一种锰铁矿的处理系统及处理方法与流程

本发明属于能源与冶金领域，具体地，涉及一种锰铁矿的处理系统及处理方法。

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。因此，锰矿提锰一直是国内外研究的重点。

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，而氧化锰矿种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％，单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+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、低成本的工艺。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种锰铁矿的处理系统，其包括：

还原装置，设有原料入口和金属化球团出口；

磨选装置，设有金属化球团入口、金属铁粉出口和锰渣出口，所述金属化球团入口与所述还原装置的金属化球团出口相连；

第一混料装置，设有锰渣入口、还原煤入口、添加剂入口和第一混合料出口，所述锰渣入口与所述磨选装置的锰渣出口相连；

第一成型装置，设有第一混合料入口和第一球团出口，所述第一混合料入口与所述第一混合装置的第一混合料出口相连；

熔分装置，设有第一球团入口和锰铁合金出口，所述第一球团入口与所述第一成型装置的第一球团出口相连。

在本发明的一些实施例中，上述处理系统还包括：

第二混料装置，设有锰铁矿入口、还原剂入口和第二混合料出口；

第二成型装置，设有第二混合料入口和含碳球团出口，所述第二混合料入口与所述第二混合装置的第二混合料出口相连，所述含碳球团出口与所述还原装置的原料入口相连。

在本发明的一些实施例中，上述处理系统还包括：

烘干装置，设有湿球团入口和干燥球团出口，所述湿球团入口与所述第一成型装置的第一球团出口相连，所述干燥球团出口与所述熔分装置的第一球团入口相连。

本发明还提供了一种利用上述系统处理锰铁矿的方法，包括如下步骤：

将锰铁矿和还原剂送入所述还原装置进行还原焙烧，获得金属化球团；

将所述金属化球团送入所述磨选装置进行磨矿磁选，获得金属铁粉和锰渣；

将所述锰渣与还原煤、添加剂送入所述第一混料装置，混合均匀后获得第一混合料；

将所述第一混合料送入所述第一成型装置进行成型，获得第一球团；

将所述第一球团送入所述熔分装置进行熔分处理，获得锰铁合金。

在本发明的一些实施例中，所述还原剂是碳质还原剂、气体还原剂h2、气体还原剂co中的一种或几种；所述碳质还原剂的空干基灰分的质量百分含量≤10％。

在本发明的一些实施例中，将所述锰铁矿和所述碳质还原剂混合均匀后进行成型，获得含碳球团；

将所述含碳球团送入所述还原装置进行还原焙烧。

在本发明的一些实施例中，所述添加剂为氧化钙、碳酸钙、氧化镁、碳酸镁中的一种或几种。

在本发明的一些实施例中，所述还原焙烧的温度为800℃～1250℃，优选为900℃～1200℃，再优选为900℃～1100℃；时间为20min～90min，优选为20min～60min。

在本发明的一些实施例中，所述熔分处理的温度为1420℃～1600℃，优选为1450℃～1550℃；时间为30min～120min，优选为40min～90min。

在本发明的一些实施例中，所述锰渣、所述还原煤、所述添加剂的质量比为100：(10～25)：(1～10)。

本发明可以综合回收铁锰矿中的锰和铁，得到的最终产品是金属铁粉和锰铁。

本发明工艺短，成本低，制得的锰铁合金中锰含量高，锰的回收率高。

附图说明

图1为本发明实施例中的一种锰铁矿的处理系统的结构示意图。

图2为本发明实施例中的一种处理锰铁矿的工艺流程图。

图3为本发明实施例中的另一种处理锰铁矿的工艺流程图。

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以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。

铁锰矿中以铁为主，由于铁含量较高，制备锰铁时锰含量不高，本发明先初步还原回收一部分铁，再将富锰渣进行熔分，得到高锰含量的锰铁合金。

如图1所示，本发明提供的锰铁矿的处理系统包括：第二混料装置1、第二成型装置2、还原装置3、磨选装置4、第一混料装置5、第一成型装置6、烘干装置7和熔分装置8。

第二混料装置1用于混合锰铁矿和还原剂，设有锰铁矿入口、还原剂入口和第二混合料出口。

第二成型装置2用于将第二混合料成型，设有第二混合料入口和含碳球团出口，第二混合料入口与第二混合装置1的第二混合料出口相连。

第二混料装置1和第二成型装置2并不是本发明的必须装置，本发明所用的还原剂可以是固体还原剂也可以是气体还原剂，当采用固体还原剂时，本系统可以加上第二混料装置1和第二成型装置2，即先将锰铁矿和固体还原剂混合均匀制备成球团，再进行还原。

