一种锰矿粉的微波加热固态还原气化脱磷方法技术

一种锰矿粉的微波加热固态还原气化脱磷方法，它是针对锰矿粉含磷高的特点，采用一种全新的微波加热、固态还原、气化脱磷方法，在微波加热还原脱磷炉中进行还原脱磷处理，以锰矿粉为原料，以煤粉为还原剂，以石灰粉为脱磷造渣剂，以氮气为还原脱磷保护气体、通过原料精选、细化、混合、搅拌、布料，在密闭的微波还原脱磷炉中，在氮气气氛下，在还原脱磷坩埚中进行固态还原、气化脱磷，在１３９０℃高温下，在恒温保温静置２０ｍｉｎ时间内，使锰矿粉与煤粉、石灰粉发生化学反应，制成海绵锰铁粉，经冷却、细磨、干磁选提纯，使锰粉与磷及有害物质分离，海绵锰铁粉的产收率可达９５％，脱磷率可达６０－７０％，锰的含磷率≤０．１５％，锰矿粉的还原效果好、脱磷率高、工艺流程短、不污染环境，磷收集后还可再利用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属金属 锰矿粉脱除有害物质——磷元素的方法。
技术介绍
锰在地壳中的丰度为0.13%，排在第十五位，磷在地壳中的丰度为 0.142%，排第H^—位，由此可以得出磷与锰的丰度比为P/Mn为1.092。我国的锰矿床类型较多，以沉积型矿床为主，约占80%,其锰矿石 的特点是磷锰比较高，锰矿石中的磷锰比P/Mn大都在0.01W以上，而冶 金用的锰矿石的磷锰比P/Mn要求<0.003%,故我国的锰矿石属于高磷 型，磷元素大都以磷酸盐，即磷灰石的形式存在于锰矿中。磷酸盐的化学通式为A53 (F， Cl， OH)，属六方晶系磷酸盐， 锰矿石中的磷主要以磷酸盐的形态与锰矿石紧密共生，锰元素是钢铁生 产中的大宗合金添加剂，磷元素在钢铁产品中是有害元素，磷的存在可 以降低钢的力学性能，使匹配的合金性能降低，使钢及合金钢的脆性增 大，强度降低，故必须在锰矿石熔炼过程中脱除磷元素。锰矿石的脱磷方法也有多种形式，例如氧化液态还原脱磷法、固 态还原脱磷法，氧化液态还原脱磷法是在低氧位条件下，依靠脱磷剂 CaSi-CaF2、 CaAl-CaF2或CaC2-CaF2中的金属钙进行脱磷，由于还原脱 磷渣含有大量的脱磷产物Ca3P2，遇到空气中的水分会生成剧毒气体三氢 化磷PH3，既污染了环境，也增大了炉渣后续处理的难度， 一直未得到广 泛应用；固态还原脱磷法，脱磷剂为金属镁，或Ca、 Mg、 Ba、 Sr等与卣 盐组成的溶液脱磷，在一定温度下，对固态锰铁粉进行还原脱磷，但由于 磷在固态锰铁中传质速度小，脱磷时间长，不能适宜大规模生产；其他脱磷方法，例如强磁反浮法、强磁熔炼法、微生物法、还原焙烧氨浸 法、炉外脱磷法等也存在诸多不足与缺点，在技术上还有待进一步研究。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术的目的就是针对现有技术的不足，采用微波加热、固态还原、 气化脱磷法，对锰矿粉的还原、脱磷一次连续完成，既可对锰矿粉进行 还原，又可在还原过程中进行脱磷，使锰矿粉产物——海绵锰铁粉的含 磷量达到最低或小于锰的合金化要求。技术方案本专利技术使用的化学物质原料为锰矿粉、还原剂煤粉、脱磷造渣剂 石灰粉、还原脱磷保护气体氮气，其组合用量是以千克、厘米3为计量 单位锰矿粉Mn02 620kg士20kg 煤粉C 180kg土20kg 石灰粉CaO 200kg士20kg 氮气N2 100000cm3±100cm3还原、脱磷方法如下(1) 精选化学物质原料，进行纯度、含量控制 锰矿粉锰含量25-40%磷含量 0.2-1%煤粉碳含量65-80% 水含量3-5%石灰粉钙 含量》65%氮气纯度99.99%(2) 粉碎、细磨、过筛对精选的化学物质原料，要分别用干式球磨机进行球磨、过筛，各原料成细粉状，反复球磨、反复过筛；干式球磨机转数400r/min球磨钢球O30mm、 O20mm 筛网目数200目 细粉粒径《0. 