一种碳酸锰悬浮精炼提纯系统和方法与流程

本发明涉及，具体是一种碳酸锰悬浮精炼提纯系统和方法。

背景技术：

1、锰是一种重要的金属元素，在工业上用途很大，主要用于生产锰钢，此外也用于有色金属、化工、医药、食品、分析和科研等方面。近年来锰的应用越来越广泛，尤其是在航空航天、国防工业等高新技术领域，锰成为国民经济的重要基础和战略物资。根据国标gb/t3714-2017碳酸锰矿所知，含锰18-22%的碳酸锰矿石已经属于一级品及二级品范畴，因此如果能将碳酸锰矿石经过精炼提纯，将含锰量提高数个百分点以上，不但节约运行费用，而且可提高销售价。

2、国内外通常采用的提纯方法为火法焙烧还原，也有利用湿法冶金处理低品位锰矿，如硫酸盐法、氨基甲酸盐法、硝酸盐法、氯盐法、直接浸出法、硫酸还原浸出法、细菌冶金法等，但湿法处理因存在较大的环境污染问题并未广泛应用。火法焙烧还原技术有微波强化还原、流态化强化还原、移动床、多管竖炉等还原新技术等。低品位锰矿石的提纯方法较多，现有工艺都存在着焙烧时间长、传热效率差、能源利用率低、环境污染严重、劳动条件恶劣的缺点。

3、现有技术公开号为cn209872396u的发明《一种碳酸锰矿石的煅烧分解富集系统》中，公开了一种碳酸锰矿石富集预处理系统，包括粉磨机、管带机、粉料库、斗提机、预热 系统、回转窑、冷却机、爬坡机、成品库。该系统可实现连续化、自动化的工业生产，适用于碳酸盐矿石的煅烧分解和富集提纯，可适用于碳酸锰矿石的预处理。但是采用回转窑煅烧预处理碳酸锰矿时，往往存在系统热耗高、处理能力小和产品质量较难控制等问题，且后端电解锰工序，需要细度为80μm左右的粉料作为电解原料，因此需增加粉磨系统，故从低碳角度考虑，该系统热耗高、电耗高，工艺路线不可取。

4、同时，传统火法焙烧还原提纯工艺一般采用焦炭作为还原剂，随着煤炭资源的日趋减少，探寻可替代燃料的应用尤为迫切，在可再生资源范围内，最有广泛实用价值的便是生物质能源，我国生物质能利用技术中的热解气化技术发展较快，热解气化指利用空气中氧气、含氧物质或水蒸汽作为气化剂，将生物质中的碳转化成可燃气体的过程，可燃气中的主要成分有co，h2，ch4，co2，n2等，其中co，h2和ch4可替代焦炭作为还原剂和清洁能源使用。

5、因此结合原矿的特性，采用适合的提纯工艺，取得较好的经济效益，是低品位锰矿资源综合利用的重要研究方向。同时耦合生物质热解还原气化，发明创新低碳、高效、经济可行的低品位碳酸锰矿精炼提纯技术工艺就显得尤为迫切，使其满足电解金属锰使用要求和进口要求，将有效解决我国锰资源严重不足的实际问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种碳酸锰悬浮精炼提纯系统和方法，以解决现有技术对碳酸锰进行提纯时存在的耗能高、需要焦炭作为还原剂的问题。

2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

3、一种碳酸锰悬浮精炼提纯系统，包括多级旋风预热器、悬浮精炼提纯炉、第一旋风分离器、悬浮还原炉、第二旋风分离器、流化冷却器、第三旋风分离器、多级悬浮冷却器；碳酸锰矿粉经多级旋风预热器预热后送入所述悬浮精炼提纯炉中，在悬浮精炼提纯炉中进行煅烧提纯后得到锰矿精炼提纯中间物，锰矿精炼提纯中间物由第一旋风分离器分离收集并送入悬浮还原炉中，所述悬浮还原炉中通入生物质热解还原气对锰矿精炼提纯中间物进行还原反应得到精炼成品高温料，由第二旋风分离器分离收集所述精炼成品高温料并送入流化冷却器中，所述流化冷却器通入生物质热解还原气保护性冷却所述精炼成品高温料得到精炼成品中温料，由第三旋风分离器分离收集所述精炼成品中温料并送入多级悬浮冷却器，精炼成品中温料再经多级悬浮冷却器冷却后，得到精炼成品常温料。

4、进一步的，所述悬浮精炼提纯炉配置有氧含量检测装置，用于检测悬浮精炼提纯炉内烟气中的空气氧含量。

5、进一步的，所述悬浮还原炉出口配置有氧含量检测装置，用于检测悬浮还原炉出口的氧含量。

6、进一步的，多级悬浮冷却器排出的高温空气，分别通入至所述悬浮精炼提纯炉、所述悬浮还原炉中作为助燃空气。

7、进一步的，所述悬浮还原炉中通入的生物质热解还原气，部分来自流化冷却器排出的经与精炼成品高温料热交换后的生物质热解还原气。

8、进一步的，第三旋风分离器的旋风筒排出的高温生物质热解还原气，进入悬浮还原炉作为助燃燃气。

9、一种基于上述碳酸锰悬浮精炼提纯系统的碳酸锰悬浮精炼提纯方法，包括以下步骤：

10、选取含水分小于1%的碳酸锰矿粉，将碳酸锰矿粉均化后送入多级旋风预热器，经多级旋风预热器进行预热至450~480℃后再送入所述悬浮精炼提纯炉；

11、利用悬浮精炼提纯炉对碳酸锰矿粉于600~700℃温度条件下煅烧提纯4~6秒，得到锰矿精炼提纯中间物，锰矿精炼提纯中间物由第一旋风分离器分离收集并送入至悬浮还原炉；

