁。目前，锰系合金的生产主要有三种方式。第一种是高炉法冶炼高炉锰铁，该工艺成熟，产出的高炉锰铁中金属锰含量大于65％，但要求入炉的原料锰含量较高，铁含量相对较低，故需对锰矿石进行烧结处理提高锰含量，因此能耗较高。第二种是高炉联合矿热炉法冶炼硅锰合金，即先通过高炉冶炼获得生铁和富锰渣，然后用矿热炉由富锰渣生产出硅锰合金，此工艺资源适应性强，但流程长。第三种是中频感应炉冶炼锰铁合金，该工艺采用金属锰配加废钢的方式生产不同等级的锰铁合金，其生产方式简单、成熟，但原料中的金属锰制造过程复杂、成本高、环境污染严重。因此，急需开发以中低品位锰矿石为原料，直接生产高品位锰铁合金的低能耗、无污染、低成本的系统及工艺。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提出一种处理锰铁矿的系统及方法，在一个设备中经过两次还原反应，得到铁锰合金粉末，产品品质高，锰的回收率高。

本发明提供一种处理锰铁矿的设备包括第一反应室、第二反应室、拱形通道和磁选装置，所述第一反应室、第二反应室和拱形通道形成密闭空间；

所述第一反应室包括设在侧壁上的第一进料口和设在所述第一进料口下方的进气口，所述第一反应室的顶部为敞口；

所述第二反应室包括排气口和排料口，所述排气口设置在所述第二反应室的侧壁上，所述排料口位于所述第二反应室的底部；所述第二反应室的顶部为敞口；

所述拱形通道位于所述第一反应室和第二反应室的上方，连通所述第一反应室的顶部敞口和所述第二反应室的顶部敞口，在所述拱形通道的第二反应室一侧设有第二进料口；

所述第二反应室的排料口连接所述磁选装置。

作为优选的方案，本发明的设备还包括收尘装置，所述第二反应室的排气口连接所述收尘装置，收尘装置用于mno粉尘的收集。

作为本发明优选的方案，在所述拱形通道的第一反应室一侧设有吹气口。

一种方案为：所述吹气口的底边与所述拱形通道的内环最高点处的切线共线。

另一种方案为：吹气口向上倾斜，所述拱形通道与所述吹气口交叉点处的切线与吹气口中心线的夹角β为15°～90°。

进一步的，所述第一反应室的进气口位于所述第一反应室的底部。

作为优选的方案，所述拱形通道的拱形弧度为60°～160°。

本发明的另一目的是提供一种利用上述设备处理锰铁矿的方法，包括以下步骤：

a、将粉状锰铁矿送入所述第一反应室，向所述第一反应室内通入混合气体，由第一反应室到第二反应室形成气流，所述第一反应室的温度为600℃～900℃，所述粉状锰铁矿与所述混合气体发生反应，生成含有金属铁、feo和mno的还原物料；

b、增大混合气体的进气量，所述气流将所述还原物料通过所述拱形通道带入所述第二反应室；

c、由第二进料口将含碳粉末送入，所述气流中的气体由排气口排出，所述第二反应室的温度为1400～1500℃，所述含碳粉末落入所述第二反应室，与所述还原物料状中的feo和mno发生反应，生成金属铁、金属锰，获得固体物料；

d、对所述固体物料进行磁选，获得铁锰合金粉末和尾渣。

作为本发明优选的方案，在所述步骤b中，当有还原物料在所述拱形通道内堆积时，由吹气口向所述拱形通道吹送气体，将堆积的还原物料送入所述第二反应室。

本发明的方法中，所述排出的气流中含有挥发的mn，排出第二反应室后，挥发的mn再次氧化生成mno，将所述排出的气流通入收尘装置，收集mno粉尘。

本发明提供的处理锰铁矿的设备及方法，在一个设备中完成锰铁矿的还原，直接得到铁锰合金粉末；省去了中间输送环节，热态还原物料的显热得到充分利用；设备简单，流程短；得到的产品品质高，锰回收率高。

