二氧化锰矿还原焙烧转化率评价方法研究

田宗平，秦　毅，赵锦华，刘立平，曹　健

(湖南省地质测试研究院，湖南 长沙　410007)

二氧化锰矿还原焙烧转化率评价方法研究

田宗平，秦毅，赵锦华，刘立平，曹健

(湖南省地质测试研究院，湖南 长沙410007)

摘要：在二氧化锰矿的还原焙烧研究和工业应用中，缺乏对二氧化锰还原焙烧转化率评价方法的系统介绍。在专利实验炉的支撑下，经大量实验获得二氧化锰矿还原焙烧转化率的评价方法，具有较好的理论基础、可靠性和实用性。

关键词：二氧化锰；还原；焙烧；转化率

随着电解金属锰和锰盐工业生产的快速发展，对二氧化锰矿经还原焙烧后的利用已有较多研究，但对二氧化锰还原焙烧转化率的评价方法仍有歧义[1-5]。借助湖南省地质测试研究院最新研制的实验室用还原焙烧炉[6]，总结二氧化锰还原焙烧研究成果和经验，旨在统一和规范二氧化锰还原焙烧转化率的评价方法。

1实验和计算方法

1.1　实验原料

原矿样品采集于湖南省某第四纪堆积氧化锰矿区的两个经破碎和水洗获得的洗选矿，样品运回实验室后，经自然风干，用颚式破碎、对辊破碎和筛分流程将原矿样品粉碎至全部通过5 mm筛。

还原煤粉采集于湖南省某无烟煤矿，样品运回实验室后，经自然风干，用颚式破碎、对辊破碎和筛分流程将还原煤粉粉碎至全部通过1 mm筛。

1.2　实验方法

称取一定量上述矿粉和煤粉，采用堆锥法混匀，分装于实验室用还原焙烧炉[6]中，通过控制还原焙烧温度、卸料时间的方法取得不同还原焙烧转化率的焙烧砂。

按照尹明等[7]的分析方法测定原矿或焙烧料样品中的锰含量ω0(TMn)或ω1(TMn)，按照李力[8]的分析方法测定原矿或焙烧料样品中的二氧化锰含量ω0(MnO2)或ω1(MnO2)。

1.3　计算方法

原矿中二氧化锰氧化系数η0按照式(1)计算：

(1)

式中η0——原矿二氧化锰氧化系数；

ω0(MnO2)——原矿二氧化锰质量百分数，%；

国际市场：上周，由于尿素需求减少，国际尿素价格延续下跌态势。其中，黑海小颗粒尿素离岸价周环比低端价格持稳，高端价格下跌5美元/吨，为300美元/吨；波罗的海小颗粒尿素离岸价周环比低端价格下跌5美元/吨，高端价格下跌6美元/吨，为296-300美元/吨；中国小颗粒尿素离岸价周环比低端价格下跌10美元/吨，高端价格下跌7美元/吨，为325-330美元/吨。

ω0(TMn)——原矿总锰质量百分数，%。

原矿或焙烧料样品中二氧化锰含量的换算按照式(2)计算：

ωh(MnO2)=ω(TMn)×η0

(2)

式中ωh(MnO2)——根据样品总锰质量百分数换算所得二氧化锰质量百分数，%；

ω(TMn)——样品中总锰的质量百分数，%。

焙烧料样品二氧化锰还原焙烧转化率η1按照式(3)计算：

(3)

式中η1——焙烧料样品中二氧化锰还原焙烧转化率，%；

ω1(TMn)——焙烧料样品中总锰质量百分数，%；

ω1(MnO2)——焙烧料样品中二氧化锰质量百分数，%。

2结果与讨论

2.1　原矿中二氧化锰氧化系数

随机选择10个在该矿区采集的原矿(YK)样品，按照文献[9]的方法进行样品制备，然后进行ω0(TMn)和ω0(MnO2)的测定，并按式(1)计算氧化系数，结果见表1。

表1　原矿中ω0(MnO2)和ω0(TMn)测定与氧化系数结果

从表1的结果可知：不论原矿中总锰和二氧化锰含量如何变化，其氧化系数η0接近于常数，说明同一矿区样品的氧化系数具有一致性。所以，在测定得到原矿中ω0(TMn)结果后，在公式(2)的基础上演变为ωh0(MnO2)=ω0(TMn)×η0换算得到原矿中二氧化锰的含量；同理，在测得焙烧料中ω1(TMn)结果后，可以利用公式ωh1(MnO2)=ω1(TMn)×η0换算得到原矿中二氧化锰含量。因此，式(2)是在测得样品总锰含量后换算成原矿二氧化锰含量的通用公式。

