專利名稱：生物質還原低品位氧化錳礦生產礦粉級一氧化錳設備系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于黑色冶金技術領域，具體涉及一種生物質還原低品位氧化錳礦生產礦粉級一氧化錳設備系統。
背景技術：
我國是錳生產大國，同時又是錳礦資源十分缺乏的國家，需要從國外大量進口錳礦，2010年錳礦進口量超過1100萬噸。目前國內絕大部電解錳企業采用碳酸錳作為原料進行生產，碳酸錳礦中錳礦的錳含量較低，同時鈣鎂含量高，造成了電解過程中的酸耗過大，尾渣量大，這給環境造成了巨大的壓力。為了解決資源與環境問題，以及降低電解錳企業的成本，提高電解錳企業市場競爭能力，十分必要將我國資源較為豐富、目前沒有得到完全利用的低品位氧化錳礦進行處理，代替碳酸錳礦。
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傳統的氧化錳還原主要采用煤作為還原劑，其還原溫度高，能耗大，生產成本高，同時沒有成熟的工藝設備，從而限制將二氧化錳還原成一氧化錳技術的發展。

發明內容
為了解決上述現有技術中存在的不足，本發明的目的在于提供一種生物質還原低品位氧化錳礦生產礦粉級一氧化錳設備系統，本發明采用生物質作為還原劑，將其還原溫度降低到500度以下，通過熱量利用系統，充分利用反應熱，讓能量得到了合理利用，進一步降低了生產成本。為達到上述目的，本發明所采用的技術方案是:生物質還原低品位氧化錳礦生產礦粉級一氧化錳設備系統，包括回轉預熱窯4，回轉預熱窯4的窯頭端和上料螺旋推進器16相連通，回轉預熱窯4的窯頭上端固定有旋風除塵器3，在旋風除塵器3的下端設置有布袋除塵器2，布袋除塵器2和引風機I相連，回轉預熱窯4的窯尾端設置有生物質燃燒器6，生物質燃燒器6通過生物質導氣管7和反應爐推進器9 一端連通，反應爐推進器9另一端和反應爐11入口連通，在反應爐11頂部設置有電機驅動的反應爐攪拌器，反應爐11出口和燜化罐12入口連通，燜化罐12出口和螺旋冷卻器13入口連通，在螺旋冷卻器13的出口設置有淋水器14，反應爐回熱管5的一端連接反應爐11的上端，另一端伸入回轉預熱窯4的窯尾內，燜化罐回熱管8 一端連接燜化罐12外層，另一端分兩路:一路通向回轉預熱窯4的窯尾，另一路通向反應爐11的底部，生物質氣發生爐10的出氣管一路通向回轉預熱窯4窯尾的生物質燃燒器6，另一路通向反應爐11的底部的燃燒器。所述反應爐11和燜化罐12均設計有夾層，內層中是礦物的流動，夾層中是氣體的流動。所述布袋除塵器2、旋風除塵器3、回轉預熱窯4、反應爐11和燜化罐12的表面均包覆隔熱陶瓷棉，布袋除塵器2和旋風除塵器3、旋風除塵器3和回轉預熱窯4、反應爐11和燜化罐12相互連接的管路表面也包覆隔熱陶瓷棉。
所述回轉預熱窯4和反應爐11的進出口處均裝有熱電偶和測壓點。所述引風機I的排出管、回轉預熱窯4和燜化罐12上均設置有流量測定點。所述淋水器14向螺旋冷卻器13中的噴水重量控制在礦物質重量的5-10%。本發明的反應爐采用立式攪拌機的形式，這樣，流體粉料在爐內不易沉積，有能使反應加速，反應更加充分的效果；反應爐的出口設在一定高度處，當爐礦料達到預設體積，便會自動流到爐外，爐底設有出料口，便于清理反應爐。實驗表明，本發明操作方便，運行穩定可控。用生物質加核心還原劑能在400 500°C溫度區間把四價錳還原成二價錳,還原產物完全可以替代碳酸錳礦物，生產電解錳及其他錳鹽系列產品的原料，并可降低電解錳及錳鹽產品的生產成本。