附图说明

图1是本发明实施例的一种处理锰铁矿的设备的结构图；

图2是本发明实施例的另一种处理锰铁矿的设备的结构图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

如图1所示，本发明实施例提供一种处理锰铁矿的设备，其包括第一反应室1、拱形通道2、第二反应室3、磁选装置4、收尘装置5和气泵6，第一反应室1、拱形通道2和第二反应室3形成密闭空间。该设备结构简单，可处理锰铁矿，获得铁锰合金，锰的回收率高，节约生产成本。

第一反应室1包括第一进料口11和进气口12，第一进料口11设置在第一反应室1的侧壁上，进气口12位于第一进料口11的下方，便于混合气体与锰铁矿的接触。第一反应室的顶部为敞口13，方便气流携带物料的移动。在第一进料口11处设有进料阀，用于控制锰铁矿的进料量。

第一反应室1为锰铁矿提供了第一次还原反应发生的空间，进入第一反应室1的锰铁矿需先进行磨细处理，粉状锰铁矿可以与混合气体充分反应，优选的，粉状锰铁矿的粒度为0.044mm～0.074mm，通过第一进料口11进入到第一反应室1内。混合气体作为还原气由进气口12进入第一反应室1，本发明实施例的混合气体中，(h2+co)的体积占比≥70％。第一反应室1的温度为600～900℃，优选为700～850℃，锰铁矿与混合气体在第一反应室1内发生还原反应，反应时间为30～60min。锰铁矿中铁的氧化物被还原成金属铁和feo，锰的氧化物被还原成mno。

排气口32位于第二反应室3，混合气体进入第一反应室1后，设备内的气体即在进气口12和排气口32之间形成气流。在第一反应室1内发生还原反应时，混合气体的进气量较小，设备内的气流不足以将物料吹出第一反应室1。当第一反应室1内的还原反应完成后，增大混合气体的进气量，则气流携带还原物料移出第一反应室1。

拱形通道2为第一反应室1和第二反应室3的连接通道，位于第一反应室1和第二反应室3之间。第一反应室1内反应后的还原物料由气流携带通过拱形通道2进入第二反应室3。优选的，拱形通道2的拱形弧度为60°～160°，设置为60°～160°之间的弧度，使得气流在拱形通道2受到的阻力较小，便于物料的输送。

拱形通道2位于第一反应室1和第二反应室3的上方，连通第一反应室的顶部敞口13和第二反应室的顶部敞口31。

在拱形通道2的第一反应室一侧设有吹气口21。气流携带的还原物料通过拱形通道2时，可能在拱形通道的内环23上产生堆积，设置吹气口21可将拱形通道的内环23上堆积的物料吹入第二反应室3。

一种优选的方案为，吹气口21的底边与拱形通道的内环23的最高点处的切线共线。即吹气口21的底边与拱形通道的内环23的最高点的高度相同，保证堆积的还原物料可吹送入第二反应室3。

如图2所示，设置吹气口21的另一种优选的方案为，吹气口21向上倾斜，拱形通道与吹气口交叉点处的切线与吹气口中心线的夹角β为15°～90°。倾斜设置的吹气口21，可提高气体的吹送力。

在拱形通道2的第二反应室一侧设有第二进料口22，含碳粉末由第二进料口22进入，与还原物料混合，在第二反应室3内发生还原反应，生成铁锰合金。在第二进料口22设有进料阀，用于控制含碳粉末的进料量。通过拱形通道输送还原物料，可充分利用还原物料的显热，提高系统能源利用率。

第二反应室3用于还原物料的第二次还原，还原物料和含碳粉末由第二反应室3顶部的敞口31进入第二反应室3。第二反应室3内的温度为1400～1500℃，反应时间为20～60min，还原物料中的feo和mno与含碳粉末反应还原成金属铁和金属锰，获得固体物料。

