田宗平，秦　毅，趙錦華，劉立平，曹　健

(湖南省地質(zhì)測試研究院，湖南 長沙　410007)

二氧化錳礦還原焙燒轉(zhuǎn)化率評價方法研究

田宗平，秦毅，趙錦華，劉立平，曹健

(湖南省地質(zhì)測試研究院，湖南 長沙410007)

摘要：在二氧化錳礦的還原焙燒研究和工業(yè)應(yīng)用中，缺乏對二氧化錳還原焙燒轉(zhuǎn)化率評價方法的系統(tǒng)介紹。在專利實驗爐的支撐下，經(jīng)大量實驗獲得二氧化錳礦還原焙燒轉(zhuǎn)化率的評價方法，具有較好的理論基礎(chǔ)、可靠性和實用性。

關(guān)鍵詞：二氧化錳；還原；焙燒；轉(zhuǎn)化率

隨著電解金屬錳和錳鹽工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，對二氧化錳礦經(jīng)還原焙燒后的利用已有較多研究，但對二氧化錳還原焙燒轉(zhuǎn)化率的評價方法仍有歧義[1-5]。借助湖南省地質(zhì)測試研究院最新研制的實驗室用還原焙燒爐[6]，總結(jié)二氧化錳還原焙燒研究成果和經(jīng)驗，旨在統(tǒng)一和規(guī)范二氧化錳還原焙燒轉(zhuǎn)化率的評價方法。

1實驗和計算方法

1.1　實驗原料

原礦樣品采集于湖南省某第四紀(jì)堆積氧化錳礦區(qū)的兩個經(jīng)破碎和水洗獲得的洗選礦，樣品運回實驗室后，經(jīng)自然風(fēng)干，用顎式破碎、對輥破碎和篩分流程將原礦樣品粉碎至全部通過5 mm篩。

還原煤粉采集于湖南省某無煙煤礦，樣品運回實驗室后，經(jīng)自然風(fēng)干，用顎式破碎、對輥破碎和篩分流程將還原煤粉粉碎至全部通過1 mm篩。

1.2　實驗方法

稱取一定量上述礦粉和煤粉，采用堆錐法混勻，分裝于實驗室用還原焙燒爐[6]中，通過控制還原焙燒溫度、卸料時間的方法取得不同還原焙燒轉(zhuǎn)化率的焙燒砂。

按照尹明等[7]的分析方法測定原礦或焙燒料樣品中的錳含量ω0(TMn)或ω1(TMn)，按照李力[8]的分析方法測定原礦或焙燒料樣品中的二氧化錳含量ω0(MnO2)或ω1(MnO2)。

1.3　計算方法

原礦中二氧化錳氧化系數(shù)η0按照式(1)計算：

(1)

式中η0——原礦二氧化錳氧化系數(shù)；

ω0(MnO2)——原礦二氧化錳質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，%；

國際市場：上周，由于尿素需求減少，國際尿素價格延續(xù)下跌態(tài)勢。其中，黑海小顆粒尿素離岸價周環(huán)比低端價格持穩(wěn)，高端價格下跌5美元/噸，為300美元/噸；波羅的海小顆粒尿素離岸價周環(huán)比低端價格下跌5美元/噸，高端價格下跌6美元/噸，為296-300美元/噸；中國小顆粒尿素離岸價周環(huán)比低端價格下跌10美元/噸，高端價格下跌7美元/噸，為325-330美元/噸。

ω0(TMn)——原礦總錳質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，%。

原礦或焙燒料樣品中二氧化錳含量的換算按照式(2)計算：

ωh(MnO2)=ω(TMn)×η0

(2)

式中ωh(MnO2)——根據(jù)樣品總錳質(zhì)量百分?jǐn)?shù)換算所得二氧化錳質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，%；

ω(TMn)——樣品中總錳的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，%。

焙燒料樣品二氧化錳還原焙燒轉(zhuǎn)化率η1按照式(3)計算：

(3)

式中η1——焙燒料樣品中二氧化錳還原焙燒轉(zhuǎn)化率，%；

ω1(TMn)——焙燒料樣品中總錳質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，%；

ω1(MnO2)——焙燒料樣品中二氧化錳質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，%。

2結(jié)果與討論

2.1　原礦中二氧化錳氧化系數(shù)

隨機(jī)選擇10個在該礦區(qū)采集的原礦(YK)樣品，按照文獻(xiàn)[9]的方法進(jìn)行樣品制備，然后進(jìn)行ω0(TMn)和ω0(MnO2)的測定，并按式(1)計算氧化系數(shù)，結(jié)果見表1。