074mm(3) 原料配制、混合、搅拌过筛后的原料细粉，按组合配比用量在不锈钢容器中进行配制、混 合，用搅拌机进行搅拌，时间20min土2min; 锰矿粉620kg士20kg 煤粉180kg士20kg 石灰粉200kg士20kg(4) 微波加热、固态还原、气化脱磷① 在竖式微波加热坩埚还原脱磷炉中进行，还原脱磷炉由炉体、炉 盖、炉座、炉腔、还原坩埚、热电偶测温计、微波发生器、电控箱、液 晶显示屏、氮气瓶组成；② 清理还原炉打开还原炉，用吸尘器抽吸炉腔内粉尘及有害残留物质，抽吸时间 6min土lmin,使还原炉腔内洁净；③ 清理、清洁还原脱磷坩埚用金属铲、刷清除坩埚内残留物及有害物质，使坩埚内洁净； 用吸尘器抽吸坩埚内灰尘及有害物质，抽吸时间6min土lmin;④ 预热还原脱磷坩埚将还原脱磷坩埚置于烘干箱中预热，预热温度400°C±10°C，时间 400min士10min;⑤ 预热混合原料将混合原料置于不锈钢容器中，在烘干箱中预热，预热温度40(TC士 10°C，时间40min士3min;⑥ 自然松散布料将混合、搅拌均匀的锰矿粉+煤粉+石灰粉的混合细粉，自然松散置 于还原脱磷坩埚内，布料要均匀、松散；⑦ 将还原脱磷坩埚置于微波还原炉腔内的中间坩埚座上，关闭密封 盖，氮气瓶向炉腔内输入氮气，氮气输入速度10cm7min，使炉腔及坩埚 内处于氮气气氛中；⑧ 开启电控箱、微波发生器、微波控制器、热电偶测温计，液晶显 示屏显示微波加热还原信息及温度信息；微波加热升温速度20-50°C/min，由低温至高温逐渐加快 微波加热还原温度1390°C±10°C 微波加热功率100KW 恒温保温静置时间20min土2min锰矿粉+煤粉+石灰粉在还原坩埚中，吸收微波产生的热量，进行碳 热自还原，生成固态海绵锰铁；在密闭还原炉腔内，在还原坩埚内，产生固态碳还原、石灰粉造渣、 氮气气氛脱磷反应，反应式如下Mn02-2Si02+2CaO+17C+2Ca53F 腦。C± 10。C Mn+2CaOSi02+9CaO+20min土2minCaF2+17COT+(3/2)P4 T 式中Mn02-2Si02:硅酸锰 Ca53F:含氟磷酸钙 Mn:锰 P:磷CO: —氧化碳 CaOSi02:硅酸钙 CaF2:萤石⑨ 处理含磷炉气将由气孔排出的含有磷蒸气的CO炉气，通入密闭的水循环冷却箱，磷蒸气遇冷成固态磷，并沉积到冷却箱底部，定时收集固态磷及CO气 体；⑩氮气气氛冷却关断电控箱电源，停止微波加热，还原、脱磷产物在氮气保护下冷 去卩，冷却至常温20。C土3。C，冷却时间为120min，氮气输入速度10cmVmin， 冷却后成海绵锰铁粉产物；(5) 细磨海绵锰铁粉用球磨机细磨海绵锰铁粉，成细粉状，用250目筛网过筛，细磨、 过筛反复进行，使粉粒均匀、细化，粉粒直径《0.057mm;(6) 干式磁选提纯对还原、脱磷处理的海绵锰铁粉，用干式磁选机进行提纯，清除海 绵锰铁粉内脱出的磷渣及其他杂质；① 将细磨、过筛得到的海绵锰铁粉置于干式磁选机内，在高强度磁 场下磁选提纯，磁选机内的磁场强度为l一2万高斯；② 磁选提纯后，清除渣及有害物质，得脱磷后产物海绵锰铁粉；(7) 检测、化验、分析对脱磷、提纯后的海绵锰铁粉进行检测、化验、分析其成分、含磷量、光泽、形貌；锰含量60-70% 铁含量20-30%磷含量《0. 