第二反应室3的侧壁上设有排气口32，携带还原物料进入第二反应室3的气流由排气口32排出。排气口32设置在第二反应室3的固体物料最高面的上部10～50cm，优选为15～45cm，保证物料由一定的反应时间，不会被气流带出第二反应室3。如图2所示，排气口32与第二反应室炉墙(竖直方向)的夹角α优选为15°～90°，这样可以使气流顺利的上行，同时可以使气流带入的少量未反应的物料回落入第二反应室3内。在第二反应室3的底部设有排料口33，含有金属铁和金属锰的固体物料由排料口33排除出。

本发明实施例的第二反应室3的有效反应空间是第一反应室1的有效反应空间的1～1.5倍。有效反应空间是指物料在反应室内反应的空间。第二反应室3为间歇出料，设置较大的反应空间，保证第一反应室1过来的物料能有足够的空间和时间进行反应。

磁选装置4与第二反应室的排料口33连接，固体物料在磁选装置4内进行磁选分离，得到铁锰合金粉末和尾渣。

由于mn在高温下会挥发，所以第二反应室3排出的气体中含有部分的挥发mn，离开第二反应室3后，挥发的mn冷却发生氧化反应，生成mno。利用收尘装置5与排气口32连接，收集mno粉尘，将收集的mno粉尘返回第一进料口11，再次进行生产，提高物料的利用率。本发明实施例选用的收尘装置5为布袋收尘器。

本实施例中，由气泵6为设备提供混合气体，气泵6与进气口12连接，将混合气体喷入第一反应室1。

另一方面，本发明实施例提供一种利用上述设备处理锰铁矿的方法，包括以下步骤：

1、将粉状锰铁矿送入第一反应室，锰铁矿粒度为0.044～0.074mm，向第一反应室内通入混合气体，由第一反应室到第二反应室形成气流，第一反应室的温度为600℃～900℃，优选为700～850℃，粉状锰铁矿与混合气体发生反应，反应时间30～60min，生成含有金属铁、feo和mno的还原物料。

2、增大混合气体的进气量，气流将还原物料通过拱形通道带入第二反应室；当有还原物料在拱形通道内堆积时，由吹气口向拱形通道吹送气体，将堆积的还原物料送入第二反应室。

3、由第二进料口将含碳粉末送入，含碳粉末落入第二反应室，气流中的气体由排气口排出，第二反应室的温度为1400～1500℃，优选为1420～1480℃，含碳粉末与还原物料状中的feo和mno发生反应，反应时间20～60min，生成金属铁、金属锰，获得固体物料。

4、对固体物料进行磁选，获得高品质的铁锰合金粉末和尾渣。

本实施的方法中，排出的气流中含有挥发的mn，排出第二反应室后，挥发的mn再次氧化生成mno，将排出的气体通入收尘装置，收集mno粉尘，将mno粉尘返回第一进料口，作为原料进行生产。

实施例1

1、锰铁矿的成分为tfe15.30％，tmn34.02％；将锰铁矿磨细至0.060mm送入第一反应室，向第一反应室内通入混合气体，混合气体中(h2+co)的体积占比为80％，由第一反应室到第二反应室形成气流，第一反应室的温度为850℃，粉状锰铁矿与混合气体发生反应，反应时间40min，生成含有金属铁、feo和mno的还原物料。

2、增大混合气体的进气量，气流将还原物料通过拱形通道带入第二反应室；当有还原物料在拱形通道内堆积时，由吹气口向拱形通道吹送气体，将堆积的还原物料送入第二反应室。

3、由第二进料口将含碳粉末送入，含碳粉末为煤粉，含碳粉末落入第二反应室，气流中的气体由排气口排出，第二反应室的温度为1420℃，含碳粉末与还原物料状中的feo和mno发生反应，反应时间40min，生成金属铁、金属锰，获得固体物料。