圖1是本發明系統結構示意圖。圖2是本發明還原過程流程圖。圖3是本發明系統的水系統示意圖。圖4是本發明系統的工藝線路氣系統示意圖。圖中:1-引風機，2-布袋除塵器，3-旋風除塵器，4-回轉預熱窯，5-反應爐回熱管，6-生物質燃燒器，7-生物質導氣管，8-燜化罐回熱管，9-反應爐推進器，10-生物質氣發生爐，11-反應爐，12-燜化灌，13-螺旋冷卻器，14-淋水器，15-燜化灌風機，16-上料螺旋推進器，18-加水電磁閥，19-水池，20-冷卻循環水泵，21-噴淋頭，22-噴淋泵，23-噴淋電磁閥，24-第一燃燒器，25-配氣閥門，26-第二燃燒器，27-第一風機，28-第二風機，29-壓縮空氣閥
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細說明。如圖1所示，本發明生物質還原低品位氧化錳礦生產礦粉級一氧化錳設備系統，包括回轉預熱窯4，回轉預熱窯4的窯頭端和上料螺旋推進器16相連通，回轉預熱窯4的窯頭上端固定有旋風除塵器3，在旋風除塵器3的下端設置有布袋除塵器2，布袋除塵器2和引風機I相連，回轉預熱窯4的窯尾端設置有生物質燃燒器6，生物質燃燒器6通過生物質導氣管7和反應爐推進器9 一端連通，反應爐推進器9另一端和反應爐11入口連通，在反應爐11頂部設置有電機驅動的反應爐攪拌器，反應爐11出口和燜化罐12入口連通，燜化罐12出口和螺旋冷卻器13入口連通，燜化罐12和燜化罐風機15連接，在螺旋冷卻器13的出口設置有淋水器14 ，反應爐回熱管5的一端連接反應爐11的上端，另一端伸入回轉預熱窯4的窯尾內，燜化罐回熱管8 一端連接燜化罐12外層，另一端分兩路:一路通向回轉預熱窯4的窯尾，另一路通向反應爐11的底部，生物質氣發生爐10的出氣管一路通向回轉預熱窯4窯尾的生物質燃燒器6，另一路通向反應爐11的底部的燃燒器。作為本發明的優選實施例，所述反應爐11和燜化罐12均設計有夾層，內層中是礦物的流動，夾層中是氣體的流動。流動的氣體，將反應爐的熱量進行利用，進一步作為燃燒、生物質發生爐的進氣。作為本發明的優選實施例，所述布袋除塵器2、旋風除塵器3、回轉預熱窯4、反應爐11和燜化罐12的表面均包覆隔熱陶瓷棉，布袋除塵器2和旋風除塵器3、旋風除塵器3和回轉預熱窯4、反應爐11和燜化罐12相互連接的管路表面也包覆隔熱陶瓷棉，進行保溫。作為本發明的優選實施例，所述回轉預熱窯4和反應爐11的進出口處均裝有熱電偶和測壓點。用于測量相應點的溫度和壓力。所述引風機I的排出管、回轉預熱窯4和燜化罐12上均設置有流量測定點。測量、控制儀表安裝在控制柜內，實施集中控制。燃料同樣都是生物質氣，為了保證實驗時各點溫度可調，生物質氣管道上裝有流量測定點，通過閥門調節生物質氣流量來控制設備的溫度。作為本發明的優選實施例，所述淋水器14向螺旋冷卻器13中的噴水重量控制在礦物質重量的5-10%。以降低礦物的活性便于保存。本發明系統充分考慮了熱量的利用與保溫。以提高系統的熱效率，降低生物質消耗，保溫有兩個目標，一是為了避免物料與設備發生粘接。堵塞工藝設備。二是為了提高系統的熱效率，降低燃料與還原劑的消耗。如圖2所示為本發明還原過程流程圖，首先將原礦磨碎到80目，還原催化劑與生物質也磨碎到80目，通過上料螺旋推進器將混合的礦物輸送到回轉預熱窯內，在回轉預熱窯4中，礦物和生物質首先被干燥，在回轉預熱窯的尾部，還原反應被啟動，并進入到反應爐內，在反應爐內利用反應熱進一步加快對礦物的還原，然后，進入到燜化罐之中，讓反應更加完全。待反應完全后，進入到螺旋冷卻器，讓礦物進一步降低溫度，降低生成物的活性以達到相對穩定的狀態。