可实现节能减排的多级预热锰矿还原焙烧方法及多级预热锰矿还原焙烧系统技术方案

本发明专利技术公开了一种可实现节能减排的多级预热锰矿还原焙烧方法，以低氮气含量的气体燃料为原料，利用该气体燃料与锰矿反应进行还原焙烧，该气体燃料与锰矿的反应可实现自热，且反应产物气相中几乎只含CO2和/或H2O，锰矿为经过多级预热后的锰矿粉料。相应的，本发明专利技术的多级预热锰矿还原焙烧系统包括锰矿料仓、计量输送装置、自热还原器、焙烧矿冷却器、二级悬浮预热装置和高温排放气体发生装置；其中高温排放气体发生装置为自热还原器、焙烧矿冷却器或一气体燃料燃烧室中的至少一种。本发明专利技术具有高效、经济、节能、环保、减排CO2、焙烧质量可得到保证等优点。保证等优点。保证等优点。

【技术实现步骤摘要】
可实现节能减排的多级预热锰矿还原焙烧方法及多级预热锰矿还原焙烧系统


[0001]本专利技术属于冶金选矿
，尤其涉及一种锰矿的还原焙烧及其CO2减排方法及系统。

技术介绍

[0002]电解金属锰是钢铁、铝合金、磁性材料和化工等工业不可缺少的原料之一。我国电解金属锰行业大都以菱锰矿(MnCO3)为原料，采用“H2SO4浸出
→
除杂
→
电解”工艺进行生产。由于我国高品位菱锰矿资源已消耗殆尽，菱锰矿原料锰品位已降低至10％～12％且仍难以为继，这导致生产过程酸耗高、渣量大、生产成本高，每吨电解金属锰产渣量高达7吨。随着我国环保政策的日趋完善，电解金属锰生产企业面临日益严重的环保压力。以高品位软锰矿(MnO2)为原料，采用“还原焙烧
→
H2SO4浸出
→
除杂
→
电解”工艺生产电解金属锰，可减少电解金属锰生产的固废量约70％，同时降低浸出过程酸耗、简化浸出液的除杂作业，是电解金属锰生产的必然趋势。
[0003]以软锰矿为原料生产电解金属锰的关键工序是将不溶于酸的高价Mn还原转化为溶于酸的Mn
2+
。软锰矿还原焙烧的方法有回转窑还原、竖炉还原和流态化还原等。近期，流态化还原焙烧方法得到较大发展，申请了大量专利，如：CN104878193A“一种低品位氧化锰矿流态化还原焙烧的系统及方法”、CN104911334A“一种高品位二氧化锰矿流态化还原的系统及方法”、CN111500854A“一种工业化处理铁锰矿石的悬浮焙烧系统及方法”、CN101591731A“一种含铁锰矿的悬浮焙烧综合利用系统及方法”等，这些专利公开了采用煤气或燃烧烟气为流化和还原介质、在流态化状态下对软锰矿还原焙烧的方法。
[0004]我们的研究发现，因空气中79％为惰性气体N2，因而，煤气和燃料燃烧产生的尾气中60％以上为惰性气体N2。惰性气体N2的大量存在造成很大的不良影响：(1)惰性气体N2在工艺过程中不参与反应，却需要历经“从室温加热至还原反应温度
‑
由还原反应温度冷却至合理温度后排放”的无效加热过程，耗费大量的输送动力及燃料，导致焙烧能耗大幅增加，进而增加了工艺外排CO2量；(2)还原焙烧系统尾气的CO2浓度约20％、分离提纯难度大成本高，因而，CO2不能利用，只能外排至大气中，不符合当前二氧化碳减排政策；(3)惰性气体N2在高温过程中与O2反应，生成少量NO
X
，造成不良环境影响；(4)工艺过程处理的气体体积大，需要加大设备及管道尺寸，增加建设投资。
[0005]针对现阶段氧化锰矿还原焙烧过程中存在的实际问题，如何综合实现CO2减排、节能降耗、降低投资及减少环境污染，对氧化锰矿的还原焙烧工艺及金属锰的后续生产利用具有重要意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是，克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种高效、经济、节能、环保、减排CO2、焙烧质量还可得到保证的多级预热锰矿还原焙烧方法
