一种低品位二氧化锰矿流态化还原的系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属化工、冶金领域，具体地，本发明涉及一种低品位二氧化锰矿流态化还原的系统及方法。
【背景技术】
[0002]电解金属锰是生产不锈钢和其他锰合金的重要原料，广泛应用于化工冶金等领域。传统电解金属锰生产以碳酸锰矿为原料，通过直接硫酸浸出、硫酸锰溶液净化得到电解液、电解液电解得到金属锰。由于碳酸锰资源有限，我国一些企业生产电解金属锰使用的碳酸锰矿，锰品位已由18 %?20 %降低至10 %?15 %，有些甚至使用锰品位低于10 %的碳酸锰矿，导致酸耗高、经济效益差。
[0003]与碳酸锰矿相比，二氧化锰矿的锰品位高、储量大，采用二氧化锰矿替代碳酸锰矿生产电解金属锰是我国未来的必然选择。然而，在常规浸出条件下二氧化锰几乎不与硫酸发生反应，需要先将氧化锰矿中的二氧化锰还原为一氧化锰才能为硫酸所浸出，因此，还原是二氧化锰矿用于电解金属锰生产最为关键的一步。
[0004]二氧化锰矿还原的方法主要包括反射炉还原法、回转窑还原法、竖炉还原法、两矿法、流态化还原法等，其中流态化还原法因具有还原效率高、适合大规模生产等优点，被认为是最为高效的二氧化锰矿还原焙烧方法，受到国内外学术及产业界的广泛重视。美国专利US4044094公开了一种氧化锰矿流态化还原的工艺，由流态化干燥、流态化煅烧、流态化还原、流态化冷却等部分组成，粒径小于6目(3.35mm)的氧化锰矿原料首先进入流态化干燥器，采用重油燃烧后形成的热烟气作为流化介质，同时为干燥提供热量，锰矿中的大部分游离水汽化后排出；干燥后的锰矿进入流态化煅烧器，在730°C左右煅烧，煅烧过程也采用重油和空气燃烧形成的热烟气作为热源和流化介质，流态化煅烧器的尾气经旋风分离器除尘后排入尾气净化系统；煅烧后的锰矿进入流态化还原炉，以合成气在730°C左右进行还原，流态化还原炉的尾气经旋风分离器除尘后排入尾气净化系统；还原后的锰矿进入流态化冷却器，以惰性气体为流化气体，惰性气体循环使用，以冷却水冷却还原后的锰矿。该工艺的不足之处包括:(I)还原尾气和煅烧尾气直接排放，不仅尾气显热未被利用，还原尾气中的H2、CO等也未获利用，造成能源浪费。(2)矿中的MnO2在高温煅烧过程易分解为Mn 203，而MnO2*解反应为吸热过程，需消耗大量的热量；但同时Mn 203还原是放热过程，将吸热和放热过程分开进行会增加系统的热耗，增加处理成本。(3)氧化锰矿粒径较粗(〈3.35mm)，内传质阻力较大，反应效率低，会导致还原气体利用率低。
[0005]中国专利CN101591731公开了一种用于高价锰矿物的还原焙烧方法及装置，包括如下步骤:(I)将可燃气体与空气通过烧嘴在热风炉中燃烧，控制空气过剩系数，使出热风炉的气体为需要的还原气氛和温度，然后通入流态化焙烧炉；(2)对锰矿进行细磨后喂入悬浮预热总成中进行多次充分热交换并把气体和矿粉颗粒分离，最后进入到流态化焙烧炉进行还原反应；(3)控制流态化焙烧炉中的CO含量和固气比；锰矿粉在流态化焙烧炉中还原成可酸溶的一氧化锰后经最后一级旋风预热器的固体物料出料口排出。所述的“流态化焙烧炉”实际操作在输送状态(操作线速度高于颗粒的终端速度，粉体都被吹出反应器)，并不是严格意义上的流态化焙烧，另外，还原反应还在多级旋风预热器中进行，旋风预热器中进行的还原也不属于流态化还原，因此，该方法基本不属于流态化还原。中国专利CN101475219公开了一种粉状二氧化锰矿石流态化还原方法，包括:(I)将粒度小于1.0mm的粉状二氧化锰矿石先预热，然后在悬浮状态、温度为750-950°C、还原气氛、固气比为
0.6-1.0kg/Nm3条件下反应5-10秒，得焙烧物；所述还原气氛为气体中含CO，气体中CO的体积含量4.5-6.5% ;(2)将焙烧物经弱磁选，分离出铁精矿副产品，得一氧化锰还原产品。该还原方法与CN101591731较为类似。
[0006]中国发明专利申请CN102363837公开了一种粉状氧化锰矿流态化低温还原工艺及其装置，以煤气为还原剂，500?600°C下在流化床中将60?400目的粉状二氧化锰矿为还原为一氧化锰，还原尾气通过燃烧室燃烧产生热烟气，热烟气经两级旋风预热器在预热矿石的同时冷却尾气，虽然利用了还原尾气中的CO和H2，但焙烧矿的显热没有得到利用。
