专利名称：生物质还原低品位氧化锰矿生产矿粉级一氧化锰设备系统的制作方法
技术领域：
本发明属于黑色冶金技术领域，具体涉及一种生物质还原低品位氧化锰矿生产矿粉级一氧化锰设备系统。
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1100万吨。目前国内绝大部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
为了解决上述现有技术中存在的不足，本发明的目的在于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设备系统，本发明采用生物质作为还原剂，将其还原温度降低到500度以下，通过热量利用系统，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。为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是:生物质还原低品位氧化锰矿生产矿粉级一氧化锰设备系统，包括回转预热窑4，回转预热窑4的窑头端和上料螺旋推进器16相连通，回转预热窑4的窑头上端固定有旋风除尘器3，在旋风除尘器3的下端设置有布袋除尘器2，布袋除尘器2和引风机I相连，回转预热窑4的窑尾端设置有生物质燃烧器6，生物质燃烧器6通过生物质导气管7和反应炉推进器9 一端连通，反应炉推进器9另一端和反应炉11入口连通，在反应炉11顶部设置有电机驱动的反应炉搅拌器，反应炉11出口和焖化罐12入口连通，焖化罐12出口和螺旋冷却器13入口连通，在螺旋冷却器13的出口设置有淋水器14，反应炉回热管5的一端连接反应炉11的上端，另一端伸入回转预热窑4的窑尾内，焖化罐回热管8 一端连接焖化罐12外层，另一端分两路:一路通向回转预热窑4的窑尾，另一路通向反应炉11的底部，生物质气发生炉10的出气管一路通向回转预热窑4窑尾的生物质燃烧器6，另一路通向反应炉11的底部的燃烧器。所述反应炉11和焖化罐12均设计有夹层，内层中是矿物的流动，夹层中是气体的流动。所述布袋除尘器2、旋风除尘器3、回转预热窑4、反应炉11和焖化罐12的表面均包覆隔热陶瓷棉，布袋除尘器2和旋风除尘器3、旋风除尘器3和回转预热窑4、反应炉11和焖化罐12相互连接的管路表面也包覆隔热陶瓷棉。
所述回转预热窑4和反应炉11的进出口处均装有热电偶和测压点。所述引风机I的排出管、回转预热窑4和焖化罐12上均设置有流量测定点。所述淋水器14向螺旋冷却器13中的喷水重量控制在矿物质重量的5-10%。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，有能使反应加速，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，便于清理反应炉。实验表明，本发明操作方便，运行稳定可控。用生物质加核心还原剂能在400 500°C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。
图1是本发明系统结构示意图。图2是本发明还原过程流程图。图3是本发明系统的水系统示意图。图4是本发明系统的工艺线路气系统示意图。图中:1-引风机，2-布袋除尘器，3-旋风除尘器，4-回转预热窑，5-反应炉回热管，6-生物质燃烧器，7-生物质导气管，8-焖化罐回热管，9-反应炉推进器，10-生物质气发生炉，11-反应炉，12-焖化灌，13-螺旋冷却器，14-淋水器，15-焖化灌风机，16-上料螺旋推进器，18-加水电磁阀，19-水池，20-冷却循环水泵，21-喷淋头，22-喷淋泵，23-喷淋电磁阀，24-第一燃烧器，25-配气阀门，26-第二燃烧器，27-第一风机，28-第二风机，29-压缩空气阀
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。如图1所示，本发明生物质还原低品位氧化锰矿生产矿粉级一氧化锰设备系统，包括回转预热窑4，回转预热窑4的窑头端和上料螺旋推进器16相连通，回转预热窑4的窑头上端固定有旋风除尘器3，在旋风除尘器3的下端设置有布袋除尘器2，布袋除尘器2和引风机I相连，回转预热窑4的窑尾端设置有生物质燃烧器6，生物质燃烧器6通过生物质导气管7和反应炉推进器9 一端连通，反应炉推进器9另一端和反应炉11入口连通，在反应炉11顶部设置有电机驱动的反应炉搅拌器，反应炉11出口和焖化罐12入口连通，焖化罐12出口和螺旋冷却器13入口连通，焖化罐12和焖化罐风机15连接，在螺旋冷却器13的出口设置有淋水器14 ，反应炉回热管5的一端连接反应炉11的上端，另一端伸入回转预热窑4的窑尾内，焖化罐回热管8 一端连接焖化罐12外层，另一端分两路:一路通向回转预热窑4的窑尾，另一路通向反应炉11的底部，生物质气发生炉10的出气管一路通向回转预热窑4窑尾的生物质燃烧器6，另一路通向反应炉11的底部的燃烧器。