一种利用微波焙烧木炭废弃物还原氧化锰矿粉的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用微波焙烧木炭废弃物还原氧化锰矿粉的方法，该方法包括破碎预混合、抗氧化预处理、预加热、微波还原焙烧等步骤，本发明专利技术利用木炭废弃物作为还原剂，在抗氧化剂协同作用下，采用微波辅助焙烧还原氧化锰矿粉制备氧化锰，还原产品纯度可达到94％以上，经酸浸提后可得较高纯度的硫酸亚锰。本发明专利技术的方法具有条件温和、设备要求低、能效高、还原率高、酸浸出率高、反应时间短、无需加入引发添加剂等优点，既实现了废物的循环利用，也实现了氧化锰矿的高效还原，同时降低生产成本，为开发利用氧化锰矿资源提供新的高效还原技术，具有很好的应用前景。具有很好的应用前景。具有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种利用微波焙烧木炭废弃物还原氧化锰矿粉的方法


[0001]本专利技术属于冶金
，是一种利用微波焙烧木炭废弃物还原氧化锰矿粉的方法。

技术介绍

[0002]锰元素在自然中广泛存在，地壳中的含量约占0.1％，存在形式为锰的化合物。锰是一种重要的战略金属，在现代工业尤其是钢铁工业使用量非常大，有90
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95％的锰用作合金化元素和脱硫、脱氧剂等。锰元素属于第一过渡元素，具有完整的4s23d5电子构型，价态从
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3到+7都有，在自然界中多以二价Mn(Ⅱ)和四价Mn(Ⅳ)形式存在，其中可供工业使用的是锰的氧化物和碳酸盐化合物。
[0003]我国锰矿产资源丰富，锰大多以MnO2·
nH2O的形式存在于软锰矿中，但高价锰不易溶于硫酸，必须通过还原反应将其还原为MnO后才能溶于硫酸得到硫酸锰。因此，焙烧还原
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浸出法是工业上加工氧化锰矿的主要方法，其工艺技术关键是木炭废弃物的选择。传统的焙烧还原法主要采用煤为木炭废弃物，使氧化锰矿中的MnO2被还原为MnO，然后加入硫酸溶液中浸出得到硫酸锰溶液，但该法需要较高的焙烧温度(约600
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800℃)和较长的焙烧时间(大于2h)，且焙烧过程中木炭废弃物利用率不高，需要消耗大量的煤资源，存在高能耗、设备要求高、操作条件差及环境污染等问题，无法适合现代社会发展的要求。
[0004]如申请号为201210051035.9的中国专利公开了一种用工业微波窑炉制备氧化锰矿粉的方法，将矿物与煤木炭废弃物进行混合料造块，木炭废弃物配比为20～50％，烧结温度800～900℃，保温时间90～150min，炉内1到5个大气压，该技术中木炭废弃物占比较大，烧结温度较高，保温时间长，对设备要求较高，导致成本较大。又如申请号为200810058946.8的中国专利公开了一种在加压的条件下用黄铁矿还原软锰矿生产硫酸锰的冶炼方法，其锰的浸出率达到95％以上，但缺点是反应需在高压釜内进行，对设备要求较高。这些氧化锰矿还原焙烧过程释放出大量的二氧化碳气体，并且产生二氧化硫、NO
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等多种易形成酸雨的污染性气体，对大气、水和土壤环境造成影响。
[0005]近年来采用生物质作为木炭废弃物成为了研究的热点。如中国专利文件CN101439878A公开了一种用生物质自热还原低品位氧化锰矿制取硫酸锰的方法，该方法采用生物质原料为木炭废弃物，并在焙烧过程中添加一定量的引发添加剂，在焙烧温度为400～600℃的条件下焙烧0.5～1h，然后将焙砂由硫酸浸提。又如中国专利文件CN102534192A公开了一种利用生物质气还原低品位氧化锰矿生产一氧化锰矿粉的方法，该方法将粉碎的低品位氧化锰矿粉与引发添加剂按按一定质量比混合均匀，控制生物质气(H2的体积含量为5～15％，CO的体积含量为15～35％)加热混合料至300～500℃，经10～60min后得到还原锰粉，并以水为增加其抗氧化性能。但是该生物质气不易控制，对设备要求高，容易发生泄露。虽然采用生物质还原焙烧氧化锰矿在一定程度上降低了传统煤基还原焙烧过程中焙烧能耗，但是仍存在木炭废弃物用量大、还原温度高、焙烧时间长、需要加入引发添加剂等问题。现有技术中可采用的生物质资源种类繁多、组成复杂、来源不稳定，再加上锰矿种类的
不同，导致还原焙烧时锰的还原效率不高，浸出液中杂质离子含量较高，后续处理成本较大。另外，张宏雷(张宏雷.生物质热解还原制备一氧化锰的研究[D].北京:北京工业大学,2013)的研究发现，生物质热解产生的热解液态焦油可能是氧化锰矿的主要木炭废弃物，而不是气态产物中的H2和CO。
[0006]木炭加工行业中产生的废弃物主要是木焦油和木沥青，是由可再生资源木质纤维高温炭化制木炭的衍生物。其中，木焦油是生物质在400～700℃和无氧或缺氧环境中高温热裂解过程产生的可冷凝的烟气成分，对冷凝后得到的液体组分进行静置分离得到的下层棕黑色粘稠状液体。木焦油主要由苯酚、甲酚、2,6
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二甲氧基苯酚等还原性酚类，以及各种烃类和有机含氧物构成，它一般呈棕黑色，具有高含水量、高腐蚀性、流动性差、粘稠、高灰分和低热值等特点，这限制了它不能作为动力燃料使用，会造成较大浪费，还存在环境污染风险隐患。
[0007]木沥青是焦油沥青的一种，它是由木焦油蒸馏时残留在蒸馏釜中的黑色粘稠油状物质，经冷却后凝固成固体。由于木沥青来源有限，且木沥青中轻组分含量高、温度敏感性大、易挥发老化、使用寿命短和耐久性差，因此在工程中很少使用。如何充分发挥这些木焦油和木沥青的利用潜能，对于生物质热解综合利用产业化发展具有重大意义。
[0008]结合锰矿加工的特点和需求问题，本专利技术将木焦油和木沥青用于氧化锰矿的还原，可充分发挥利用木炭废弃物的资源特点，实现锰矿加工的节能减排。