2.2　原矿样品的还原焙烧

根据文献[10-11]的研究成果，原矿样品的还原焙烧在专利炉[6]上进行，还原焙烧实验条件与编号见表2。

表2　原矿还原焙烧实验条件与编号

2.3　还原焙烧转化率的计算

要计算焙烧料(BSL)中二氧化锰的还原焙烧转化率，首先要测得焙烧料中ω1(TMn)和ω1(MnO2)，同时，还要获得焙烧原矿中二氧化锰含量，由于原矿中总锰量变化有随机性和氧化系数具有一致性的特征，在无法直接测得原矿中二氧化锰含量的情况下，能且仅能用式(2)换算的方法获得原矿样品中二氧化锰含量。这样克服了文献[1]中将全锰以理论方式换算为二氧化锰含量参与还原焙烧率计算的不合理性和没有考虑原矿总锰含量变化随机性的特征；同时，也克服了文献[2-4]中没有考虑原矿含量变化随机性和实验(或生产)中难以获得准确产品率的缺陷。

将表2中焙烧料样品按照文献[9]的方法分别进行制备，再进行ω1(TMn)和ω1(MnO2)的测定，并按式(3)计算还原焙烧转化率，结果见表3。

表3　焙烧料中总锰、二氧化锰测定与转化率计算结果

从表2~3的结果可知：在相同焙烧条件下，不同焙烧料样品中即使ω1(MnO2)、ω1(TMn)有变化，但利用式(3)计算获得二氧化锰还原焙烧转化率能精准体现和代表焙烧实验状况和水平；在相同焙烧条件下，可获得相近的焙烧转化率的焙烧料；在不同焙烧条件下，可获得不同还原焙烧转化率的焙烧料，验证了该还原焙烧转化率的计算方法的科学性、可靠性与实用性。

3结论

1) 对于同一矿区或相同批次的二氧化锰矿，原矿中二氧化锰氧化系数η0的计算公式为：

2) 根据焙烧原矿总锰量变化的随机性和氧化系数具有一致性的特征，原矿中二氧化锰含量可根据总锰测定结果进行换算，换算公式为：

ωh(MnO2)=ω(TMn)×η0

3) 经大量实验与数据的验证，二氧化锰矿还原焙烧转化率的科学、准确与实用的计算公式为：

参考文献：

[1]黎贵亮, 韦英明. 广西天等氧化锰矿还原焙烧法生产电解金属锰工业试验研究[J]. 中国锰业, 2008, 26(2): 28-31.

[2]田宗平, 游先军, 彭顺连, 等. 二氧化锰还原焙烧炉的研究与运用[J]. 中国锰业, 2009, 27(2): 24-26.

[3]田宗平. 硫酸锰生产新工艺[J]. 中国锰业, 2010, 28(2): 26-29.

[4]田宗平, 李建文, 曹健. 新型二氧化锰还原炉的设计与应用[J]. 无机盐工业, 2012, 44(3): 47-49.

[5]田宗平, 曹健, 周永兴, 等. 湖南省某低品位二氧化锰矿的还原焙烧试验研究[J]. 中国锰业, 2015, 33(1): 16-19.

[6]曹健, 田宗平, 周永兴, 等. 一种实验室用焙烧还原炉: 中国, 201410627393[P]. 2014-11-10.

[7]尹明, 李家熙. 岩石矿物分析(第四版-第二分册)[M]. 北京：地质出版社，2011：807-816.

[8]李力. 锰矿中二氧化锰的快速测定[J]. 中国锰业, 2013, 31(3): 30-31.

[9] DZ/T0130.2-2006, 岩石矿物分析试样制备[S].

[10] 田宗平, 曹健, 周永兴, 等. 湖南省某低品位二氧化锰矿的还原焙烧试验研究[J]. 中国锰业, 2015, 33(1): 16-19.

[11] 田宗平, 曹健, 陈小罗, 等. 某低品位二氧化锰还原焙烧矿粉的浸出试验研究[J]. 湖南有色金属, 2015, 31(1): 29-32.

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A Study on Evaluation Methods of Reduction Roasting Conversion in MnO2Ore

TIAN Zongping, QIN Yi, ZHAO Jinhua, LIU Liping, CAO Jian

(HunanGeologicalTestingInstitute,Changsha,Hunan410007,China)

Abstract:The application of MnO2in reduction roasting by acid leaching in industrial production is now in shortage of evaluation method of literature on manganese dioxide reduction roasting conversion system. In the patent experimental furnace under the support of a large number of tests, we can get the conversion of manganese dioxide in reduction roasting evaluation method, as has a good theoretical basis and reliability.

Key words:Manganese dioxide; Reduction; Roasting; Conversion rate

中图分类号：TF111.1

文献标识码：A

doi：10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2015.04.008

作者简介：田宗平(1963-)，男，湖南临澧人，副总工程师，教授级高级工程师，研究方向：湿法冶金、化工工艺、分析测试和环境保护研究，手机：18874817858，E-mail：hnxx-tianzongping@163.com.

基金项目：湖南省科技厅社会发展支撑计划资助项目(2015SK2052-1)

收稿日期：2015-06-01