專利名稱：生物質(zhì)還原低品位氧化錳礦生產(chǎn)一氧化錳的設(shè)備及工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于黑色冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種生物質(zhì)還原低品位氧化錳礦生產(chǎn)一氧化錳的設(shè)備及工藝。具體涉及用生物質(zhì)將粉狀二氧化錳礦還原成一氧化錳的工藝及設(shè)備。
背景技術(shù)：
我國是錳生產(chǎn)大國，同時又是錳礦資源十分缺乏的國家，需要從國外大量進(jìn)口錳礦，2010年錳礦進(jìn)口量超過1000萬噸。目前國內(nèi)絕大部分電解錳企業(yè)采用碳酸錳作為原料進(jìn)行生產(chǎn)，碳酸錳礦中錳礦的錳含量較低，同時鈣鎂含量高，造成了電解過程中的酸耗過 大，尾渣量大，這給環(huán)境造成了巨大的壓力。為了解決資源與環(huán)境問題，以及降低電解錳企業(yè)的成本，提高電解錳企業(yè)市場競爭能力，十分必要將我國資源較為豐富、目前沒有得到完全利用的低品位氧化錳礦進(jìn)行處理，代替碳酸錳礦。傳統(tǒng)的氧化錳還原主要采用煤作為還原劑，其還原溫度高，能耗大，生產(chǎn)成本高，同時沒有成熟的工藝設(shè)備，從而限制將二氧化錳還原成一氧化錳技術(shù)的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種粉狀二氧化錳礦石還原方法，該方法采用生物質(zhì)作為主還原劑,成本低、轉(zhuǎn)化率高。本發(fā)明提供一種生物質(zhì)還原低品位氧化錳礦生產(chǎn)礦粉級一氧化錳的設(shè)備，該設(shè)備包括回轉(zhuǎn)窯、反應(yīng)爐和燜化罐；其中，回轉(zhuǎn)窯設(shè)置上料螺旋推進(jìn)器，回轉(zhuǎn)窯尾部設(shè)置有生物質(zhì)氣燃燒器，回轉(zhuǎn)窯經(jīng)反應(yīng)爐推進(jìn)器與反應(yīng)爐相連，反應(yīng)爐和燜化罐相連，燜化罐與螺旋冷卻器相連，在螺旋冷卻器的出料口設(shè)置有淋水器和循環(huán)水泵。所述生物質(zhì)氣燃燒器經(jīng)生物質(zhì)導(dǎo)氣管與生物質(zhì)氣化爐相連?；剞D(zhuǎn)窯內(nèi)的氣體與粉塵依次經(jīng)旋風(fēng)除塵、布袋除塵，除塵干凈的氣體，經(jīng)過引風(fēng)機(jī)，排入到大氣之中。旋風(fēng)除塵的物料排除口與上料螺旋推進(jìn)器相連，布袋除塵的出料口，接入到上料螺旋推進(jìn)器的下進(jìn)料口。反應(yīng)爐內(nèi)設(shè)置有攪拌裝置，反應(yīng)爐與反應(yīng)爐回?zé)峁苓B接。本發(fā)明提出采用生物質(zhì)作為還原劑，將其還原溫度降低到450度以下。通過熱量利用系統(tǒng)，充分利用反應(yīng)熱，讓能量得到了合理利用，進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本。用生物質(zhì)加還原催化劑能在350 450°C溫度區(qū)間把四價錳還原成二價錳,還原產(chǎn)物完全可以替代碳酸錳礦物，生產(chǎn)電解錳及其他錳鹽系列產(chǎn)品的原料，并可降低電解錳及錳鹽產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。