还原装置3用于还原锰铁矿，设有原料入口和金属化球团出口，原料入口与第二成型装置2的含碳球团出口相连。

磨选装置4用于磨矿磁选，设有金属化球团入口、金属铁粉出口和锰渣出口，金属化球团入口与还原装置3的金属化球团出口相连。

第一混料装置5用于混合锰渣、还原煤和添加剂，设有锰渣入口、还原煤入口、添加剂入口和第一混合料出口，锰渣入口与磨选装置4的锰渣出口相连。

第一成型装置6用于将第一混合料成型，设有第一混合料入口和第一球团出口，第一混合料入口与第一混合装置5的第一混合料出口相连。

烘干装置7用于干燥第一球团，设有湿球团入口和干燥球团出口，湿球团入口与第一成型装置6的第一球团出口相连。

烘干装置7也不是本系统必备的装置，若第一球团的含水量影响后续熔分处理时，第一球团需要经过烘干装置7干燥后才能被送入熔分装置8进行熔分处理。

熔分装置8用于对干燥球团进行熔分处理，设有第一球团入口和锰铁合金出口，所述第一球团入口与所述烘干装置7的干燥球团出口相连。

如图2所示，本发明提供的一种处理锰铁矿的方法包括如下步骤：

将锰铁矿和还原剂送入还原装置3进行还原焙烧，获得金属化球团；

将金属化球团送入磨选装置4进行磨矿磁选，获得金属铁粉和锰渣；

将锰渣与还原煤、添加剂送入第一混料装置5，混合均匀后获得第一混合料；

将第一混合料送入第一成型装置6进行成型，获得第一球团；

将第一球团送入熔分装置8进行熔分处理，获得锰铁合金。

本发明先将铁锰矿中的铁进行还原，锰还原成氧化亚锰，通过磨矿磁选回收部分铁得到铁精粉，再将磨选尾渣配加碳质还原剂进行熔分，得到锰含量为65％～85％的锰铁合金。

同前所述，本发明可以采用气体还原剂也可以采用固体还原剂。在本发明优选的实施例中，还原剂是碳质还原剂、气体还原剂h2、气体还原剂co中的一种或几种；其中，碳质还原剂的空干基灰分的质量百分含量≤10％。

当采用固体还原剂时，可将锰铁矿和碳质还原剂送入第二混合料1混合均匀，获得第二混合料；再将第二混合料送入第二成型装置2进行成型，获得含碳球团；再将含碳球团送入还原装置3进行还原焙烧，如图3所示。

同前所述，当第一球团的水分影响后续熔分处理时，需要先经过干燥后再进行熔分处理，如图3所示。

还原焙烧的温度直接影响金属化球团的金属化率，在本发明优选的实施例中，还原焙烧的温度为800℃～1250℃，再优选为900℃～1200℃，更优选为900℃～1100℃。优选的焙烧时间为20min～90min，更优选为20min～60min。

本发明所用的添加剂为钙或镁的化合物，含钙的化合物主要用于置换硅，含镁化合物主要用于增加渣的流动性。在本发明优选的实施例中，添加剂为氧化钙、碳酸钙、氧化镁、碳酸镁中的一种或几种。

还原煤、添加剂太少，锰渣中的锰不能有效被还原，影响锰的回收率及品位；太多，会造成浪费。在本发明优选的实施例中，锰渣、还原煤、添加剂的质量比为100：(10～25)：(1～10)。

熔分处理的温度过低，锰得不到有效的还原，难以获得锰铁合金；温度太高，会增加锰的挥发率，影响锰的回收率，同时也浪费能源。在本发明优选的实施例中，熔分处理的温度为1420℃～1600℃，更优选为1450℃～1550℃。处理时间优选为30min～120min，更优选为40min～90min。

下面参考具体实施例，对本发明进行说明。下述实施例中所取工艺条件数值均为示例性的，其可取数值范围如前述发明内容中所示。下述实施例所用的检测方法均为本行业常规的检测方法。

实施例1

本实施例所用的铁锰矿，其成分为：tfe25.28％，tmn14.35％；所用的还原剂为煤粉，其固定碳的质量百分含量为82.63％，空干基灰分的质量百分含量为8.17％；所用的还原煤也为该煤粉；所用添加剂为氧化钙。

