田宗平，曹　健，周永興，鄧圣為，陳　錚，李超群

(湖南省地質(zhì)測(cè)試研究院，湖南 長(zhǎng)沙　410007)

湖南省某低品位二氧化錳礦的焙燒還原試驗(yàn)研究

田宗平，曹健，周永興，鄧圣為，陳錚，李超群

(湖南省地質(zhì)測(cè)試研究院，湖南 長(zhǎng)沙410007)

摘要：低品位二氧化錳礦的實(shí)驗(yàn)室焙燒還原多采用箱式電爐法、小型轉(zhuǎn)爐法、微波爐法等，由于還原氣氛的制約，還原率多在90%以下。借助最新研制的焙燒還原實(shí)驗(yàn)爐裝置，通過(guò)對(duì)某低品位二氧化錳礦的焙燒還原試驗(yàn)研究，擬定了該二氧化錳礦的最佳焙燒條件，取得了還原率97.5%以上的效果。

關(guān)鍵詞：低品位；二氧化錳礦；焙燒還原

湖南省某錳礦在20世紀(jì)60～80年代初期進(jìn)行勘查，并提交了約750萬(wàn)t錳資源量的第四紀(jì)堆積氧化錳礦區(qū)，由于礦石中主要成分錳的含量低，礦石利用技術(shù)落后等原因，該礦至今仍處于零星洗選、土法焙燒的初級(jí)開發(fā)階段。同時(shí)，隨著我國(guó)電解金屬錳、電解二氧化錳、硫酸錳等錳業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)又從國(guó)外大量進(jìn)口錳礦[1]。為落實(shí)湖南省人民政府關(guān)于《湖南省礦產(chǎn)資源總體規(guī)劃(2008-2015年)》的要求，確實(shí)提高我省錳礦資源的自給能力，在湖南省國(guó)土資源廳、湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局科研專項(xiàng)基金的資助下，在文獻(xiàn)[2-4]的基礎(chǔ)上，借助湖南省地質(zhì)測(cè)試研究院最新研制的焙燒還原實(shí)驗(yàn)爐裝置，開展了湖南省某低品位二氧化錳礦的焙燒還原試驗(yàn)研究，取得了較好的研究成果，可供同行借鑒。

1試驗(yàn)的樣品

1.1　樣品的采取

研究針對(duì)湖南省某低品位二氧化錳礦，由于該礦屬第四紀(jì)堆積氧化錳礦，礦石具有含泥量大，主成分錳含量低等特點(diǎn)。為提高研究效益和研究的實(shí)用性，解決土法焙燒的環(huán)境隱患和利用率低的問題，本次研究采集的樣品是在礦區(qū)中某小規(guī)模洗選廠的洗選礦中采取。

1.2　樣品的制備與粒度

樣品運(yùn)達(dá)實(shí)驗(yàn)室后，經(jīng)風(fēng)干，并采用二段破碎和過(guò)篩，使試驗(yàn)樣品全部加工破碎至-5 mm，再經(jīng)混勻、縮分，制備成試驗(yàn)樣品和分析測(cè)試樣品。樣品加工流程見圖1。同時(shí)，采用同樣的流程將無(wú)煙煤全部加工破碎至-1 mm，混勻，備用。為查清試驗(yàn)樣品的破碎性能和經(jīng)破碎后礦粉的粒度分布，為試驗(yàn)研究服務(wù)，本試驗(yàn)采用下表的粒級(jí)篩進(jìn)行過(guò)篩測(cè)定，其結(jié)果見表1。

1.3　樣品的礦物特征

使用荷蘭PNAlytical公司生產(chǎn)的X’Pert PRO型X射線衍射儀，采用XRD的全譜擬合定量(Rietveld)相分析方法對(duì)試驗(yàn)樣品進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見圖2。

從圖2的測(cè)定結(jié)果可知，礦石中各礦物所占比例為：石英35.71%，針鐵礦36.97%，氫氧化錳16.64%，軟錳礦6.60%，白云母4.09%。

1.4　樣品化學(xué)成分

使用日本理學(xué)集團(tuán)公司生產(chǎn)的ZSXPrimus Ⅱ型X射線熒光光譜儀對(duì)原礦樣品進(jìn)行測(cè)定，其結(jié)果見表2。

1.5　樣品錳物相與二氧化錳氧化系數(shù)