所述生物質(zhì)還原低品位氧化錳礦生產(chǎn)礦粉級一氧化錳的具體工藝步驟是首先將礦物、還原催化劑與生物質(zhì)分別磨碎后混合，通過上料螺旋推進(jìn)器將原料混合物輸送到回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，在回轉(zhuǎn)窯中，礦物、還原催化劑和生物質(zhì)首先被干燥，在回轉(zhuǎn)窯的尾部，通過設(shè)置的生物質(zhì)氣燃燒器，使生物質(zhì)燃燒，引燃生物質(zhì)與礦物間的還原反應(yīng)，還原反應(yīng)被啟動之后，原料混合物進(jìn)入到反應(yīng)爐內(nèi)，進(jìn)入到自熱還原反應(yīng)態(tài)，進(jìn)行自熱反應(yīng)，在反應(yīng)爐內(nèi)利用反應(yīng)熱進(jìn)一步加快對礦物的還原，然后，進(jìn)入到燜化罐之中，讓反應(yīng)更加完全，待反應(yīng)完全后，進(jìn)入到螺旋冷卻器，冷卻到常溫，讓礦物進(jìn)一步降低溫度，降低生成物的活性以達(dá)到相對穩(wěn)定的狀態(tài)，得到礦粉級一氧化錳；之后，進(jìn)入到儲存或下一步的生產(chǎn)工藝之中。所述的礦物是指低品位氧化錳礦粉。所述礦物、還原催化劑磨碎到30-80目，生物質(zhì)粉碎至2_以下。所述還原催化劑為煤矸石與黃鐵礦的混合物，其中，煤矸石與黃鐵礦的質(zhì)量比為I :1 至 5 :1。所述生物質(zhì)為秸桿、木屑或竹屑及其混合物。
所述礦物、還原催化劑與生物質(zhì)以質(zhì)量比為100 :1-5 10-20混合；反應(yīng)爐的溫度控制在350-450°C之間。自熱反應(yīng)產(chǎn)生的煙氣，進(jìn)入到回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，加熱礦物、還原催化劑和生物質(zhì)，再被吸收。從礦物反應(yīng)完全后，進(jìn)入冷卻階段，冷卻到常溫，減低其活性。進(jìn)入到運輸或者下一個工序之中。本發(fā)明的有益效果是整個工藝線路充分考慮了熱量的利用與保溫。以提高系統(tǒng)的熱效率，降低生物質(zhì)消耗，保溫是為了避免物料與設(shè)備發(fā)生粘接。堵塞工藝設(shè)備?？朔藗鹘y(tǒng)的氧化錳還原主要采用煤作為還原劑，其還原溫度高，能耗大，生產(chǎn)成本高。


圖I生物質(zhì)還原過程。圖2用生物質(zhì)將二氧化錳還原成一氧化錳的工藝設(shè)備示意圖。圖中標(biāo)號1-引風(fēng)機(jī)；2_布袋除塵；3_旋風(fēng)除塵；4-回轉(zhuǎn)窯；5-燜化罐回?zé)峁埽?-生物質(zhì)氣燃燒器；7_生物質(zhì)導(dǎo)氣管；8_反應(yīng)爐回?zé)峁埽?_反應(yīng)爐推進(jìn)器；10-生物質(zhì)氣化爐；11-反應(yīng)爐；12-燜化罐；13-螺旋冷卻器；14-淋水器；15-燜化罐風(fēng)機(jī)；16-上料螺旋推進(jìn)器17-反應(yīng)爐燃燒器，18-循環(huán)水泵；19-配氣閥門組；
具體實施例方式本發(fā)明提供一種生物質(zhì)還原低品位氧化錳礦生產(chǎn)礦粉級一氧化錳的設(shè)備及工藝。下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明予以進(jìn)一步說明，但不以任何方式限制本發(fā)明。圖2所示為用生物質(zhì)將二氧化錳還原成一氧化錳的工藝設(shè)備，圖中，回轉(zhuǎn)窯4設(shè)置上料螺旋推進(jìn)器16，回轉(zhuǎn)窯4尾部設(shè)置設(shè)置有生物質(zhì)氣燃燒器6，回轉(zhuǎn)窯4經(jīng)反應(yīng)爐推進(jìn)器9與反應(yīng)爐11相連，反應(yīng)爐11和燜化罐12相連，反應(yīng)爐11內(nèi)設(shè)置有攪拌裝置，反應(yīng)爐11與反應(yīng)爐回?zé)峁?連接；燜化罐12與螺旋冷卻器13相連，在螺旋冷卻器13的出料口設(shè)置有淋水器14和循環(huán)水泵18。生物質(zhì)氣燃燒器6及反應(yīng)爐燃燒器17經(jīng)生物質(zhì)導(dǎo)氣管7與生物質(zhì)氣化爐10相連。回轉(zhuǎn)窯4內(nèi)的氣體與粉塵依次經(jīng)旋風(fēng)除塵3、布袋除塵2，除塵干凈的氣體，經(jīng)過引風(fēng)機(jī)1，排入到大氣之中。