本發(fā)明屬于軟錳礦還原焙燒，具體涉及一種多金屬伴生軟錳礦流態(tài)化氫基礦相轉(zhuǎn)化處理方法。

背景技術(shù)：

1、多金屬伴生軟錳礦作為一種復(fù)雜的礦產(chǎn)資源，在全球范圍內(nèi)分布廣泛且儲(chǔ)量可觀，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和戰(zhàn)略意義。然而，現(xiàn)有的處理工藝面臨著一系列嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的濕法冶金處理多金屬伴生軟錳礦時(shí)，通常需要使用大量的強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等化學(xué)試劑進(jìn)行浸出操作。這不僅導(dǎo)致化學(xué)試劑的消耗量大，顯著增加了生產(chǎn)成本，而且在浸出過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的酸性或堿性廢水。這些廢水含有高濃度的重金屬離子、氨氮以及其他有害物質(zhì)，如果未經(jīng)妥善處理直接排放，會(huì)對(duì)周邊水體環(huán)境造成極其嚴(yán)重的污染，引發(fā)水體酸化、富營(yíng)養(yǎng)化以及毒害水生生物等一系列環(huán)境問(wèn)題，同時(shí)也面臨著巨大的環(huán)保處理壓力與高昂的處理費(fèi)用?；鸱ㄒ苯鸸に囋谔幚矶嘟饘侔樯涘i礦時(shí)，一般在高溫條件下進(jìn)行礦石的熔煉與還原。此過(guò)程往往伴隨著大量二氧化碳(co2)、一氧化碳(co)等溫室氣體的排放，對(duì)全球氣候變暖產(chǎn)生負(fù)面影響，不符合當(dāng)前低碳環(huán)保的發(fā)展理念。并且，火法冶金所需的高溫環(huán)境通常依賴(lài)于大量煤炭、焦炭等化石燃料的燃燒來(lái)維持，這進(jìn)一步加劇了能源的消耗與碳排放。此外，火法冶金過(guò)程中礦石的熔煉不均勻性以及高溫下金屬的揮發(fā)損失等問(wèn)題，也會(huì)導(dǎo)致金屬回收率較低，資源浪費(fèi)現(xiàn)象較為嚴(yán)重。

2、在物相調(diào)控方面，傳統(tǒng)工藝無(wú)論是濕法還是火法，均難以精確控制軟錳礦在脫水、還原等關(guān)鍵過(guò)程中的物相轉(zhuǎn)變。軟錳礦中多種金屬元素相互交織，其物相變化復(fù)雜多樣，傳統(tǒng)工藝缺乏精準(zhǔn)的調(diào)控手段，使得后續(xù)的分離提純工序難度加大。例如，在一些傳統(tǒng)的還原過(guò)程中，由于無(wú)法精準(zhǔn)控制還原程度和物相結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致生成的金屬礦物顆粒大小不均勻、晶體結(jié)構(gòu)缺陷多，從而影響了磁選、浮選等后續(xù)分離工藝的效果，降低了錳精礦以及其他伴生金屬精礦的品位與回收率。隨著全球資源短缺問(wèn)題的日益突出以及環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，開(kāi)發(fā)一種高效、綠色、能夠精準(zhǔn)調(diào)控物相的多金屬伴生軟錳礦處理工藝迫在眉睫，這對(duì)于提高資源利用率、降低環(huán)境污染、推動(dòng)礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有極為重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中處理多金屬伴生軟錳礦技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種多金屬伴生軟錳礦流態(tài)化氫基礦相轉(zhuǎn)化處理方法，采用空氣預(yù)熱、h2還原的流態(tài)化氫基礦相轉(zhuǎn)化技術(shù)，使多金屬伴生軟錳礦實(shí)現(xiàn)脫水、還原過(guò)程的物相精準(zhǔn)轉(zhuǎn)化。