作为本发明的优选实施例，所述反应炉11和焖化罐12均设计有夹层，内层中是矿物的流动，夹层中是气体的流动。流动的气体，将反应炉的热量进行利用，进一步作为燃烧、生物质发生炉的进气。作为本发明的优选实施例，所述布袋除尘器2、旋风除尘器3、回转预热窑4、反应炉11和焖化罐12的表面均包覆隔热陶瓷棉，布袋除尘器2和旋风除尘器3、旋风除尘器3和回转预热窑4、反应炉11和焖化罐12相互连接的管路表面也包覆隔热陶瓷棉，进行保温。作为本发明的优选实施例，所述回转预热窑4和反应炉11的进出口处均装有热电偶和测压点。用于测量相应点的温度和压力。所述引风机I的排出管、回转预热窑4和焖化罐12上均设置有流量测定点。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。作为本发明的优选实施例，所述淋水器14向螺旋冷却器13中的喷水重量控制在矿物质重量的5-10%。以降低矿物的活性便于保存。本发明系统充分考虑了热量的利用与保温。以提高系统的热效率，降低生物质消耗，保温有两个目标，一是为了避免物料与设备发生粘接。堵塞工艺设备。二是为了提高系统的热效率，降低燃料与还原剂的消耗。如图2所示为本发明还原过程流程图，首先将原矿磨碎到80目，还原催化剂与生物质也磨碎到80目，通过上料螺旋推进器将混合的矿物输送到回转预热窑内，在回转预热窑4中，矿物和生物质首先被干燥，在回转预热窑的尾部，还原反应被启动，并进入到反应炉内，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，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。之后，进入到储存和下一步的生产工艺之中。结合图1和图2详细说明本发明系统的工作原理:研磨好的矿粉、生物质、还原催化剂，进入到上料螺旋推进器16之中，在其中被输送的同时，进行混合。之后进入到回转预热窑4之中，在回转预热窑4内 ，原料被逆流加热，进行干燥。同时，矿粉、生物质、还原催化剂进一步混合均匀，在回转预热窑4的尾部，设置有生物质燃烧器6，通过其燃烧，引燃生物质与矿粉间的还原反应。之后，原料进入到反应炉推进器9之内，其被输送到反应炉11内，在反应炉11的顶部，设置有电机驱动的反应炉搅拌器，将原料进行搅拌，同时，促进还原反应的发生。反应炉的温度控制在500-550摄氏度之间。在此温度下，原料近似为半流体状态。在反应一段时间后，进入到烟化te 12之中，物料在烟化12内进一步反应，并逐步的通过焖化罐12内的螺旋推进器，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，设置有喷水冷设备，喷水量控制在矿物量的5-10%。以降低矿物的活性便于保存。如图3所示为本发明系统的水系统示意图，从焖化罐12中出来的矿粉进入到螺旋冷却器13之内，打开加水电磁阀18将自来水引入水池19中，在冷却循环水泵20的作用下，将矿粉在冷却输送器13的外套与内部的热交换过程中冷却。打开喷淋电磁阀23，在喷淋泵22的作用下，淋水器14的喷淋头21在冷却输送器13的出料口喷射冷却水，将矿粉进一步冷却。达到降低矿粉的活性便于保存的目标。如图4所示为本发明系统的工艺线路气系统示意图，首先第一风机27将环境空气吹送到焖化罐12的外套之中，进行初步的加热，加热的空气进入到反应炉11的外套之中，之后，进入到配气阀门25，此时，热的空气分为两路，一路进入到生物质气发生炉10内，对生物质进行气化反应，另一路经过第六配气阀门25-6，进入到回转预热窑4之中，还有一路，经过第三配气阀门25-3进入到第一燃烧器24之中，与生物质气进行混合燃烧。生物质气发生炉10产生的生物质气，经过第二配气阀门25-2分为两路，一路经过第一配气阀门25-1进入到回转预热窑4之中，进行燃烧反应。另一路经过第七配气阀门25-7进入到第二燃烧器26之中，与空气进行混合燃烧。在开始的时候，生物质气发生炉10的进气，可以通过第二风机28进气，还可以通过工厂内的压缩空气管路经过压缩空气阀29减压进入气化需要的气体。保证生物质发生炉从冷态产生生物质气。在系统正常的温度平衡后，生物质气发生炉10的进气来自被反应炉11所加热的热空气。从反应炉11内产生的反应气，直接有管道连接到回转预热窑4之中。回转预热窑4内的气体与粉尘，在窑头进入到旋风除尘器3之内，进行第一级除尘，再经过管路，进入到布袋除尘器2之中，除尘干净的气体，经过引风机1，排入到大气之中。