旋風(fēng)除塵3的物料排除口與上料螺旋推進(jìn)器16相連，布袋除塵2的出料口，接入到上料螺旋推進(jìn)器16的下進(jìn)料口。反應(yīng)爐11、燜化罐12、預(yù)熱回轉(zhuǎn)窯4、旋風(fēng)除塵3、布袋除塵2均包覆隔熱陶瓷棉，進(jìn)行保溫。其中相互連接的管路也做保溫處理。圖I所示為生物質(zhì)還原低品位氧化錳礦生產(chǎn)礦粉級一氧化錳的生物質(zhì)還原過程。圖中，將研磨好的礦粉、生物質(zhì)和還原催化劑以100 3 15 (質(zhì)量比)混合成原料混合物，礦物、還原催化劑與生物質(zhì)，原料混合物進(jìn)入到上料螺旋推進(jìn)器16之中輸送到回轉(zhuǎn)窯4，在回轉(zhuǎn)窯4內(nèi)，原料混合物被逆流加熱，進(jìn)行干燥。在回轉(zhuǎn)窯4的尾部，設(shè)置有生物質(zhì)氣燃燒器6，通過其燃燒，引燃生物質(zhì)與礦物間的還原反應(yīng)。之后，原料進(jìn)入到反應(yīng)爐推進(jìn)器9之內(nèi)，其被進(jìn)一步輸送到反應(yīng)爐11，在反應(yīng)爐11的頂部，設(shè)置有電機(jī)驅(qū)動的反應(yīng)爐攪拌器，將原料混合物進(jìn)行攪拌，同時，促進(jìn)還原反應(yīng)的發(fā)生。反應(yīng)爐的溫度控制在350-450攝氏度之間。在此溫度下，原料混合物近似為半流體狀態(tài)。在反應(yīng)一段時間后，進(jìn)入到燜化罐12之中，物料在燜化罐12內(nèi)進(jìn)一步反應(yīng)，并逐步的通過螺旋推進(jìn)器推送出去進(jìn)入到螺旋冷卻器13之內(nèi)，此時反應(yīng)完全；在螺旋冷卻器13的出料口進(jìn)行逆流水冷卻，在出口處再由淋水器14淋水冷卻，得到焙燒物，由收集器收集，淋水冷卻由循環(huán)水泵18控制噴水量在礦物量的5-10%。以降低礦物的活性便于保存。
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上述還原反應(yīng)過程中，生物質(zhì)氣化爐10產(chǎn)生的生物質(zhì)氣與熱的空氣混合燃燒，在回轉(zhuǎn)窯4內(nèi)，原料混合物被逆流加熱，進(jìn)行干燥。在反應(yīng)爐11內(nèi)，對反應(yīng)爐底直接加熱，反應(yīng)爐11內(nèi)產(chǎn)生的生物質(zhì)氣中含有C0、H2，從而形成還原氣氛，并使反應(yīng)爐內(nèi)的溫度在350°C到450°C，混合礦料保持流體狀態(tài)；其中，首先將環(huán)境空氣吹送到燜化罐12的外套之中，進(jìn)行初步的加熱，加熱的空氣，再進(jìn)入到反應(yīng)爐的外套之中，之后，進(jìn)入到配氣閥門組19，此時，熱的空氣分為三路，一路進(jìn)入到生物質(zhì)氣化爐內(nèi)，對生物質(zhì)進(jìn)行氣化反應(yīng)，另一路經(jīng)過配氣閥門組19進(jìn)入到回轉(zhuǎn)窯4之中預(yù)熱回轉(zhuǎn)窯4，還有一路，經(jīng)過配氣閥門組19進(jìn)入到反應(yīng)爐燃燒器17之中，與生物質(zhì)氣進(jìn)行混合燃燒。預(yù)熱回轉(zhuǎn)窯4內(nèi)的氣體與粉塵，進(jìn)入到旋風(fēng)除塵3之內(nèi)，進(jìn)行第一級除塵，再經(jīng)過管路,進(jìn)入到布袋除塵2之中，除塵干凈的氣體，經(jīng)過引風(fēng)機(jī)1，排入到大氣之中。