[0007]现有的二氧化锰矿流态化还原工艺及技术都没有利用高温还原矿的显热，而这部分热量的利用会提高过程的经济性。另外，现有的流态化还原工艺及技术都没有说明适用于什么品位的二氧化锰矿，通常隐含着适用于锰品位从20%左右到40%多的氧化锰矿(如在实施例中给出了处理20%到40%多的二氧化锰矿)。然而，由于二氧化锰还原为强放热过程，锰品位的大幅变化不仅会引起系统温度的大幅变化，而且所需的还原气体量也随之大幅变化，比如与还原锰品位20%的锰矿相比，还原锰品位40%锰矿的过程不仅放出的热量增加一倍，而且所需要的还原气体量也增加一倍，这意味着如果不采取任何换热措施(现有的二氧化锰矿流态化还原技术都没有在流化床中设置移热设备)，流化床反应器的温度会升高近一倍，如从500-600°C升至高于1000°C，而流化床反应器的操作线速度将增大至四倍，这将远远超出一台流态化还原装置所能承受的温度和流化气量变化范围。所以，需要根据不同的锰品位区间，发展相应的流态化还原技术，才能更好地推进二氧化锰流态化还原系统及工艺的实用化进程。
[0008]综上所述，本领域急需一种能够解决现有二氧化锰矿流态化还原工艺和技术的上述不足、并能更充分利用焙烧过程能量的系统和工艺。
【发明内容】
[0009]本发明提供一种低品位二氧化锰矿流态化还原的系统和方法，用以解决现有技术中的缺陷，具有反应效率和余热利用效率高，焙烧过程经济性好等优点，适合大规模工业生产。
[0010]本发明的目的通过如下技术方案实现:
[0011]一种低品位二氧化锰矿流态化还原的系统，主要由料仓1、螺旋加料器2、进料阀3、流化床反应器4、出料阀5、文丘里煤气预热器6、预热煤气旋风分离器7、煤气旋风预热器8、还原矿冷却器9、文丘里粉体预热器10、一级旋风分离器11、二级旋风分离器12、三级旋风分离器13、废热锅炉14按照如下方式连接组合形成:
[0012]所述料仓I的出料口通过管道与螺旋加料器2的进料口相连接，所述螺旋加料器2的出料口通过管道与文丘里粉体预热器10的进料口连接；
[0013]所述文丘里粉体预热器10的进气口与流化床反应器4的出气口通过管道相连接，所述的文丘里粉体预热器10的出气口通过管道与一级旋风分离器11的进气口相连接；
[0014]所述的一级旋风分离器11的出气口与所述的二级旋风分离器12的进气口通过管道相连接，所述的一级旋风分离器11的出料口通过管道与进料阀3的进料口相连接；
[0015]所述的二级旋风分离器12的出气口通过管道与所述的三级旋风分离器13的进气口相连接，所述的二级旋风分离器12的出料口通过管道与进料阀3的进料口相连接；
[0016]所述的三级旋风分离器13的出气口通过管道与所述的废热锅炉14的还原尾气进口相连接，所述的三级旋风分离器13的出料口通过管道与进料阀3的进料口相连接；
[0017]所述的废热锅炉14的出气口与后续的除尘系统通过管道相连接，所述的废热锅炉14的助燃空气入口通过管道与空气总管相连，所述的废热锅炉14的进水口与循环水总管通过管道相连接，废热锅炉14产生的水蒸汽通过废热锅炉14的蒸汽出口排出；
[0018]所述的进料阀3的进气口通过管道与煤气总管相连接，所述的进料阀3的出料口通过管道与流化床反应器4的进料口相连接；
[0019]所述的流化床反应器4的出料口通过管道与出料阀5的进料口相连接，所述的流化床反应器4的进气口与预热煤气旋风分离器7的出气口通过管道相连接；
[0020]所述的出料阀5的进气口通过管道与煤气总管相连接，所述的出料阀5的出料口通过管道与文丘里煤气预热器6的进料口相连接；
[0021 ] 所述的文丘里煤气预热器6的进气口与煤气旋风预热器8的出气口通过管道相连接，所述的文丘里煤气预热器6的出气口通过管道与预热煤气旋风分离器7的进气口相连接;
[0022]所述的预热煤气旋风分离器7的出料口通过管道与煤气旋风预热器8的进气口相连接；
[0023]所述的煤气旋风预热器8的进气口通过管道同时与煤气总管和预热煤气旋风分离器7的出料口相连接，所述的煤气旋风预热器8的出料口通过管道与还原矿冷却器9的进料口相连接；
[0024]所述的还原矿冷却器9的进水口与循环水总管通过管道相连接，所述的还原矿冷却器9的出水口通过管道与循环水冷