旋风除尘器3的物料排出口，接图2中上料螺旋推进器16，粉尘直接进入到回转预热窑4之内。布袋除尘器2的出料口，接入到上料螺旋推进器16的下进料口。粒度为80目以下的粉状二氧化锰矿石与生物质粉料按一定比例混合并通过回转预热窑4进行干燥与预热，回转预热窑4内的温度为200°C，在回转预热窑4内预热与干燥的时间在20min左右；回转预热窑4窑内的热源由生物质气的燃烧，反应炉外加热带走的热气，反应炉11排除的热气体及焖化罐12冷却后的热气提供，回转预热窑4排出的气体由旋风除尘器3加布袋除尘器2，由弓I风机I抽走；生物质气点火燃烧，对反应炉11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11内的温度在400°C到600°C，混合矿料保持流体状态；经过充分应后，矿料进入焖化罐12，风冷却后进入螺旋冷却器13进行逆流外套水冷却，在出口处再淋水冷却，得到焙烧物，由收集器收集。
权利要求
1.生物质还原低品位氧化锰矿生产矿粉级一氧化锰设备系统，其特征在于:包括回转预热窑(4)，回转预热窑(4)的窑头端和上料螺旋推进器(16)相连通，回转预热窑(4)的窑头上端固定有旋风除尘器(3)，在旋风除尘器(3)的下端设置有布袋除尘器(2)，布袋除尘器(2)和引风机(I)相连，回转预热窑(4)的窑尾端设置有生物质燃烧器(6)，生物质燃烧器(6)通过生物质导气管(7)和反应炉推进器(9) 一端连通，反应炉推进器(9)另一端和反应炉(11)入口连通，在反应炉(11)顶部设置有电机驱动的反应炉搅拌器，反应炉(11)出口和焖化罐(12)入口连通，焖化罐(12)出口和螺旋冷却器(13)入口连通，在螺旋冷却器(13)的出口设置有淋水器(14)，反应炉回热管(5)的一端连接反应炉(11)的上端，另一端伸入回转预热窑(4)的窑尾内，焖化罐回热管(8) —端连接焖化罐(12)外层，另一端分两路:一路通向回转预热窑(4)的窑尾，另一路通向反应炉(11)的底部，生物质气发生炉(10)的出气管一路通向回转预热窑(4)窑尾的生物质燃烧器(6)，另一路通向反应炉(11)的底部的燃烧器。
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设备系统，其特征在于:所述反应炉(11)和焖化罐(12)均设计有夹层，内层中是矿物的流动，夹层中是气体的流动。
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设备系统，其特征在于:所述布袋除尘器(2)、旋风除尘器(3)、回转预热窑(4)、反应炉(11)和焖化罐(12)的表面均包覆隔热陶瓷棉，布袋除尘器(2)和旋风除尘器(3)、旋风除尘器(3)和回转预热窑(4)、反应炉(11)和焖化罐(12)相互连接的管路表面也包覆隔热陶瓷棉。
4.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设备系统，其特征在于:所述回转预热窑(4)和反应炉(11)的进出口处均装有热电偶和测压点。
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设备系统，其特征在于:所述引风机(I)的排出管、回转预热窑(4)和焖化罐(12)上均设置有流量测定点。`
6.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设备系统，其特征在于:所述淋水器(14)向螺旋冷却器(13)中的喷水重量控制在矿物质重量的5-10%。
全文摘要
生物质还原低品位氧化锰矿生产矿粉级一氧化锰设备系统，包括回转预热窑，其窑头端和上料螺旋推进器相连通，窑头上端固定旋风除尘器，在旋风除尘器下端设有布袋除尘器，布袋除尘器和引风机相连，其窑尾端设置有生物质燃烧器，生物质燃烧器通过生物质导气管和反应炉推进器一端连通，反应炉推进器另一端和反应炉入口连通，在反应炉顶部设有电机驱动的反应炉搅拌器，反应炉出口和焖化罐入口连通，焖化罐出口和螺旋冷却器入口连通，在螺旋冷却器的出口设有淋水器；本发明采用生物质作为还原剂，将其还原温度降低到500度以下，通过热量利用系统，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。
文档编号C01G45/02GK103101979SQ20131002964
公开日2013年5月15日 申请日期2013年1月25日 优先权日2013年1月25日
发明者索双富, 朱国才, 李德生, 王冬, 宋龙朝, 王科社 申请人:清华大学