I、粒度為80目以下的粉狀二氧化錳礦石、還原催化劑(還原催化劑為黃鐵礦與煤矸石混合物，其中，煤矸石與黃鐵礦的質(zhì)量比為3 1)與生物質(zhì)粉料(生物質(zhì)為秸桿、木屑或竹屑及混合物；按100 3 15 (質(zhì)量比)比例混合并通過回轉(zhuǎn)窯4進(jìn)行干燥與預(yù)熱，回轉(zhuǎn)窯4內(nèi)的溫度為200°C，在回轉(zhuǎn)窯4內(nèi)預(yù)熱與干燥的時間在20min左右；窯內(nèi)的熱源由生物質(zhì)氣的燃燒，反應(yīng)爐11外加熱帶走的熱氣，反應(yīng)爐11排除的熱氣體及燜化罐12冷卻后的熱氣提供，回轉(zhuǎn)窯排出的氣體由旋風(fēng)除塵器加布袋除塵器，由引風(fēng)機(jī)抽走；生物質(zhì)氣點火燃燒，在預(yù)熱回轉(zhuǎn)窯及反應(yīng)爐的進(jìn)出口處均裝有熱電偶和測壓點，用于測量該點的溫度和壓力；在鼓風(fēng)口(回轉(zhuǎn)窯與燜化罐)、引風(fēng)管(引風(fēng)機(jī)的排出管)上設(shè)有流量測定點；測量、控制儀表安裝在控制柜內(nèi)，實施集中控制。燃料同樣都是生物質(zhì)氣，為了保證實驗時各點溫度可調(diào)，生物質(zhì)氣管道上裝有流量測定點，通過閥門調(diào)節(jié)生物質(zhì)氣流量來控制設(shè)備的溫度。本發(fā)明的反應(yīng)爐采用立式攪拌機(jī)的形式，這樣，流體粉料在爐內(nèi)不易沉積，又能使反應(yīng)加速，反應(yīng)更加充分的效果；反應(yīng)爐的出口設(shè)在一定高度處，當(dāng)爐礦料達(dá)到預(yù)設(shè)體積，便會自動流到爐外，爐底設(shè)有出料口，便于清理。實驗表明，本發(fā)明操作方便，運行穩(wěn)定可控。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此， 本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種生物質(zhì)還原低品位氧化錳礦生產(chǎn)礦粉級一氧化錳的設(shè)備，其特征在于該設(shè)備包括回轉(zhuǎn)窯(4)、反應(yīng)爐(11)和燜化罐(12)，回轉(zhuǎn)窯(4)設(shè)置上料螺旋推進(jìn)器(16)，回轉(zhuǎn)窯(4)尾部設(shè)置有生物質(zhì)氣燃燒器(6)，回轉(zhuǎn)窯(4)經(jīng)反應(yīng)爐推進(jìn)器(9)與反應(yīng)爐(11)相連，反應(yīng)爐(11)和燜化罐(12)相連，燜化罐(12)與螺旋冷卻器(13)相連，在螺旋冷卻器(13)的出料口設(shè)置有淋水器(14 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的生物質(zhì)還原低品位氧化錳礦生產(chǎn)礦粉級一氧化錳的設(shè)備，其特征在于生物質(zhì)氣燃燒器(6 )經(jīng)生物質(zhì)導(dǎo)氣管(7 )與生物質(zhì)氣化爐(10 )和反應(yīng)爐(11)的燃燒器(17)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的生物質(zhì)還原低品位氧化錳礦生產(chǎn)礦粉級一氧化錳的設(shè)備，其特征在于回轉(zhuǎn)窯(4)經(jīng)旋風(fēng)除塵(3 )與布袋除塵(2 )和引風(fēng)機(jī)(I)連接，回轉(zhuǎn)窯(4)內(nèi)的氣體與粉塵依次經(jīng)旋風(fēng)除塵(3)、布袋除塵(2)，除塵干凈的氣體，經(jīng)過引風(fēng)機(jī)(I)排入到大氣之中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物質(zhì)還原低品位氧化錳礦生產(chǎn)礦粉級一氧化錳的設(shè)備，其特征在于旋風(fēng)除塵(3)的物料排除口與上料螺旋推進(jìn)器(16)相連，布袋除塵(2)的出料口，接入到上料螺旋推進(jìn)器(16)的下進(jìn)料口。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的生物質(zhì)還原低品位氧化錳礦生產(chǎn)礦粉級一氧化錳的設(shè)備，其特征在于反應(yīng)爐(11)內(nèi)設(shè)置有攪拌裝置，反應(yīng)爐(11)與反應(yīng)爐回?zé)峁?8)連接。