技术实现思路

[0009]为解决上述问题，本专利技术提供一种利用微波焙烧木炭废弃物还原氧化锰矿粉的方法，利用木炭废弃物(木焦油或木沥青)作为还原剂，在抗氧化剂协同作用下，采用微波辅助焙烧还原氧化锰矿粉制备氧化锰；既实现了废物的循环利用，也实现了氧化锰矿的高效还原，同时降低生产成本，为开发利用氧化锰矿资源提供新的高效还原技术。
[0010]为实现上述目的，本专利技术提供的方案如下：
[0011]一种利用微波焙烧木炭废弃物还原氧化锰矿粉的方法，包括以下步骤：
[0012](1)破碎预混合：按一定比例将锰矿粉与木炭废弃物共混破碎至80目以上得到锰预混料；若木炭废弃物只有木焦油一种，则直接添加混合均匀得到锰预混料；
[0013](2)抗氧化预处理：将步骤(1)的锰预混料与抗氧化剂均匀混合，得到锰预焙烧料；
[0014](3)微波还原焙烧：将预加热后的锰预焙烧料加入微波反应装置内，在惰性气体氛围下还原焙烧，采用程序控温系统控制微波频率为915MHz或2450MHz，微波功率范围为5～10KW，温度控制范围为300～600℃，还原时间5～10min，回收锰焙烧还原料的余热，隔氧冷却后得到氧化锰粉。
[0015]作为本专利技术的进一步补充，在还原焙烧之前还包括预加热步骤，所述的预加热具体为：在惰性气体氛围下，利用锰焙烧还原料的余热，对锰预焙烧料进行预加热至50～80℃。
[0016]优选地，步骤(1)中所述的木炭废弃物为木焦油和木沥青中的一种或两种混合。
[0017]优选地，步骤(1)中所述的木炭废弃物为木焦油和木沥青按照质量比1:0.5～1.5组成。
[0018]优选地，步骤(1)中所述的锰预焙烧料与木炭废弃物的质量比为100:8～18。
[0019]优选地，步骤(2)中所述的锰矿预混合料与抗氧化剂的质量比为100:1～5。
[0020]具体地，步骤(2)中所述的抗氧化剂为氨水、Na2SO4、H2SO4、(NH4)2SO4中的一种或两种以上的混合。
[0021]具体地，所述的惰性气体为氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气中的一种。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用微波焙烧木炭废弃物还原氧化锰矿粉的方法，包括以下步骤：(1)破碎预混合：按一定比例将锰矿粉与木炭废弃物共混破碎至80目以上得到锰预混料；(2)抗氧化预处理：将步骤(1)的锰预混料与抗氧化剂均匀混合，得到锰预焙烧料；(3)微波还原焙烧：将预加热后的锰预焙烧料加入微波反应装置内，在惰性气体氛围下还原焙烧，采用程序控温系统控制微波频率为915MHz或2450MHz，微波功率范围为5～10KW，温度控制范围为300～600℃，还原时间5～10min，回收锰焙烧还原料的余热，隔氧冷却后得到氧化锰粉。2.根据权利要求1所述的微波焙烧还原氧化锰矿粉的方法，其特征在于：在还原焙烧之前还包括预加热步骤，所述的预加热具体为：在惰性气体氛围下，利用锰焙烧还原料的余热，对锰预焙烧料进行预加热至50～80℃。3.根据权利要求1或2所述的微波焙烧还原氧化锰矿粉的方法，其特征在于：步骤(1)所述的木炭废弃物为木焦油和木沥青中的一种或两种混合。4.根据权利要求3所述的微波焙烧还原氧化锰矿粉的方法，其特征在于：步骤(1)所述的木炭废弃物为木焦油和木沥青按照质量比1:0....

【专利技术属性】
技术研发人员：黄慨，李思思，吕郁彪，卢国贤，韦勇明，农富钧，王俊，李婉赫，梁斌，
申请(专利权)人：广西科学院，
类型：发明
国别省市：