锰矿石烧结技术

一、锰矿石烧结的目的和特点

锰矿石的烧结可以在带式烧结机上完成，也可以采用烧结盘、烧结锅或土法烧结来完成。因环保的原因，现在锰矿石的烧结通常采用带式烧结机，其他方法现很少采用。带式烧结机烧结的工艺流程如图1。

各种原料由料仓按配比卸出后，经皮带运到圆筒混料机，与热筛的热返矿和冷筛的冷返矿进行混合，再进入烧结机烧结段进行烧结;烧结完后在机尾卸矿，经单辊破碎机破碎后进入热筛，筛下的小颗料进入圆筒混料机。筛上部分进入带冷机，经冷却后，再过冷筛，小于8mm的进入圆筒混料机。6~15mm的一部分做铺底料，剩余部分与大于15mm的全进入成品仓。

锰矿石有多种矿物形式，有的含结晶水，有的含碳酸盐，锰的氧化物在受热时还易发生氧化还原反应。锰矿石结构疏松多孔，吸水性强，松软锰矿含水甚至高达50%。锰矿石在烧结过程中受高温作用，水分会蒸发，碳酸盐会分解，锰的氧化物会发生氧化还原反应。同时反应生成的氧化亚锰和四氧化三锰与锰矿石脉石中的二氧化硅很容易生成锰橄榄石[MnSiO3]，或铁锰橄榄石[(MnFe)SiO4]，在有CaO存在时，还有钙锰橄榄石[(CaMn)SiO4]等低熔点液相，成为烧结的粘结相。

烧结的目的是使不能直接入炉的粉锰矿变为具有一定粒度并符合冶炼要求的块状炉料，以改善高炉炉料的透气性。同时通过烧结，改变粉锰矿的物理特性和化学组成，使其冶金性能得到显著改善。

锰矿石烧结的机理与铁矿石烧结的机理基本相同。即主要靠烧结时产生的液相来粘结矿物颗粒，形成类似焦炭状的多孔且具有足够强度的烧结矿。其化学成分根据冶炼要求，通过配矿可以制成不同化学成分、不同碱度的锰烧结矿。

锰烧结矿中，锰以硅酸盐状态存在，其还原性能要比游离状态的锰氧化物差得多，在冶炼时要多消耗热量，且影响锰的回收率。但通过增高烧结矿碱度的方法，促使碱性氧化物与酸性氧化物结合，以置换出酸性液相中的锰的氧化物，这样则有利于冶炼过程中锰的还原。

自然碱度的锰烧结矿因无硅酸二钙和游离的氧化钙，可以长期贮存，但自熔性特别是高碱度锰烧结矿，上述二种物相均存在，会因水化和晶变而使烧结矿严重地产生自发性碎裂，形成大量粉末，因而不适宜长时间贮存。

研究表明，任何锰矿石在烧结时分解出的MnO对氧有极强的亲合力，使锰迅速氧化成较高价氧化物，也极易与SiO2形成稳定的硅酸盐类液相。由于MnO在烧结矿中的大量存在，大大降低了液相粘度和结晶温度。烧结过程中，生成熔点低、粘度小及流动性好的液相，遇到穿过料层的高速气流(1.4~1.6m/s)时，极易形成大孔薄壁的烧结矿结构。因此，在锰矿烧结时液相强度较铁矿石结构弱的情况下，应力求避免烧结矿石过冷却，保证液相结晶形成，得到足够强度的烧结矿。

与铁矿石结构相比，锰矿石烧结具有烧损大，热耗高，软化温度区间窄，松散密度小，透气性好，产品强度低，返矿率大等特点(表1)。

锰矿石烧结要消耗大量的热量，同时烧损大，产品结构疏松，为了使烧结中产生较多的液相，以保证产品有足够的强度，适当增加燃料比是必要的。一般配料中，燃料配比为8%~10%。

锰矿石受热分解如果过于激烈，矿物会产生爆裂，爆裂的细粒易使点火器炉壁结渣，降低其寿命，因此锰矿石烧结机点火器长度宜适当延长，增加预热段，减缓爆裂。

粉锰矿松散密度小，烧损大，料层透气性好，因而适当压料和加厚料层烧结会取得好的效果。

锰烧结矿中有一部分锰以低价氧化物方锰矿(MnO)和黑锰矿(Mn2O4)存在，在低温下，与氧有较大的亲合力，在通风冷却过程中，将发生氧化反应而放出热量，使锰烧结矿的冷却过程变得复杂，冷却速度变慢。