12、所述悬浮还原炉通入700-900℃温度的生物质热解还原气，对所述锰矿精炼提纯中间物还原反应5~7秒，由此得到精炼成品高温料，并由第二旋风分离器分离收集所述精炼成品高温料并送入流化冷却器；

13、所述流化冷却器通入生物质热解还原气对精炼成品高温料进行保护性冷却，使精炼成品高温料冷却至400~450℃，由此得到精炼成品中温料，并由第三旋风分离器分离收集精炼成品中温料后送入多级悬浮冷却器；

14、所述精炼成品中温料再通过多级悬浮冷却器冷却后，得到环境温度+50℃的精炼成品常温料。

15、进一步的，所述悬浮还原炉、流化冷却器通入的生物质热解还原气包括h2、co、ch4、co2、n2、o2，其中h2、co、ch4、co2、n2、o2的体积分数分别为9%、15.5%、2.5%、14.5%、56%，2.5%。

16、本发明中，上述方法过程的主要反应如下：

17、（1）碳酸锰矿粉悬浮预热、精炼提纯

18、在悬浮预热器中：100~110℃，湿存水（大气吸附水）与自由水（吸湿水）的排除；110~400℃，其他矿物杂质带入水的排除（如多水高岭石中的结晶水）；400~450℃，部分锰矿晶格水脱除。化学反应式如下：

19、mmno·mno2·nh2o→mmno·mno2+ nh2o↑

20、在悬浮精炼提纯炉内，实现碳酸锰高效分解,即550~650℃，碳酸锰及碳酸镁分解提纯，化学反应式如下：

21、mnco3→mno+co2↑，mgco3→mno+co2↑

22、（2）锰矿精炼粉中高价锰还原

23、为了有效控制成品中高价锰含量，需将锰矿精炼提纯中间物送至悬浮还原炉内，在耦合合适温度的生物质热解还原气下，进一步还原高价锰，然后经第一旋风分离器分离收集后，将精炼成品高温料送至流化冷却器中冷却。

24、高价锰还原的基本过程如下：在悬浮还原炉内温度700-900℃条件下，二氧化锰与还原剂(co、h2、ch4)发生还原反应，从而可以将高价锰还原成低价锰，其化学反应式为：

25、2mno2+co/h2= 2mno+co2/h2o ↑

26、2mno2+ch4= 2mno+2h2o ↑+co2 ↑

27、悬浮还原炉前段配置辅燃点火室，辅燃点火室的部分燃气来至流化冷却器输出的高温的生物质热解还原气，辅燃点火室的助燃空气来至多级悬浮冷却器排出的高温空气，另外向悬浮还原炉的辅助点火室增加燃料以燃烧产生高温烟气，控制悬浮还原炉的反应温度，燃料可以是煤粉、天然气、油类等化石燃料。同时通过实时监测悬浮还原炉出口氧含量，调节辅助点火室配置的补氧风机高温空气用量，有效控制高价锰含量。

28、（3）还原气流化冷却+空气悬浮冷却

29、出悬浮还原炉的精炼成品高温料由第二旋风分离器分离分离收集后，先喂入流化冷却器内，且采用生物质热解还原气保护性冷却，然后经第三旋风分离器分离分离收集，第三旋风分离器的旋风筒排出的高温生物质热解还原气，进入悬浮还原炉作为助燃燃气。

30、流化冷却后的精炼成品中温料（400~450℃）再经过多级悬浮冷却器冷却，最终冷却至环境温度+50℃后，向外输送。

31、多级悬浮冷却器包括两级悬浮冷却器，其中第二级悬浮冷却器进风管连接大气，通过冷却系统排风机控制冷却用风量。第一级悬浮冷却器旋风筒出口的高温空气，部分送入悬浮还原炉的辅燃点火室做为助燃空气，剩余部分送入悬浮精炼提纯炉做为助燃空气用，预留多余的热空气经放风阀送入至废气除尘系统。

32、本发明中，悬浮精炼提纯炉、悬浮还原炉所用的燃料是煤、天然气、生物质热解还原气中的一种或多种混烧。

33、相比传统的工艺及cn209872396u专利碳酸锰煅烧提纯工艺，本发明的技术优势如下：

34、（1）在悬浮状态下预热、精炼提纯，热交换效率高，提纯热耗低；

35、（2）耦合生物质热解还原气进行悬浮态高价锰还原无需焦炭还原剂的使用；

36、（3）对精炼提纯粉采用生物质还原气流化冷却、多级悬浮空气冷却，高效实现冷却及余热回收；

37、（4）悬浮精炼提纯炉、悬浮还原炉均为悬浮态操作，温度分布均匀、可控，大大提高产品质量的均匀稳定性和系统可控性；

38、（5）高温过程在不运转的静止装置中进行，运行稳定可靠，运转率高；

39、（6）生产规模易大型化，投资省、综合能耗和成本低，自动化程度高，可实现智能化。