按照尹明等[5]的分析方法測(cè)定樣品中的ω(TMn)，按照李力[6]提出的分析方法測(cè)定樣品中的ω(MnO2)，再計(jì)算ω(MnO2)與ω(Mn)的比值，即得樣品中二氧化錳氧化系數(shù)(η0)。樣品測(cè)定結(jié)果見表3。

2焙燒還原試驗(yàn)

2.1　試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)使用的主要設(shè)備為本院最新研制的焙燒還原實(shí)驗(yàn)爐，其爐體結(jié)構(gòu)見圖3。

1 進(jìn)料盆；2 進(jìn)料口；3 通道式還原室(管)；4 硅碳棒；5 熱電偶；6 電爐爐體；7 冷卻水出口；8 冷卻水箱；9 通道式冷卻室(管)；10 鋼支架；11 冷卻水進(jìn)口；12 接料皿；13 卸料手柄；14 卸料口；15 儲(chǔ)(取)料盒

圖3焙燒還原實(shí)驗(yàn)爐結(jié)構(gòu)

2.2　試驗(yàn)方法

稱取一定量礦粉和煤粉，采用堆錐法混勻，分裝于試料盆中，然后緩慢分別裝入實(shí)驗(yàn)爐的各通道中，開啟電源緩慢加熱，并按照設(shè)定時(shí)間卸料和補(bǔ)充進(jìn)料，確保實(shí)驗(yàn)爐的各通道中物料滿、實(shí)；當(dāng)爐溫達(dá)到設(shè)定溫度后，開始記錄出料次數(shù)，并根據(jù)試驗(yàn)測(cè)試的試驗(yàn)通道總管長(zhǎng)的出料次數(shù)確定各試驗(yàn)條件下的棄樣次數(shù)和有足夠可信度的取樣時(shí)間，再經(jīng)多次取樣獲得足夠的滿足試驗(yàn)條件的焙燒砂樣品。

為節(jié)省試驗(yàn)時(shí)間和提高試驗(yàn)效益，多種條件試驗(yàn)采用輪班制連續(xù)進(jìn)行，當(dāng)試驗(yàn)條件變換時(shí)，必須根據(jù)測(cè)試的試驗(yàn)通道總管長(zhǎng)的出料次數(shù)確定各試驗(yàn)條件下的棄樣次數(shù)和有足夠可信度的取樣時(shí)間，再經(jīng)多次取樣獲得足夠的滿足試驗(yàn)條件的焙燒砂樣品。

焙燒砂樣品冷卻至室溫后，經(jīng)細(xì)磨制備成分析樣品，并及時(shí)測(cè)定焙燒砂中的ω1(TMn)、ω1(MnO2)，最后計(jì)算焙燒砂中二氧化錳焙燒還原率η1。

3結(jié)果與討論

3.1　焙燒溫度與還原煤用量試驗(yàn)

按照試驗(yàn)方法和使用實(shí)驗(yàn)設(shè)備在固定卸料時(shí)間20 min時(shí)，在不同溫度和不同還原煤用量條件下，對(duì)湖南省某低品位二氧化錳礦進(jìn)行焙燒溫度與還原煤用量試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖4~5。

從圖4的試驗(yàn)結(jié)果可知，對(duì)任一組別的焙燒溫度，都隨著還原煤用量比例的不斷增加，二氧化錳的焙燒還原率不斷升高，當(dāng)還原煤用量達(dá)到12%以上后，還原率變化平緩。因此，該二氧化錳還原焙燒煤的最佳用量在12%以上。同時(shí)，由于750℃的焙燒溫度過(guò)低，不同還原煤用量對(duì)還原率的變化不大；相反，由于900℃的焙燒溫度過(guò)高，不同還原煤用量對(duì)還原率的變化也不大，故試驗(yàn)宜采用850℃的焙燒溫度。

從圖5的試驗(yàn)結(jié)果可知，對(duì)任一組別的還原煤用量，都隨著焙燒溫度的升高二氧化錳的焙燒還原率不斷升高，當(dāng)焙燒溫度達(dá)到850℃以上后，還原率的變化趨向平緩。因此，該二氧化錳還原焙燒的最佳溫度為850℃以上。同時(shí)，由于9%的還原煤用量偏低，還原率亦偏低；而15%、18%還原煤用量偏高，對(duì)還原率的影響不大，故試驗(yàn)宜采用12%還原煤用量。

3.2　焙燒時(shí)間與還原煤用量試驗(yàn)