由于锰矿石烧结存在一些有别于铁矿石烧结的特点，在选择锰矿石烧结工艺流程和进行设计时，要充分考虑。通过试验研究和比较来确定。

二、锰矿烧结技术的进步

锰烧结矿的生产工艺与铁烧结矿的生产工艺基本相同，只要根据锰矿石烧结的特点，对设备和工艺过程做些相应的调整，以适应锰矿石烧结。随着科学技术的发展，锰矿石烧结技术也迅速发展。设备和工艺方面的进步主要有以下几点：

(1)烧结机由老式弯道型发展为较先进的摆架型及平移架型。

(2)热矿生产发展为冷矿生产。带式冷却机替代问题较多的振动式冷却机。

(3)采用了先进的铺底料工艺及制粒系统。可延长台车寿命，降低炉蓖消耗，降低废气含尘量。

(4)生产指标不断改善：

烧结利用系数已达到1.20t/(m2·h)。

单位燃料消耗逐渐降低，根据原料、产品的不同，燃料比一般在120~150kg/t。

烧结机作业率增高，已达90%以上。

烧结返矿率大幅度降低，已达10%~15%。

(5)采用了厚料层烧结、高碱度(高氧化镁)烧结、混合料添加消石灰等强化烧结措施。

(6)建立了完善的除尘系统，改善了工作环境，减少了粉尘污染。

锰矿烧结技术的发展，提高了锰烧结矿的产量，改善了锰烧结矿的质量，因而能为冶炼工序提供优质的锰矿原料。

三、锰矿烧结对原料的要求

锰矿烧结的主要原料有锰粉矿(粉锰矿，锰选精矿)、熔剂(石灰石，白云石)、燃料(焦粉，无烟煤)。通常烧结过程中，处于高温带的厚度仅为15~40mm，所有烧结反应仅在0.5~1.5min内完成。同时又要使烧结料层有良好的透气性，并最终获得符合质量要求的烧结矿。因此对烧结原料的物理化学性能有相应的要求。

(1)锰粉矿锰粉矿的粒度上限应严格控制。锰矿烧结较适宜的粒度应为0~6mm;含有少量6~10mm的也可以烧结，但应小于12%。粒度过粗，会在烧结中形成“夹生”现象。粒度过粗，料层透气性过高，空气带走的热量过多，使粗粒度来不及完全反应，或仅颗粒表面熔结，势必造成结构疏松和质量低的产品。如果粒度过细，则会严重降低烧结料层的透气性。此时应加强制粒工作，必要时可配入适量的粘结剂(石灰、消石灰、膨润土、木质素等)，使细粒度的锰精矿粉形成单独的小球或以返矿为核心的外包精矿粉小球，但该小球要求具有足够的机械强度和抗高温热冲击能力。

(2)熔剂添加熔剂的类型主要有石灰石和白云石、生石灰和消石灰，其添加的数量根据冶炼的要求来确定。

石灰石和白云石较便宜，且劳动条件较好。为保证熔剂在烧结过程中完全反应，通常采用0~3mm粒度范围。粒度过粗时，在烧结矿中会出现大量的游离氧化钙，在贮存过程中易发生水化作用，而使烧结矿强度变差，粉末增多。在生产中，添加的熔剂量越多，其粒度要求越细。这样才能使其在烧结料内分布均匀和反应完全。

为了使熔剂中的有效氧化钙量增大，应选择含酸性脉石成分尽可能少的熔剂。

在烧结料中配入一定量的生石灰或消石灰，能强化制粒。这对改善细粒粉矿的制粒和烧结性能是十分有利的。

(3)燃料配入烧结料的燃料要求挥发分低，灰分少，含碳量高。

配入烧结混合料中的燃料要保证高温燃烧带达到1300℃的时间为lmin左右，以使锰粉矿完全烧结。燃料粒度控制通常是0~3mm，平均粒度1.2~1.5mm。如果粒度过细，会形成闪烁燃烧，高温保持时间不足;若粒度过粗，则会形成较多的局部还原区，高温保持时间延长，燃烧带扩大，粒层阻力增大。因而对0~6mm的粉矿烧结，燃料粒度为0~3mm为宜。但当粉矿粒度增大到0~10mm，则燃料粒度应为0~5mm。同时燃料粒度的选择也要考虑其燃料的反应性，反应性强的无烟煤粒度可达0~6mm，反应性弱的焦粉，其粒度应为0~3mm。