微波强化低品位软锰矿球团碳热还原的研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:kupanda09
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锰矿是重要的冶金原材料,同时也是一种重要的战略资源,其广泛应用于冶金、化工、电子等领域,在国民经济、社会的发展中有着重要的战略性地位。在我国所使用的碳酸锰矿品位已降低到13%15%,另一方面,大量的品位在20%25%的低品位软锰矿却因为高昂的还原成本或是污染环境等问题得不到充分的利用。因此,有效的低品位软锰矿强化还原工艺对于缓解目前我国锰矿资源短缺,确保锰产品工业的可持续发展具有重要的战略意义。本文鉴于对处理低品位软锰矿的迫切要求,结合微波强化碳热还原反应的优势,提出了一种微波强化低品位软锰矿球团碳热还原的工艺。低品位软锰矿和10%煤粉的混合物在常温下的介电常数、介电损耗、介电损耗正切分别为:5.854、0.146、0.0249,在600℃时分别为4.314、0.0771和0.0179。虽然低品位软锰矿和煤粉的混合物高温条件下的介电特性有所降低,但仍然具有良好的吸波特性,因此,即使在较低的微波功率(400W)下,仅200s内就能将物料(22g)加热到800℃。微波碳热还原低品位软锰矿实验中,当配碳量为10%,控制锰还原率在90%以上,同时二价铁含量在4%左右,需700℃,保温40min;常规碳热还原低品位软锰矿球团,需800℃,保温50min;但是,在微波碳热还原低品位软锰矿球团时,当配碳量为10%,在600℃下焙烧40min,还原率可达92.2%,二价铁含量在4%左右,完全达到工业生产中还原率大于90%以上的要求。由XRD分析可知,经过500℃焙烧后样品中铁开始转化为Fe3O4,600℃焙烧后样品中检测到Mn2SiO4。对比低品位软锰矿SEM可知,经过微波焙烧后,样品出现了很多裂痕和孔洞。出现此现象原因可归结为三点:第一:由于微波的选择性加热,不同物相之间由于温度差异产生热应力,从而使矿石产生裂痕。第二:反应有气体产生,同时还原剂煤粉中含有一定的挥发份,气体的扩散和挥发份的挥发会使矿物形成裂痕以及孔洞。第三:低品位软锰矿的碳热还原可以视为一个缩合反应,而产物层是酥松多孔的。由SEM和粒度分析可知,经过微波焙烧后的样品粒度明显低于原料,说明微波选择性加热和快速加热的特点有利于减小粒度以及包裹体的打开。通过响应曲面法分析了微波碳热还原低品位软锰矿球团最佳工艺参数,基于中心组合设计,拟合得到还原率(Y1)和二价铁含量(Y2?)的多元回归方程:Y1%=66.34+21.32A+14.30B+15.85C+0.99AB-0.18AC-3.58BC-2.96A2+2.81B2+2.96C2-2.00ABC-4.72A2B-1.58A2C-11.52AB2。Y2%=Sqrt(Y2?+0.04)=0.31+0.22A+0.39B+0.33C+0.13AB+0.12AC+0.23BC+0.098A2+0.11B2+0.21C2最后模型给出了微波强化低品位软锰矿球团碳热还原的最佳工艺参数为:焙烧温度600℃、焙烧时间41.01min、配碳量11.04%。在此最佳工艺条件下,锰还原率为90.33%,二价铁含量为1.07%。
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