6.一種生物質(zhì)還原低品位氧化錳礦生產(chǎn)礦粉級一氧化錳的工藝，其特征在于該工藝如下首先將礦物、還原催化劑與生物質(zhì)分別粉碎后混合，通過輸送器將混合物輸送到回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，在回轉(zhuǎn)窯中，礦物、還原催化劑和生物質(zhì)首先被干燥，在回轉(zhuǎn)窯的尾部，通過設(shè)置的生物質(zhì)氣燃燒器，使生物質(zhì)燃燒，引燃生物質(zhì)與礦物間的還原反應(yīng)，還原反應(yīng)被啟動，之后，原料進(jìn)入到反應(yīng)爐內(nèi)，進(jìn)入到自熱還原反應(yīng)態(tài)，進(jìn)行自熱反應(yīng)，在反應(yīng)爐內(nèi)利用反應(yīng)熱進(jìn)一步加快對礦物的還原，然后，進(jìn)入到燜化罐之中，讓反應(yīng)更加完全，待反應(yīng)完全后，進(jìn)入到冷卻輸送器，冷卻到常溫，得到礦粉級一氧化錳。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的工藝，其特征在于礦物、還原催化劑磨碎到30-80目，生物質(zhì)粉碎至2mm以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的工藝，其特征在于所述還原催化劑為煤矸石與黃鐵礦的混合物，其中，煤矸石與黃鐵礦的質(zhì)量比為I :1至5 :1。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的工藝，其特征在于礦物、還原催化劑與生物質(zhì)的質(zhì)量比為100 :(1-5) :(10-20)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的工藝，其特征在于礦物、還原催化劑與生物質(zhì)的質(zhì)量比為100 :(1-5) :(10-20)。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的工藝，其特征在于所述生物質(zhì)為秸桿、木屑或竹屑及其混合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的工藝，其特征在于反應(yīng)爐的溫度控制在350-450°C之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于黑色冶金技術(shù)領(lǐng)域的一種生物質(zhì)還原低品位氧化錳礦生產(chǎn)一氧化錳的設(shè)備及工藝，該設(shè)備的回轉(zhuǎn)窯尾部設(shè)置有生物質(zhì)氣燃燒器，回轉(zhuǎn)窯經(jīng)反應(yīng)爐推進(jìn)器與反應(yīng)爐相連，反應(yīng)爐和燜化罐相連，燜化罐與螺旋冷卻器相連，其工藝過程是首先將礦物、還原催化劑與生物質(zhì)分別粉碎后混合，在回轉(zhuǎn)窯中，礦物、還原催化劑和生物質(zhì)被干燥，通過生物質(zhì)氣燃燒，引燃生物質(zhì)與礦物間的還原反應(yīng)，原料進(jìn)入到反應(yīng)爐內(nèi)，進(jìn)入到自熱還原反應(yīng)在反應(yīng)爐內(nèi)利用反應(yīng)熱進(jìn)一步加快對礦物的還原，然后，進(jìn)入到燜化罐之中，讓反應(yīng)更加完全，然后冷卻到常溫，得到礦粉級一氧化錳?？朔藗鹘y(tǒng)的氧化錳還原主要采用煤作為還原劑，其還原溫度高，能耗大，生產(chǎn)成本高。
文檔編號C01G45/02GK102849801SQ20121033571
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月11日
發(fā)明者朱國才, 索雙富, 李德生, 王東, 宋龍朝, 王科社 申請人:清華大學(xué)