本实施例采用图1所示的系统及图3所示的工艺流程处理锰铁矿，具体如下：

将锰铁矿和煤粉按照质量比100：20送入第二混合料1混合均匀，获得第二混合料。

将第二混合料送入第二成型装置2进行成型，获得含碳球团。

将含碳球团送入还原装置3进行还原焙烧，在1100℃下还原20min，获得金属化球团。

将金属化球团送入磨选装置4进行磨矿磁选，获得tfe90.01％的金属铁粉和tfe8.79％、tmn32.39％的锰渣。

将锰渣、煤粉、氧化钙按照质量比为100:10:5送入第一混料装置5，混合均匀后获得第一混合料。

将第一混合料送入第一成型装置6进行成型，获得第一球团。

将第一球团送入熔分装置8进行熔分处理，在1550℃下熔分40min，获得锰铁合金。经检测，该锰铁合金中fe的质量含量为19.90％，mn的质量含量为77.42％。

实施例2

本实施例所用的铁锰矿，其成分为：tfe25.28％，tmn14.35％；所用的还原剂为h2和co的混合气体，其中混合气体中(h2+co)的体积分数≥70％，所用的还原煤中固定碳的质量百分含量为76％；所用添加剂为氧化镁。

本实施例采用图1所示的系统及图2所示的工艺流程处理锰铁矿，具体如下：

将锰铁矿送入还原装置3，并往还原装置3中通入上述混合气体，对锰铁矿进行还原焙烧，在800℃下还原90min，获得金属化球团。

将金属化球团送入磨选装置4进行磨矿磁选，获得tfe91.18％的金属铁粉和tfe9.06％、tmn32.71％的锰渣。

将锰渣、还原煤、氧化镁按照质量比为100:15:1送入第一混料装置5，混合均匀后获得第一混合料。

将第一混合料送入第一成型装置6进行成型，获得第一球团。

将第一球团送入熔分装置8进行熔分处理，在1420℃下熔分120min，获得锰铁合金。经检测，该锰铁合金中fe的质量含量为19.86％，mn的质量含量为77.01％。

实施例3

本实施例所用的铁锰矿，其成分为：tfe18.15％，tmn17.97％；所用的还原剂为煤粉，其固定碳的质量百分含量为79.50％，空干基灰分的质量百分含量为9.78％；所用的还原煤也为该煤粉；所用添加剂为碳酸钙和碳酸镁的混合物。

本实施例采用图1所示的系统及图3所示的工艺流程处理锰铁矿，具体如下：

将锰铁矿和煤粉按照质量比100:19.6送入第二混合料1混合均匀，获得第二混合料。

将第二混合料送入第二成型装置2进行成型，获得含碳球团。

将含碳球团送入还原装置3进行还原焙烧，在900℃下还原60min，获得金属化球团。

将金属化球团送入磨选装置4进行磨矿磁选，获得tfe88.64％的金属铁粉和tfe4.62％、tmn36.39％的锰渣。

将锰渣、煤粉、碳酸钙、碳酸镁按照质量比为100:11.08:5:2送入第一混料装置5，混合均匀后获得第一混合料。

将第一混合料送入第一成型装置6进行成型，获得第一球团。

将第一球团送入熔分装置8进行熔分处理，在1450℃下熔分90min，获得锰铁合金。经检测，该锰铁合金中fe的质量含量为11.55％，mn的质量含量为84.76％。

实施例4

本实施例所用的铁锰矿，其成分为：tfe21.18％，tmn18.35％；所用的还原剂为co的混合气体，其中co的体积百分含量为90％；所用的还原煤中固定碳的质量百分含量为75％；所用添加剂为碳酸钙。

本实施例采用图1所示的系统及图2所示的工艺流程处理锰铁矿，具体如下：

将锰铁矿送入还原装置3，并往还原装置3中通入上述混合气体，对锰铁矿进行还原焙烧，在1250℃下还原35min，获得金属化球团。

将金属化球团送入磨选装置4进行磨矿磁选，获得tfe89.28％的金属铁粉和tfe7.18％、tmn33.69％的锰渣。

将锰渣、还原煤、氧化镁按照质量比为100:25:10送入第一混料装置5，混合均匀后获得第一混合料。

将第一混合料送入第一成型装置6进行成型，获得第一球团。

将第一球团送入熔分装置8进行熔分处理，在1600℃下熔分30min，获得锰铁合金。经检测，该锰铁合金中fe的质量含量为18.87％，mn的质量含量为79.93％。

从上述实施例可知，本发明制得的锰铁合金中锰含量高。

综上，本发明可以综合回收铁锰矿中的锰和铁，得到金属铁粉和锰铁。

本发明工艺短，成本低，制得的锰铁合金中锰含量高。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。