表1　原礦中ω0(MnO2)和ω0(TMn)測定與氧化系數(shù)結(jié)果

從表1的結(jié)果可知：不論原礦中總錳和二氧化錳含量如何變化，其氧化系數(shù)η0接近于常數(shù)，說明同一礦區(qū)樣品的氧化系數(shù)具有一致性。所以，在測定得到原礦中ω0(TMn)結(jié)果后，在公式(2)的基礎(chǔ)上演變?yōu)棣豩0(MnO2)=ω0(TMn)×η0換算得到原礦中二氧化錳的含量；同理，在測得焙燒料中ω1(TMn)結(jié)果后，可以利用公式ωh1(MnO2)=ω1(TMn)×η0換算得到原礦中二氧化錳含量。因此，式(2)是在測得樣品總錳含量后換算成原礦二氧化錳含量的通用公式。

2.2　原礦樣品的還原焙燒

根據(jù)文獻(xiàn)[10-11]的研究成果，原礦樣品的還原焙燒在專利爐[6]上進(jìn)行，還原焙燒實驗條件與編號見表2。

表2　原礦還原焙燒實驗條件與編號

2.3　還原焙燒轉(zhuǎn)化率的計算

要計算焙燒料(BSL)中二氧化錳的還原焙燒轉(zhuǎn)化率，首先要測得焙燒料中ω1(TMn)和ω1(MnO2)，同時，還要獲得焙燒原礦中二氧化錳含量，由于原礦中總錳量變化有隨機(jī)性和氧化系數(shù)具有一致性的特征，在無法直接測得原礦中二氧化錳含量的情況下，能且僅能用式(2)換算的方法獲得原礦樣品中二氧化錳含量。這樣克服了文獻(xiàn)[1]中將全錳以理論方式換算為二氧化錳含量參與還原焙燒率計算的不合理性和沒有考慮原礦總錳含量變化隨機(jī)性的特征；同時，也克服了文獻(xiàn)[2-4]中沒有考慮原礦含量變化隨機(jī)性和實驗(或生產(chǎn))中難以獲得準(zhǔn)確產(chǎn)品率的缺陷。

將表2中焙燒料樣品按照文獻(xiàn)[9]的方法分別進(jìn)行制備，再進(jìn)行ω1(TMn)和ω1(MnO2)的測定，并按式(3)計算還原焙燒轉(zhuǎn)化率，結(jié)果見表3。

表3　焙燒料中總錳、二氧化錳測定與轉(zhuǎn)化率計算結(jié)果

從表2~3的結(jié)果可知：在相同焙燒條件下，不同焙燒料樣品中即使ω1(MnO2)、ω1(TMn)有變化，但利用式(3)計算獲得二氧化錳還原焙燒轉(zhuǎn)化率能精準(zhǔn)體現(xiàn)和代表焙燒實驗狀況和水平；在相同焙燒條件下，可獲得相近的焙燒轉(zhuǎn)化率的焙燒料；在不同焙燒條件下，可獲得不同還原焙燒轉(zhuǎn)化率的焙燒料，驗證了該還原焙燒轉(zhuǎn)化率的計算方法的科學(xué)性、可靠性與實用性。

3結(jié)論

1) 對于同一礦區(qū)或相同批次的二氧化錳礦，原礦中二氧化錳氧化系數(shù)η0的計算公式為：

2) 根據(jù)焙燒原礦總錳量變化的隨機(jī)性和氧化系數(shù)具有一致性的特征，原礦中二氧化錳含量可根據(jù)總錳測定結(jié)果進(jìn)行換算，換算公式為：

ωh(MnO2)=ω(TMn)×η0

3) 經(jīng)大量實驗與數(shù)據(jù)的驗證，二氧化錳礦還原焙燒轉(zhuǎn)化率的科學(xué)、準(zhǔn)確與實用的計算公式為：

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A Study on Evaluation Methods of Reduction Roasting Conversion in MnO2Ore

TIAN Zongping, QIN Yi, ZHAO Jinhua, LIU Liping, CAO Jian

(HunanGeologicalTestingInstitute,Changsha,Hunan410007,China)

Abstract:The application of MnO2in reduction roasting by acid leaching in industrial production is now in shortage of evaluation method of literature on manganese dioxide reduction roasting conversion system. In the patent experimental furnace under the support of a large number of tests, we can get the conversion of manganese dioxide in reduction roasting evaluation method, as has a good theoretical basis and reliability.

Key words:Manganese dioxide; Reduction; Roasting; Conversion rate

中圖分類號：TF111.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2015.04.008

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

基金項目：湖南省科技廳社會發(fā)展支撐計劃資助項目(2015SK2052-1)

收稿日期：2015-06-01