金属锰粉的生产方法与工艺流程

    金属锰粉的生产方法大致可分为机械粉碎法和物理化学制粉法，见下表。

    金属锰分为火法还原生产的金属锰和湿法电积生产的电解金属锰。火法金属锰为块状，难粉碎；湿法电解金属锰为片状，易粉碎，且纯度高。同时，金属锰粉生产规模一般较大，而金属锰粉的附加值不高，这些因素决定了采用机械粉碎法适合于生产金属锰粉，且所用原料为电解金属锰。工业应用的方法主要有：球磨法、超细粉碎法、对辊破碎法、立磨粉碎法等。机械粉碎法的基本原理是利用锰片的脆性通过剪切、冲击、弯曲、挤压、研磨等将锰片粉碎成锰粉。
    一、球磨法生产金属锰粉
    1.金属锰粉生产工艺流程
    球磨机是最古老的研磨机，目前仍广泛应用于化工原料、陶瓷原料、涂料等超细粉末的制备。球磨机的特点是粉碎比大，结构简单，机械可靠性强，磨损零件容易检查和更换，工艺成熟，可标准化，可适应不同情况下的操作，如粉碎与干燥、粉碎与混合同时进行等，既可用于干法粉碎，又可进行湿式粉碎。但是，球磨机的粉碎效率低，单位产量的能耗较高，不能连续化作业，研磨介质容易磨损，而且运转时噪音大。
    球磨法制锰粉的原理是当球磨机运转时，研磨介质与物料一起在离心力和摩擦力的作用下被提升到一定高度后，由于重力作用而脱离筒壁沿抛物线轨迹下落，然后，它们又被提升到一定高度，再又沿抛物线轨迹下落。如此周而复始，使处于研磨介质之间的物料受冲击作用而被击碎；同时，由于研磨介质的滚动和滑动，使颗粒受研磨、摩擦、剪切等作用而被磨碎。
    金属锰粉生产的原则流程见图1。

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    2.过程操作
    1)粗碎
    片状金属锰易堆积架桥，流动性较差，球磨过程中容易形成沿锰片侧面磨削的情形，破碎效率低；特别是对电积时间长、厚度大的锰片，这种现象尤为突出，所以，进球磨机前锰片一般需经粗碎。粗碎在对辊破碎机中进行。对辊辊子挤碎锰片过程中不时有火星冒出，故应用惰性气体保护，粗碎过程细粉产出不多，但还是有少量粉尘产生，需设置收尘设施。
    2)球磨
    球磨机是球磨法制备锰粉的主体设备。由于金属锰硬度大，且锰粉产品对铁含量有较严格的要求，因此，球磨机内衬和球磨材质宜选择刚玉。
    球磨机的工作参数如装球量、装料量、磨机转速等都按常规球磨机选取，将磨球、粗碎料及筛上物料加入球磨机内，为防止球磨机内高浓度金属锰粉尘爆炸，装料完毕需将球磨机内空气抽出，充以氮气，然后密封，转动球磨机，并开始计时。
    由于过细金属锰粉容易氧化，客户一般要求-0.05mm锰粉小于20%，最多不超过25%。所以一次球磨时间不宜过长，一般磨3h左右卸料筛分。
    卸料操作是最易引起火灾的环节。粉尘浓度高，粉料因球磨温度也有所升高，卸料时球与球之间、球与磨机筒体之间、球与接料装置之间的碰撞都可能产生火花，进而引起爆炸。为此，卸料必须在惰性气体保护下进行，且须设计特殊的卸料装置。
    球磨法生产锰粉的优点是磨碎过程没有粉尘外溢，也可控制爆炸发生；其缺点是间歇操作，生产效率较低。
    3)筛分
    筛分对于生产出合格的微细粉产品是至关重要的。磨碎过程中，随着时间的延长，物料粒度逐渐减少；同时，物料的比表面积逐渐增大，比表面能也逐渐增大，因而微细颗粒相互团聚的趋势也逐渐增强。为提高粉碎效率和降低能耗，除了改进粉碎机以及在粉碎中添加助磨剂外，最重要的一点就是及时地分出合格的细粒级产品，避免使合格细粒级物料在磨机中“过磨”,为此,必须在超细粉碎工艺中设置高效率的分级设备。对金属锰粉的筛分，高频振动筛是比较合适的设备，筛分时有部分粉尘产生，需做防尘除尘处理。
    4)包装
    由于电解金属锰粉活泼，特别是新制备的锰粉在空气中容易氧化，要保证锰粉质量，包装质量是很重要的环节。一般，包装为两层，内层为塑料薄膜袋或铝箔袋，并抽真空，外包装为铁桶。包装规格分每桶50,100,250,500kg不等。
    二、气流磨生产金属锰粉
    高压气流磨是一种较成熟的超细粉碎技术。它利用高速气流(300~500m/s)的能量使颗粒相互产生冲击、碰撞和摩擦，从而导致颗粒粉碎。
    图2所示为金属锰气流粉碎装置。