及多级预热锰矿还原焙烧系统。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为一种可实现节能减排的多级预热锰矿还原焙烧方法，其特征在于，以低氮气含量的气体燃料为原料，利用该气体燃料与锰矿反应进行还原焙烧，该气体燃料与锰矿的反应可实现自热，且反应产物气相中几乎只含CO2和/或H2O，所述锰矿为经过多级预热(至少两级)后的锰矿粉料。本专利技术的锰矿还原焙烧方法还与多级预热进行了结合，通过对锰矿进行多级预热处理，不仅能更好地节约能耗，提升锰矿进入反应器前的温度，还能更好地保证后续气体燃料与锰矿进行充分完全的反应实现自热，提高气体燃料的利用率。
[0008]进一步优选的，所述多级预热采用二级悬浮预热方式，且二级悬浮预热的高温气流来自所述气体燃料燃烧后、还原焙烧后或热交换后产生的高温排放气体。采用本专利技术的气体燃料燃烧后或还原焙烧后产生的气体，其优势较为明显，因为不会引入新的杂质以及氮气等无效气体，而且对后续的还原焙烧反应有促进作用。通过使矿粉与燃烧后或还原焙烧反应尾气进行接触式预热，不仅可降低反应尾气温度(尾气可以冷却至250℃以下)，而且可实现余热利用，降低后期自热还原器中的热量消耗。另外也可以采用气体燃料先进行热交换吸热后再通入二级悬浮预热装置中。
[0009]上述的多级预热锰矿还原焙烧方法，优选的，所述气体燃料中至少含有CH4、CO、H2中的一种或多种且几乎不含其他气体成分的气体燃料，更优选所述气体燃料为主要含CH4且几乎不含其他气体成分的气体燃料，例如天然气本身或者经裂解或提纯后的气体燃料；所述锰矿主要以MnO2作为载氧体(尤其优选单一的软锰矿)。
[0010]当气体燃料和锰矿原料为前述优选物质时，则几乎主要发生以下化学反应：
[0011]CH4+4MnO2＝4MnO+CO2+2H2O
‑
60.16kcal/mol
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(1)
[0012]CO+MnO2＝MnO+CO2‑
34.91kcal/mol
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(2)
[0013]H2+MnO2＝MnO+H2O
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25.06kcal/mol
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(3)
[0014]由上可见，反应(1)～(3)均是放热反应，利用这部分化学反应放热，软锰矿的还原焙烧可以实现自热，减少能源消耗；同时，上述反应的气体产物中几乎只含CO2和H2O，将尾气冷却至100℃以下，冷凝除去水蒸汽后即可得到高浓度的CO2气体，为CO2的利用与减排创造良好条件。而且，由于没有惰性气体N2的参与，焙烧过程不仅不产生NO
x
，还可大幅度减小工艺气量60％以上，从而降低气体输送动力，减小设备及输送管道体积，降低建设投资，进而实现既经济又环保的锰矿还原焙烧工艺。我们以CH4进行锰矿还原为例，计算可得每吨电解金属锰生产的CO2排放量约为280kg/t，与以菱锰矿为原料的电解金属锰生产比较，CO2排放量减少65％。
[0015]进一步优选的，所述原料与锰矿通过无焰燃烧方式进行还原焙烧，所述还原焙烧是在一自热还原器内进行(该自热还原器内优选设有火焰探测器)。无焰燃烧方式不仅能够大大减少能耗，减少气体燃料消耗，而且可以降低副反应发生，使自热反应能够顺利进行。所述还原焙烧产生的高温排放气体经二级悬浮预热、冷凝、净化后收集含高浓度二氧化碳的尾气。
[0016]进一步优选的，所述自热还原器为内腔设置有阶梯式布风板的流态化反应器，且相邻阶梯之间被隔板分隔成若干个反应区(优选2
‑
5个)，进入所述自热还原器的锰矿最先输送到最高阶梯布风板所在的第一反应区，然后依次下行经过各阶梯布风板所在的各个反