2、一種多金屬伴生軟錳礦流態(tài)化氫基礦相轉(zhuǎn)化處理方法，具體包括以下步驟：

3、(1)將原礦進(jìn)行磨礦作業(yè)，使其細(xì)化至所需粒度標(biāo)準(zhǔn)，得到軟錳礦磨礦產(chǎn)品；

4、(2)將所得軟錳礦磨礦產(chǎn)品初步烘干，隨后打散至均勻松散的狀態(tài)排出；

5、(3)打散后的軟錳礦產(chǎn)品進(jìn)入流態(tài)化還原焙燒系統(tǒng)的礦相轉(zhuǎn)化焙燒爐中，在空氣氣氛下，軟錳礦被提前預(yù)熱且脫出吸附水，隨后通入n2氣體排空爐內(nèi)空氣，再通入n2和h2的混合氣體，并在此氣氛下進(jìn)行流態(tài)化氫基還原，得到還原產(chǎn)品；

6、(4)還原產(chǎn)品在n2氣氛下冷卻到常溫，得到冷卻產(chǎn)品。

7、其中：

8、所述步驟(1)中，原礦磨礦至粒度為-0.074mm≥60％。

9、所述步驟(2)中，初步烘干的溫度為100℃～200℃，時(shí)間為25min～45min。

10、所述步驟(3)中，軟錳礦的預(yù)熱溫度為200℃～400℃，預(yù)熱時(shí)間為1min～5min。

11、所述步驟(3)中，n2和h2的混合氣中，h2的體積濃度為15％～30％。

12、所述步驟(3)中，流態(tài)化氫基還原的溫度為500℃～700℃，還原時(shí)間為15min～35min。

13、所述步驟(4)中，冷卻產(chǎn)品中(mn2+)/(tmn)≥90％。

14、本發(fā)明的一種多金屬伴生軟錳礦流態(tài)化氫基礦相轉(zhuǎn)化處理方法，其關(guān)鍵技術(shù)原理為：

15、1.本發(fā)明還原階段采用h2作為還原氣對(duì)多金屬伴生軟錳礦進(jìn)行氫基礦相轉(zhuǎn)化，軟錳礦(mno2)精準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為方錳礦(mno)使其用于下階段浸出。還原順序?yàn)閙no2→mn2o3→mn3o4→mno，高價(jià)態(tài)的mno2逐步被還原為低價(jià)態(tài)的mno。

16、其中，涉及的礦相轉(zhuǎn)化原理為：

17、2mno2(s)+h2(g)＝mn2o3(s)+h2o(g)

18、3mn2o3(s)+h2(g)＝2mn3o4(s)+h2o(g)

19、mn3o4(s)+h2(g)＝3mno(s)+h2o(g)

20、2.本發(fā)明冷卻階段采用氮?dú)鈱?duì)還原產(chǎn)物進(jìn)行冷卻，通過(guò)保護(hù)氣冷卻防止方錳礦(mno)按照mno→mn3o4→mn2o3的順序，逐步被氧化為黑錳礦(mn3o4)、褐錳礦(mn2o3)等，影響后續(xù)浸出效率。

21、其中，涉及的氧化反應(yīng)原理為：

22、6mno(s)+o2(g)＝2mn3o4(s)

23、4mn3o4(s)+o2(g)＝6mn2o3(s)

24、該礦相轉(zhuǎn)化過(guò)程實(shí)現(xiàn)了對(duì)新生方錳礦(mno)的準(zhǔn)確調(diào)控，使方錳礦在冷卻過(guò)程氧化率大大降低，進(jìn)一步提升其后續(xù)階段的浸出效率。

25、3.本發(fā)明采用還原階段通入h2的流態(tài)化氫基還原焙燒技術(shù)，使難選軟錳礦實(shí)現(xiàn)礦相轉(zhuǎn)化，軟錳礦(mno2)精準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為方錳礦(mno)，少量轉(zhuǎn)化為黑錳礦(mn3o4)、褐錳礦(mn2o3)，使其酸溶性增加，更利于后續(xù)浸出作業(yè)。

26、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)及有益效果在于：

27、1.采用h2還原多金屬伴生軟錳礦的工藝應(yīng)運(yùn)而生，為錳精礦制備領(lǐng)域帶來(lái)了創(chuàng)新性突破。相較于傳統(tǒng)的化學(xué)還原及冶金工藝，該工藝在還原反應(yīng)階段展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)，不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳(co2)、一氧化碳(co)等溫室氣體以及含酸廢水，從源頭上有效遏制了污染，極大地降低了對(duì)生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響，因而該技術(shù)在低碳減排方面成效顯著，極具環(huán)保優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用價(jià)值。