4、对固体物料进行磁选，获得高品质的铁锰合金粉末和尾渣，铁锰合金粉末中铁的质量比为30.19％，锰的质量比为67.13％，锰回收率95％。

5、利用收尘装置收集mno粉尘后，送入第一进料口。

实施例2

1、锰铁矿的成分为tfe15.50％，tmn33.86％；将锰铁矿磨细至0.044mm送入第一反应室，向第一反应室内通入混合气体，混合气体中(h2+co)的体积占比为70％，由第一反应室到第二反应室形成气流，第一反应室的温度为700℃，粉状锰铁矿与混合气体发生反应，反应时间50min，生成含有金属铁、feo和mno的还原物料。

2、增大混合气体的进气量，气流将还原物料通过拱形通道带入第二反应室；当有还原物料在拱形通道内堆积时，由吹气口向拱形通道吹送气体，将堆积的还原物料送入第二反应室。

3、由第二进料口将含碳粉末送入，含碳粉末为煤粉，含碳粉末落入第二反应室，气流中的气体由排气口排出，第二反应室的温度为1400℃，含碳粉末与还原物料状中的feo和mno发生反应，反应时间60min，生成金属铁、金属锰，获得固体物料。

4、对固体物料进行磁选，获得高品质的铁锰合金粉末和尾渣，铁锰合金粉末中铁的质量比为30.22％，锰的质量比为66.93％，锰回收率95％。

5、利用收尘装置收集mno粉尘后，送入第一进料口。

实施例3

1、锰铁矿的成分为tfe16.10％，tmn34.55％；将锰铁矿磨细至0.074mm送入第一反应室，向第一反应室内通入混合气体，混合气体中(h2+co)的体积占比为75％，由第一反应室到第二反应室形成气流，第一反应室的温度为600℃，粉状锰铁矿与混合气体发生反应，反应时间60min，生成含有金属铁、feo和mno的还原物料。

2、增大混合气体的进气量，气流将还原物料通过拱形通道带入第二反应室；当有还原物料在拱形通道内堆积时，由吹气口向拱形通道吹送气体，将堆积的还原物料送入第二反应室。

3、由第二进料口将含碳粉末送入，含碳粉末为煤粉，含碳粉末落入第二反应室，气流中的气体由排气口排出，第二反应室的温度为1480℃，含碳粉末与还原物料状中的feo和mno发生反应，反应时间30min，生成金属铁、金属锰，获得固体物料。

4、对固体物料进行磁选，获得高品质的铁锰合金粉末和尾渣，铁锰合金粉末中铁的质量比为30.63％，锰的质量比为67.14％，锰回收率95％。

5、利用收尘装置收集mno粉尘后，送入第一进料口。

实施例4

1、锰铁矿的成分为tfe16.05％，tmn34.26％；将锰铁矿磨细至0.056mm送入第一反应室，向第一反应室内通入混合气体，混合气体中(h2+co)的体积占比为85％，由第一反应室到第二反应室形成气流，第一反应室的温度为900℃，粉状锰铁矿与混合气体发生反应，反应时间30min，生成含有金属铁、feo和mno的还原物料。

2、增大混合气体的进气量，气流将还原物料通过拱形通道带入第二反应室；当有还原物料在拱形通道内堆积时，由吹气口向拱形通道吹送气体，将堆积的还原物料送入第二反应室。

3、由第二进料口将含碳粉末送入，含碳粉末为煤粉，含碳粉末落入第二反应室，气流中的气体由排气口排出，第二反应室的温度为1500℃，含碳粉末与还原物料状中的feo和mno发生反应，反应时间20min，生成金属铁、金属锰，获得固体物料。

4、对固体物料进行磁选，获得高品质的铁锰合金粉末和尾渣，铁锰合金粉末中铁的质量比为30.88％，锰的质量比为66.59％，锰回收率95％。

5、利用收尘装置收集mno粉尘后，送入第一进料口。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。