之后，進入到儲存和下一步的生產工藝之中。結合圖1和圖2詳細說明本發明系統的工作原理:研磨好的礦粉、生物質、還原催化劑，進入到上料螺旋推進器16之中，在其中被輸送的同時，進行混合。之后進入到回轉預熱窯4之中，在回轉預熱窯4內 ，原料被逆流加熱，進行干燥。同時，礦粉、生物質、還原催化劑進一步混合均勻，在回轉預熱窯4的尾部，設置有生物質燃燒器6，通過其燃燒，引燃生物質與礦粉間的還原反應。之后，原料進入到反應爐推進器9之內，其被輸送到反應爐11內，在反應爐11的頂部，設置有電機驅動的反應爐攪拌器，將原料進行攪拌，同時，促進還原反應的發生。反應爐的溫度控制在500-550攝氏度之間。在此溫度下，原料近似為半流體狀態。在反應一段時間后，進入到煙化te 12之中，物料在煙化12內進一步反應，并逐步的通過燜化罐12內的螺旋推進器，推送出去進入到螺旋冷卻器13之內。此時反應完全。在螺旋冷卻器13的出料口，設置有噴水冷設備，噴水量控制在礦物量的5-10%。以降低礦物的活性便于保存。如圖3所示為本發明系統的水系統示意圖，從燜化罐12中出來的礦粉進入到螺旋冷卻器13之內，打開加水電磁閥18將自來水引入水池19中，在冷卻循環水泵20的作用下，將礦粉在冷卻輸送器13的外套與內部的熱交換過程中冷卻。打開噴淋電磁閥23，在噴淋泵22的作用下，淋水器14的噴淋頭21在冷卻輸送器13的出料口噴射冷卻水，將礦粉進一步冷卻。達到降低礦粉的活性便于保存的目標。如圖4所示為本發明系統的工藝線路氣系統示意圖，首先第一風機27將環境空氣吹送到燜化罐12的外套之中，進行初步的加熱，加熱的空氣進入到反應爐11的外套之中，之后，進入到配氣閥門25，此時，熱的空氣分為兩路，一路進入到生物質氣發生爐10內，對生物質進行氣化反應，另一路經過第六配氣閥門25-6，進入到回轉預熱窯4之中，還有一路，經過第三配氣閥門25-3進入到第一燃燒器24之中，與生物質氣進行混合燃燒。生物質氣發生爐10產生的生物質氣，經過第二配氣閥門25-2分為兩路，一路經過第一配氣閥門25-1進入到回轉預熱窯4之中，進行燃燒反應。另一路經過第七配氣閥門25-7進入到第二燃燒器26之中，與空氣進行混合燃燒。在開始的時候，生物質氣發生爐10的進氣，可以通過第二風機28進氣，還可以通過工廠內的壓縮空氣管路經過壓縮空氣閥29減壓進入氣化需要的氣體。保證生物質發生爐從冷態產生生物質氣。在系統正常的溫度平衡后，生物質氣發生爐10的進氣來自被反應爐11所加熱的熱空氣。從反應爐11內產生的反應氣，直接有管道連接到回轉預熱窯4之中。回轉預熱窯4內的氣體與粉塵，在窯頭進入到旋風除塵器3之內，進行第一級除塵，再經過管路，進入到布袋除塵器2之中，除塵干凈的氣體，經過引風機1，排入到大氣之中。旋風除塵器3的物料排出口，接圖2中上料螺旋推進器16，粉塵直接進入到回轉預熱窯4之內。布袋除塵器2的出料口，接入到上料螺旋推進器16的下進料口。粒度為80目以下的粉狀二氧化錳礦石與生物質粉料按一定比例混合并通過回轉預熱窯4進行干燥與預熱，回轉預熱窯4內的溫度為200°C，在回轉預熱窯4內預熱與干燥的時間在20min左右；回轉預熱窯4窯內的熱源由生物質氣的燃燒，反應爐外加熱帶走的熱氣，反應爐11排除的熱氣體及燜化罐12冷卻后的熱氣提供，回轉預熱窯4排出的氣體由旋風除塵器3加布袋除塵器2，由弓I風機I抽走；生物質氣點火燃燒，對反應爐11底直接加熱，反應爐11內產生的生物質氣中含有CO、H2，從而形成還原氣氛，并使反應爐11內的溫度在400°C到600°C，混合礦料保持流體狀態；經過充分應后，礦料進入燜化罐12，風冷卻后進入螺旋冷卻器13進行逆流外套水冷卻，在出口處再淋水冷卻，得到焙燒物，由收集器收集。