28、2.本發(fā)明創(chuàng)新性地把流態(tài)化焙燒技術(shù)引入到多金屬伴生軟錳礦焙燒工藝之中。對(duì)比其他常規(guī)工藝，流態(tài)化焙燒技術(shù)使得還原氣與固體顆粒接觸更加充分，在能耗方面優(yōu)勢(shì)突出。軟錳礦在還原過(guò)程中需經(jīng)歷三次物相變化，流態(tài)化焙燒技術(shù)能夠高效的還原得到高純度方錳礦，使還原率大大增加。

29、3.本發(fā)明采用還原階段通入h2的流態(tài)化還原焙燒和冷卻階段通入氮?dú)獾睦鋮s技術(shù)，使多金屬伴生軟錳礦實(shí)現(xiàn)還原的物相精準(zhǔn)調(diào)控。在此精準(zhǔn)調(diào)控下，軟錳礦(mno2)能夠精準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為方錳礦(mno)，高價(jià)錳氧化物(mn3o4、mn2o3)的生成得到有效抑制，從而最大程度降低了對(duì)后續(xù)錳礦物浸出環(huán)節(jié)的不利影響。

技術(shù)特征：

1.一種多金屬伴生軟錳礦流態(tài)化氫基礦相轉(zhuǎn)化處理方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多金屬伴生軟錳礦流態(tài)化氫基礦相轉(zhuǎn)化處理方法，其特征在于，所述步驟(1)中，原礦磨礦至粒度為-0.074mm≥60％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多金屬伴生軟錳礦流態(tài)化氫基礦相轉(zhuǎn)化處理方法，其特征在于，所述步驟(2)中，初步烘干的溫度為100℃～200℃，時(shí)間為25min～45min。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多金屬伴生軟錳礦流態(tài)化氫基礦相轉(zhuǎn)化處理方法，其特征在于，所述步驟(3)中，軟錳礦的預(yù)熱溫度為200℃～400℃，預(yù)熱時(shí)間為1min～5min。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多金屬伴生軟錳礦流態(tài)化氫基礦相轉(zhuǎn)化處理方法，其特征在于，所述步驟(3)中，n2和h2的混合氣中，h2的體積濃度為15％～30％。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多金屬伴生軟錳礦流態(tài)化氫基礦相轉(zhuǎn)化處理方法，其特征在于，所述步驟(3)中，流態(tài)化氫基還原的溫度為500℃～700℃，還原時(shí)間為15min～35min。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多金屬伴生軟錳礦流態(tài)化氫基礦相轉(zhuǎn)化處理方法，其特征在于，所述步驟(4)中，冷卻產(chǎn)品中(mn2+)/(tmn)≥90％。

技術(shù)總結(jié)
一種多金屬伴生軟錳礦流態(tài)化氫基礦相轉(zhuǎn)化處理方法，屬于軟錳礦還原焙燒技術(shù)領(lǐng)域，步驟如下：將原礦細(xì)化至所需粒度標(biāo)準(zhǔn)，得到磨礦產(chǎn)品，烘干后打散至均勻松散狀態(tài)排出；打散后的軟錳礦產(chǎn)品進(jìn)入流態(tài)化還原焙燒系統(tǒng)的礦相轉(zhuǎn)化焙燒爐中，在空氣氣氛下被提前預(yù)熱且脫出吸附水，隨后通入N<subgt;2</subgt;氣體排空爐內(nèi)空氣，再通入N<subgt;2</subgt;和H<subgt;2</subgt;的混合氣體，進(jìn)行流態(tài)化氫基還原，得到還原產(chǎn)品；還原產(chǎn)品在N<subgt;2</subgt;氣氛下冷卻到常溫，得到冷卻產(chǎn)品。本發(fā)明采用的流態(tài)化焙燒技術(shù)，能夠高效的還原得到高純度方錳礦，使還原率大大增加，冷卻階段通入氮?dú)饽軌驅(qū)崿F(xiàn)還原的物相精準(zhǔn)調(diào)控，相較傳統(tǒng)工藝具備環(huán)保優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)研發(fā)人員：袁帥,武子建,白哲,韓躍新,李艷軍,高鵬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東北大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24