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锰和锰铁的生产

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锰的生产

金属锰的生产采用铝热法、电热法和电解法。铝热法必须采用优质锰矿作原料,且耗铝多,成本高;电热法工艺流程长,操作比较复杂;电解法则可用贫锰矿作原料获得高纯度的产品,得到广泛应用。

锰

1、铝热法

该法采用MnO2、MnO3、Mn3O4和MnO作原料,进行还原反应获得金属锰。以MnO作原料时,热量不够,需要补充热量;而用MnO2作原料时,反应又过于激烈,不易控制。用Mn2O3和Mn2O4作原料,能释放足够的热量,且易于控制。冶炼时要用含杂质低的氧化锰矿,磨细后与约为理论需要量90%的铝粒和相当于10%~20%铝量的石灰混合均匀后,用上部点火法冶炼。所得金属锰产品含锰93%~96%,甚至更高,锰含量也因原料而异。

2、 电热法

先用锰矿配加少量焦炭在电炉中进行控制还原,炼得低铁、低锰的富锰渣(Mn>45%,P<0.03%,Fe<0.80%)。富锰渣用木炭作还原剂,炼出低磷碳素锰铁,再加硅石、木炭,炼得高硅锰硅合金(Si>30%)。后用高硅锰硅合金和富锰渣配加石灰,在电弧炉内进行脱硅精炼,得到含锰93%~97%的金属锰。

3、电解法

生产金属锰采用硫酸锰水溶液电解法。虽然锰的电解电动势达-1.05V,但由于氢在金属锰上的过电压,锰仍然可从中性溶液析出到固体阴极上。电解的重要条件是溶液中不含其他金属杂质,所以硫酸锰溶液必须在电解前充分净化。此外在阳极上有Mn2++2H2O-2e——>MnO2+4H+反应产生MnO2,所以必须采用隔膜电解槽。硫酸锰电解的工业生产流程见图9-1-15所示。

采用菱锰矿作原料时,可直接溶解于稀硫酸。如用氧化锰矿则须先经还原焙烧,把锰转化为可溶的MnO。浸出一般利用电解后的阳极液,并配加硫酸,调节pH到2.5左右。浸出液经澄清过滤后用氨水、MnO2(可用阳极泥)或石灰乳中和到pH为6.5,沉淀出氢氧化铁、氢氧化铝、二氧化硅、砷、钼和镍等杂质。滤液加硫化铵〔(NH4)2S〕或硫化氢(H2S),将剩余的微量铁、砷、铜、锌、镍等再沉淀除去。同时加入少量硫酸亚铁(FeSO4)除去胶体及硫化物。净化液经贮液槽导入电解槽。在贮液槽及输送管道上引入SO2约0.1g/L以防止氧化。

锰铁的生产

1、高炉冶炼

一般采用1000m3以下的高炉,设备和生产工艺大体与炼铁高炉相同。锰矿石在电炉顶下降的过程中,高价的氧化锰(MnO2,Mn2O3,Mn3O4)随温度升高,被CO逐步还原到MnO。但MnO只能在高温下通过碳直接还原成金属,所以冶炼锰铁需要较高的炉缸温度,为此炼锰铁的高炉采用较高的焦比(1600kg/t)左右和风温(1000C以上)。为降低锰损耗,炉渣应保持较高的碱度(CaO/SiO2大于1:3)。由于焦比高和间接还原率低,炼锰铁高炉的煤气产率和CO量比炼铁高炉为高,炉顶温度也较高(350C以上)。富气鼓风可提高炉缸温度,降低焦比,增加产量,且因煤气量减少可降炉顶温度,对锰铁的冶炼有显著的改进作用。

锰铁

2、电炉冶炼

锰铁的还原冶炼有熔剂法(又称低锰渣法)和无熔剂法(高锰渣法)两种。熔剂法原理和高炉冶炼相同,只是以电能代替加热用的焦炭。通过配加石灰形成高碱度炉渣(CaO/SiO2为1.3~1.6)以减少锰的损失。无熔剂法冶炼不加石灰,形成碱度较低CaO/SiO2<1.0)含锰较高的低铁低磷富锰渣。此法渣量少,可降低电耗,且因渣温较低可减轻锰的蒸发损失,同时副产品富锰渣(含锰25%~40%)可作冶炼锰硅合金的原料,取得较高的锰的综合回收率(90%以上)。现代工业生产大多采用无熔剂法冶炼碳素锰铁,并与锰硅合金和中低碳锰银的冶炼组成联合生产流程,如图9-1-16所示。

现代大型锰铁还原电炉容量达40000~75000kV.A,一般为固定封闭式。熔剂法的冶炼电耗一般为(2.5~3.5)×3.6GJ/t,无熔剂法的电耗为(2~3)×3.6GJ/t。锰硅合金用封闭或半封闭还原电炉冶炼。一般采用含二氧化硅高、含磷低的锰矿或另外配加硅石为原料。富锰渣含磷低、含二氧化硅高是冶炼锰硅合金的好原料。冶炼电耗一般约(3.5~5)×3.6GJ/t。入炉原料先作预处理,包括整粒、预热、预还原和粉料烧结等,对电炉操作和技术经济指标起显著改善作用。

3、 电炉精炼

中、低碳锰铁一般用1500~6000kV.A电炉进行脱硅精炼,以锰硅、富锰矿和石灰为原料,其反应为:

MnSi+2MnO+2CaO——>2Mn+2CaO.SiO2

采用高碱度渣可使炉渣含锰降低,减少由弃渣造成的锰损失。联合生产中采用较低的渣碱度(CaO/SiO2<1.3)操作,所得含锰较高(20%~30%)的渣用于冶炼锰硅合金。炉料预热或装入液态锰硅合金有助于缩短冶炼时间、降低电耗。精炼电耗一般在%",@A 左右。中、低碳锰铁也用热兑法,通过液态锰硅合金和锰矿石、石灰熔体的相互热兑进行生产。

4、吹氧精炼

用纯氧吹炼液态碳素锰铁或锰硅合金可炼得中、低碳锰铁。此法经过多年试验研究,于1976年进入工业规模生产。应当指出,据统计70代用于钢铁工业的锰占世界锰矿总开采量的95%以上(其中约98%用于炼钢),余额半数用于有色金属合金,半数用于电池、化学工业等。关于锰在其他方面的加工利用,如电池用二氧化锰和一些锰化学产品的生产,可参阅有关专著。

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