權利要求
1.生物質還原低品位氧化錳礦生產礦粉級一氧化錳設備系統，其特征在于:包括回轉預熱窯(4)，回轉預熱窯(4)的窯頭端和上料螺旋推進器(16)相連通，回轉預熱窯(4)的窯頭上端固定有旋風除塵器(3)，在旋風除塵器(3)的下端設置有布袋除塵器(2)，布袋除塵器(2)和引風機(I)相連，回轉預熱窯(4)的窯尾端設置有生物質燃燒器(6)，生物質燃燒器(6)通過生物質導氣管(7)和反應爐推進器(9) 一端連通，反應爐推進器(9)另一端和反應爐(11)入口連通，在反應爐(11)頂部設置有電機驅動的反應爐攪拌器，反應爐(11)出口和燜化罐(12)入口連通，燜化罐(12)出口和螺旋冷卻器(13)入口連通，在螺旋冷卻器(13)的出口設置有淋水器(14)，反應爐回熱管(5)的一端連接反應爐(11)的上端，另一端伸入回轉預熱窯(4)的窯尾內，燜化罐回熱管(8) —端連接燜化罐(12)外層，另一端分兩路:一路通向回轉預熱窯(4)的窯尾，另一路通向反應爐(11)的底部，生物質氣發生爐(10)的出氣管一路通向回轉預熱窯(4)窯尾的生物質燃燒器(6)，另一路通向反應爐(11)的底部的燃燒器。
2.根據權利要求1所述的生物質還原低品位氧化錳礦生產礦粉級一氧化錳設備系統，其特征在于:所述反應爐(11)和燜化罐(12)均設計有夾層，內層中是礦物的流動，夾層中是氣體的流動。
3.根據權利要求1所述的生物質還原低品位氧化錳礦生產礦粉級一氧化錳設備系統，其特征在于:所述布袋除塵器(2)、旋風除塵器(3)、回轉預熱窯(4)、反應爐(11)和燜化罐(12)的表面均包覆隔熱陶瓷棉，布袋除塵器(2)和旋風除塵器(3)、旋風除塵器(3)和回轉預熱窯(4)、反應爐(11)和燜化罐(12)相互連接的管路表面也包覆隔熱陶瓷棉。
4.根據權利要求1所述的生物質還原低品位氧化錳礦生產礦粉級一氧化錳設備系統，其特征在于:所述回轉預熱窯(4)和反應爐(11)的進出口處均裝有熱電偶和測壓點。
5.根據權利要求1所述的生物質還原低品位氧化錳礦生產礦粉級一氧化錳設備系統，其特征在于:所述引風機(I)的排出管、回轉預熱窯(4)和燜化罐(12)上均設置有流量測定點。`
6.根據權利要求1所述的生物質還原低品位氧化錳礦生產礦粉級一氧化錳設備系統，其特征在于:所述淋水器(14)向螺旋冷卻器(13)中的噴水重量控制在礦物質重量的5-10%。
全文摘要
生物質還原低品位氧化錳礦生產礦粉級一氧化錳設備系統，包括回轉預熱窯，其窯頭端和上料螺旋推進器相連通，窯頭上端固定旋風除塵器，在旋風除塵器下端設有布袋除塵器，布袋除塵器和引風機相連，其窯尾端設置有生物質燃燒器，生物質燃燒器通過生物質導氣管和反應爐推進器一端連通，反應爐推進器另一端和反應爐入口連通，在反應爐頂部設有電機驅動的反應爐攪拌器，反應爐出口和燜化罐入口連通，燜化罐出口和螺旋冷卻器入口連通，在螺旋冷卻器的出口設有淋水器；本發明采用生物質作為還原劑，將其還原溫度降低到500度以下，通過熱量利用系統，充分利用反應熱，讓能量得到了合理利用，進一步降低了生產成本。
文檔編號C01G45/02GK103101979SQ20131002964
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月25日 優先權日2013年1月25日
發明者索雙富, 朱國才, 李德生, 王冬, 宋龍朝, 王科社 申請人:清華大學