15%(8) 储存对脱磷、提纯后的海绵锰铁粉要用不锈钢容器储存于干燥、洁净环境，要防水、防潮、防氧化、防酸、碱、盐侵蚀，储存温度2(TC士3。C, 相对温度《20%。所述的微波加热坩埚还原脱磷炉，主要结构由炉座、炉盖、炉体、炉腔、开合架、热电偶测温计、还原脱磷坩埚、微波发生器、微波控制器、液晶显示屏、氮气瓶组成；在微波炉体l的下部为炉座2、上部为密 封盖4、炉盖3，并由开合架5控制开合，在炉盖3、密封盖4上设有热 电偶测温计13、气孔10，在微波炉体1的炉壁上设有微波发生器6，在 微波炉体1内为炉腔9，在炉腔9的中间下部为坩埚座7，在坩埚座7的 上部为还原脱磷坩埚8及其上的提手11，在还原脱磷坩埚8内为锰矿粉+ 煤粉+石灰粉12，炉腔9内为氮气24;在微波炉体1的侧部设的氮气瓶 21，并通过氮气阀22、氮气管23与炉腔9联通；在炉体l的侧部设有电 控箱14，电控箱14上设有指示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锰矿粉的微波加热固态还原气化脱磷方法，其特征在于：使用的化学物质原料为：锰矿粉、还原剂煤粉、脱磷造渣剂石灰粉、还原脱磷保护气体氮气，其组合用量是：以千克、厘米↑［３］为计量单位锰矿粉：ＭｎＯ↓［２］６２０ｋｇ±２０ｋｇ　 　煤粉：Ｃ１８０ｋｇ±２０ｋｇ石灰粉：ＣａＯ２００ｋｇ±２０ｋｇ氮气：Ｎ↓［２］１０００００ｃｍ↑［３］±１００ｃｍ↑［３］还原、脱磷方法如下：（１）精选化学物质原料，进行纯度、含量控制锰 矿粉：锰含量：２５－４０％磷含量：０．２－１％煤粉：碳含量６５－８０％水含量３－５％石灰粉：钙含量≥６５％氮气：纯度９９．９９％（２）粉碎、细磨、过筛对精选的化学物质原料，要分别用干式 球磨机进行球磨、过筛，各原料成细粉状，反复球磨、反复过筛；干式球磨机：转数４００ｒ／ｍｉｎ球磨钢球Φ３０ｍｍ、Φ２０ｍｍ筛网目数：２００目细粉粒径：≤０．０７４ｍｍ（３）原料配制、混合、搅拌过筛后 的原料细粉，按组合配比用量在不锈钢容器中进行配制、混合，用搅拌机进行搅拌，时间２０ｍｉｎ±２ｍｉｎ；锰矿粉：６２０ｋｇ±２０ｋｇ煤粉：１８０ｋｇ±２０ｋｇ石灰粉：２００ｋｇ±２０ｋｇ（４）微波加热、固态还原、 气化脱磷①在竖式微波加热坩埚还原脱磷炉中进行，还原脱磷炉由炉体、炉盖、炉座、炉腔、还原坩埚、热电偶测温计、微波发生器、电控箱、液晶显示屏、氮气瓶组成；②清理还原炉打开还原炉，用吸尘器抽吸炉腔内粉尘及有害残留物质，抽吸 时间６ｍｉｎ±１ｍｉｎ，使还原炉腔内洁净；③清理、清洁还原脱磷坩埚用金属铲、刷清除坩埚内残留物及有害物质，使坩埚内洁净；用吸尘器抽吸坩埚内灰尘及有害物质，抽吸时间６ｍｉｎ±１ｍｉｎ；④预热还原脱磷坩埚 将还原脱磷坩埚置于烘干箱中预热，预热温度４００℃±１０℃，时间４００ｍｉｎ±１０ｍｉｎ；⑤预热混合原料将混合原料置于不锈钢容器中，在烘干箱中预热，预热温度４００℃±１０℃，时间４０ｍｉｎ±３ｍｉｎ；⑥自然松散布料 将混合、搅拌均匀的锰矿粉＋煤粉＋石灰粉的混合细粉，自然松散置于还原脱磷坩埚内，布料要均匀、松散；⑦将还原脱磷坩埚置于微波还原炉...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈津，宋秀安，赵晶，张猛，林万明，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：14[中国|山西]