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     高速气流是通过安装在磨机周边的喷嘴将高压空气喷出后迅速膨胀来产生的。由于喷嘴附近速度梯度很高，因此，绝大多数的粉碎作用发生在喷嘴附近。在制粉室中，颗粒与颗粒间碰撞的频率远远高于颗粒与器壁的碰撞，即气流磨中的主要粉碎作用是颗粒之间的冲击或碰撞。气流磨是最常用的超细粉碎设备之一，产品细度一般可达1~5μm，产品粒度上限取决于混合气流中的固体含量，与单位能耗成反比。固体含量越低，产品粒度越细。气流粉碎的产品具有粒度分布较窄、颗粒表面光滑、颗粒形状规则、纯度高、活性大、分散性好等特点。且过程在封闭系统中进行，自动化高，操作简单，有惰性气体保护，很少有起火、爆炸事故发生，也较少有粉尘产生，对环境保护较好。其缺点是要求入料颗粒细，产能低，相对来说成本较高。
    用气流磨进行粉碎，除了气流磨本身外，还要有辅助设备，这些辅助设备包括气流发生设备、气流净化设备和处理设备、加料设备、成品收集设备、废气流夹带物料的捕集回收设备、除尘设备等。因金属锰粉易燃易爆，必须采用惰性气体流粉碎，流程布置的特点应保证惰性气体的回收利用。
    三、高压辊磨法生产金属锰粉
    高压辊磨机是一种较新的粉碎设备，它具有效率高、能耗低、磨损轻、噪音小、操作简便、应用范围广等优点。与普通辊式磨机相比，单位能耗下降10%~20%，用于磨水泥熟料，磨损仅为1.5g/t，约为球磨机(200g/t)的1%。
    高压辊磨机主要由给料装置、料位控制装置、辊子(一个定辊、一个动辊)、传动装置(电机、皮带轮、齿轮轴)、液压系统、横向防漏装置等部分组成。

    高压辊磨机的工作原理如图3所示。物料由给料装置(重力或预压螺旋给料机)给入，在相向旋转的两个辊子之间，颗粒因相互挤压而被粉碎，在50MPa以上的压应力作用下，大多数被粉碎的物料通过两辊子间的最小间隙S后被有效地压碎。
    两个辊子中，一个是支承在轴承的固定辊，另一个是运动的辊子，通过动辊对物料层施加磨料力F，两个辊子以相同的速度相向旋转，辊子两端用密封装置防止物料在高压作用下从辊子横向间隙中漏出。由于高压辊磨机独特的工作原理，使其适用于粉碎硬、中硬、软等各种不同硬度的脆性物料。
    金属锰质硬而脆，较适合于用高压辊磨机粉碎，用高压辊生产锰粉，不仅生产效率高，而且较便于系统密封防尘防爆。
    四、搅拌磨生产锰粉
    搅拌磨一般需有液体介质存在，较适合制备锰粉浆料，当锰粉用于生产化工产品下阶段还需经湿法处理时，常采用搅拌磨，且有水介质存在，这时也需要注意消除氢气的安全隐患。因锰粉与水反应有氢气放出，特别在研磨过程中，新形成的锰粉与水反应更为激烈，车间应严禁烟火，且通风良好。
     五、抗氧化锰粉生产
    抗氧化锰粉是在普通电解锰粉的表面形成一层抗氧化膜，防止其与空气接触而进一步氧化。
    生产抗氧化锰粉的关键步骤有三个方面：一是低氧电解锰粉的生产；二是抗氧化处理即锰粉的表面钝化处理；三是干燥，干燥温度不宜过高，且需惰性气体保护。