应区，最后从最低阶梯布风板所在的最后反应区流出自热还原器。通过设置阶梯布风板使自热还原焙烧分为多个反应区进行，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可实现节能减排的多级预热锰矿还原焙烧方法，其特征在于，以低氮气含量的气体燃料为原料，利用该气体燃料与锰矿反应进行还原焙烧，该气体燃料与锰矿的反应可实现自热，且反应产物气相中几乎只含CO2和/或H2O，所述锰矿为经过多级预热后的锰矿粉料。2.根据权利要求1所述的多级预热锰矿还原焙烧方法，其特征在于，所述多级预热采用二级悬浮预热方式，且二级悬浮预热的高温气流来自所述气体燃料燃烧后、还原焙烧后或热交换后产生的高温排放气体。3.根据权利要求2所述的多级预热锰矿还原焙烧方法，其特征在于，所述气体燃料为主要含CH4且几乎不含其他气体成分的气体燃料；所述锰矿主要以MnO2作为载氧体。4.根据权利要求2所述的多级预热锰矿还原焙烧方法，其特征在于，所述原料与锰矿粉料通过无焰燃烧方式进行还原焙烧，所述还原焙烧是在一自热还原器(3)内进行，所述还原焙烧产生的高温排放气体经二级悬浮预热、冷凝、净化后收集含高浓度二氧化碳的尾气。5.根据权利要求4所述的多级预热锰矿还原焙烧方法，其特征在于，所述自热还原器(3)为内腔设置有阶梯式布风板(31)的流态化反应器，且相邻阶梯之间被隔板(32)分隔成若干个反应区，进入所述自热还原器(3)的锰矿粉料最先输送到最高阶梯布风板所在的第一反应区，然后依次下行经过各阶梯布风板所在的各个反应区，最后从最低阶梯布风板所在的最后反应区流出自热还原器(3)；该自热还原器(3)内还设有火焰探测器(36)。6.根据权利要求5所述的多级预热锰矿还原焙烧方法，其特征在于，所述自热还原器(3)的底部设置有气体燃料进气口(35)，顶部设置反应尾气的出气口，所述气体燃料依次经过各个反应区进行反应后生成的反应尾气从出气口排出；出气口附近设置有用于检测气体燃气的传感器(33)以及根据传感器(33)检测数据进行控制的气体分流阀(34)；当传感器(33)采集的气体燃料浓度＜5％时，气体分流阀(34)引导尾气送入一可对锰矿进行预热的二级悬浮预热装置(5)中；否则，气体分流阀(34)引导尾气循环至自热还原器(3)的反应区内。7.根据权利要求6所述的多级预热锰矿还原焙烧方法，其特征在于，所述气体燃料的进气流速控制在所述锰矿还原反应理论用量的0.8～1.2倍；且气体燃料的进气流速可根据还原焙烧中装设的火焰探测器(36)和/或传感器(33)的采集数据进行调节；所述火焰探测器(36)检测到有火焰或传感器(33)检测到反应尾气气体燃料浓度较高时，调低所述气体燃料的进气流速。8.根据权利要求2
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7中任一项所述的多级预热锰矿还原焙烧方法，其特征在于，所述气体燃料热交换后产生的高温排放气体是指所述气体燃料经过吸收焙烧矿的余热后以点燃和/或不点燃方式产出的高温排放气体。9.根据权利要求8所述的多级预热锰矿还原焙烧方法，其特征在于，所述气体燃料热交换后产生的高温排放气体向二级悬浮预热中供热是指以气体燃料经过吸收焙烧矿的余热后以点燃、不点燃方式交替向二级悬浮预热中供应高温排放气体，通过点燃后的高温排放气体先提升二级悬浮预热中锰矿的预处理温度，然后再间隔以吸热后不点燃方式直接供应气体燃料实现锰矿在悬浮预热装置中的预还原。10.根据权利要求2
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7中任一项所述的多级预热锰矿还原焙烧方法，其特征在于，所述二级悬浮预热方式具体包括一级预热器(51)和二级预热器(52)，所述高温排放气体的气源
通过输送管道连通二级预热器(52)的进气口，所述锰矿输送至连接二级预热器(52)出气口与一级预热器(51)进气口的管道内，锰矿悬浮在流出二级预热器(52)的烟气中并随气体流动进入一级预热器(51)，在一级预热器(51)内完成气固分离和初步预热，流出一级预热器(51)的锰矿粉料再次送入连接高温排放气体的气源与二级预热器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小银，陈雯，李家林，刘旭，彭泽友，陆晓苏，
申请(专利权)人：长沙矿冶研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：