按照試驗(yàn)方法和使用實(shí)驗(yàn)設(shè)備在不同溫度和不同還原煤用量條件下，固定焙燒溫度850℃時(shí)，對(duì)湖南省某低品位二氧化錳礦進(jìn)行焙燒時(shí)間與還原煤用量試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖6~7。

從圖6的試驗(yàn)結(jié)果可知，在焙燒溫度固定在850℃時(shí)，對(duì)于任意一組的還原煤用量，都隨著焙燒時(shí)間的增加，二氧化錳的焙燒還原率不斷升高，當(dāng)焙燒時(shí)間達(dá)到20 min以上后，還原率均達(dá)到了較高數(shù)據(jù)。因此，該二氧化錳還原焙燒最佳時(shí)間應(yīng)控制在20 min以上。同時(shí)，6%、9%的還原煤用量偏低，還原率亦偏低；而對(duì)于15%還原煤用量，亦有超標(biāo)之跡象，故試驗(yàn)宜采用12%還原煤用量。

從圖7的試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)固定焙燒溫度850℃時(shí)，對(duì)于任意一組的焙燒時(shí)間，都隨著還原煤用量的增加，二氧化錳的焙燒還原率不斷升高，當(dāng)還原煤用量12%以上后，還原率變化平緩。因此，該二氧化錳還原煤用量最佳為12%以上。同時(shí)，由于

5，10，15 min的焙燒時(shí)間偏低，導(dǎo)致還原率偏低，故試驗(yàn)宜采用20 min的卸料時(shí)間。

4結(jié)論

1) 在該錳礦采取的經(jīng)洗選后的樣品中ω(TMn)=22.59%、ω(MnO2)=34.10%，故該錳礦屬于典型的低品位二氧化錳礦。

2) 該低品位二氧化錳礦原礦的氧化系數(shù)較高，達(dá)到了η0=1.509 7(理論值的η=1.582 5)。

3) 試驗(yàn)條件下，該低品位二氧化錳礦的最佳還原焙燒條件為：焙燒溫度850℃、焙燒卸料間隔時(shí)間20 min、還原煤用量12%(按照礦粉重量計(jì))。

4) 試驗(yàn)條件下，該低品位二氧化錳礦的焙燒還原率可達(dá)97.5%以上，達(dá)到了高效還原的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]梅光貴，張文山，曾湘波，等. 中國(guó)錳業(yè)技術(shù)[M]. 湖南：中南大學(xué)出版社，2011：26-30.

[2]田宗平，游先軍，彭順連，等. 二氧化錳還原焙燒爐的研究與運(yùn)用[J]. 中國(guó)錳業(yè)，2009，27(2)：24-26.

[3]田宗平，李建文，曹健. 新型二氧化錳還原爐的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]. 無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，2012，44(3)：47-49.

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[5]尹明，李家熙. 巖石礦物分析(第4版-第2分冊(cè))[M]. 北京：地質(zhì)出版社，2011：805-807.

[6]李力. 錳礦中二氧化錳的快速測(cè)定[J]. 中國(guó)錳業(yè)，2013，31(3)：30-31.

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Experiment in Roasting Reduction of MnO2with Low Grade in Hunan

TIAN Zongping, CAO Jian, ZHOU Yongxing, DENG Shengwei, CHEN Zheng, LI Chaoqun

(HunanProvinceGeologicalTestingResearchInstitute,Changsha,Hunan410007,China)

Abstract:The low levels of manganese dioxide in reduction roasting laboratory will use more box-type furnace method, a small converter method, microwave method, due to the constraints of a reducing atmosphere, the reduction rate of more than 90% or less. This study was developed with the latest experimental reduction roasting furnace unit, by firing a low content of manganese dioxide reduction test study. It developed the optimum firing conditions of manganese dioxide with the reduction rate of more than 97.5% of the results.

Key words:Low grade; MnO2-ore; Roasting reduction

中圖分類號(hào)：TF111.13

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2015.01.005

作者簡(jiǎn)介：田宗平(1963-)，男，湖南臨澧人，副總工程師，教授級(jí)高級(jí)工程師，研究方向：濕法冶金、化工工藝、分析測(cè)試和環(huán)境保護(hù)研究工作，手機(jī)：18874817858，E-mail：hnxx-tianzongping@163.com.

基金項(xiàng)目：湖南省國(guó)土資源廳、湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局科研專項(xiàng)基金資助項(xiàng)目(2013-08)

收稿日期：2014-11-10