D0L:10.13374.issn1001-053x.2012.09.013 第34卷第9期 北京科技大学学报 Vol.34 No.9 2012年9月 Journal of University of Science and Technology Beijing Sep.2012 低品位软锰矿流态化还原焙烧 王纪学”冯雅丽)四 李浩然) 1)北京科技大学土木与环境工程学院，北京1000832)中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室，北京100190 区通倍作者，E-mail:ylfengl26@126.com 摘要采用流化床和马弗炉，进行了流态化还原培烧与静态堆积焙烧对比实验，前者还原焙烧时间和还原效率明显优于后 者.以C0和、，分别作为还原气体和流体介质进行了流态化还原焙烧实验，考察焙烧温度、焙烧时间和还原气氛等对还原效 率的影响.在焙烧温度800℃、培烧时间3m以及C0体积分数10%时，软锰矿中二氧化锰的还原效率大于97%.在此基础 上导出了还原动力学方程，并证实还原过程由界面化学反应控制，求得表观活化能为38.817kJm. 关键词软锰矿：流化床：矿石还原：矿石培烧：反应动力学 分类号TF792 Fluidizing reduction roasting of low grade pyrolusite WANG Ji-xue),FENG Ya-i),LI Hao-ran2) 1)School of Civil and Environmental Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)National Key Laboratory of Biochemical Engineering,Institute of Process Engineering,Chinese Academy of Science,Beijing 100190,China Corresponding author,E-mail:ylfengl26@126.com ABSTRACT Contrast experiments between fluidizing reduction roasting and muffle furnace static roasting were performed with a flu- idized bed and a muffle furnace.It is found that the former is obviously better in terms of roasting time and reduction efficiency.CO and N2 were used as reducing gas and fluid medium in fluidizing reduction roasting,respectively,and the effects of operation parame- ters such as roasting temperature,roasting time,and reducing atmosphere on the reduction efficiency were analyzed.When the roasting temperature is 800 C,the roasting time is 3 min,and the volume fraction of CO is 10%,a reduction efficiency of greater than 97%for MnO in pyrolusite can be achieved.The reduction kinetics was also investigated,and it is confirmed that the reduction process is con- trolled by interface chemical reaction.The apparent activation energy of the reduction is about 38.817kJmol KEY WORDS pyrolusite:fluidized beds;ore reduction:ore roasting:reaction kinetics 我国富锰资源日益匮乏，大量的低品位氧 学多元素分析和X射线衍射分析见表1和图1. 化锰矿资源亟待开发利用.氧化锰矿传统的焙烧还 表1原矿的化学多元素分析结果（质量分数） 原和湿法还原方法存在还原效率低、渣量大以及副 Table 1 Chemical analysis results of multi-elements in the raw ore 反应不易控制等诸多问题5-习 本文利用细粒软锰矿在流态化条件下气一固接 Mn Si02 Fe20;Al203 Ca0 Na20 Mgo S P 触面积大、传热传质效率高和反应速率快的特 21.4336.368.117.795.312.791.930.20.02 点0，进行流态化还原焙烧实验，取得了较好的实 验效果 其主要锰矿物组分为二氧化锰，主要脉石矿物 为石英，并含有少量的赤铁矿及长石 1实验 1.2实验装置 1.1原料特性 实验所用的还原剂C0和流体介质N,均为工业 实验以云南某低品位软锰矿为研究对象，其化 纯.图2为自制流态化还原焙烧反应装置，主要由 收稿日期：201107-05 基金项目：国家高技术研究发展计划资助项目(2012AA062401):国家“十二五”科技支撑计划资助项目(2012BAB07B05:2012BAB14B05)第 34 卷 第 9 期 2012 年 9 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 9 Sep． 2012 低品位软锰矿流态化还原焙烧 王纪学1) 冯雅丽1) 李浩然2) 1) 北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083 2) 中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室，北京 100190 通信作者，E-mail: ylfeng126@ 126． com 摘 要 采用流化床和马弗炉，进行了流态化还原焙烧与静态堆积焙烧对比实验，前者还原焙烧时间和还原效率明显优于后 者． 以 CO 和 N2分别作为还原气体和流体介质进行了流态化还原焙烧实验，考察焙烧温度、焙烧时间和还原气氛等对还原效 率的影响． 在焙烧温度 800 ℃、焙烧时间 3 min 以及 CO 体积分数 10% 时，软锰矿中二氧化锰的还原效率大于 97% ． 在此基础 上导出了还原动力学方程，并证实还原过程由界面化学反应控制，求得表观活化能为 38. 817 kJ·mol － 1 ． 关键词 软锰矿; 流化床; 矿石还原; 矿石焙烧; 反应动力学 分类号 TF792 Fluidizing reduction roasting of low grade pyrolusite WANG Ji-xue 1) ，FENG Ya-li 1) ，LI Hao-ran2) 1) School of Civil and Environmental Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) National Key Laboratory of Biochemical Engineering，Institute of Process Engineering，Chinese Academy of Science，Beijing 100190，China Corresponding author，E-mail: ylfeng126@ 126． com ABSTRACT Contrast experiments between fluidizing reduction roasting and muffle furnace static roasting were performed with a flu￾idized bed and a muffle furnace． It is found that the former is obviously better in terms of roasting time and reduction efficiency． CO and N2 were used as reducing gas and fluid medium in fluidizing reduction roasting，respectively，and the effects of operation parame￾ters such as roasting temperature，roasting time，and reducing atmosphere on the reduction efficiency were analyzed． When the roasting temperature is 800 ℃，the roasting time is 3 min，and the volume fraction of CO is 10% ，a reduction efficiency of greater than 97% for MnO2 in pyrolusite can be achieved． The reduction kinetics was also investigated，and it is confirmed that the reduction process is con￾trolled by interface chemical reaction． The apparent activation energy of the reduction is about 38. 817 kJ·mol － 1 ． KEY WORDS pyrolusite; fluidized beds; ore reduction; ore roasting; reaction kinetics 收稿日期: 2011--07--05 基金项目: 国家高技术研究发展计划资助项目( 2012AA062401) ; 国家“十二五”科技支撑计划资助项目( 2012BAB07B05; 2012BAB14B05) 我国富锰资源日益匮乏［1--4］，大量的低品位氧 化锰矿资源亟待开发利用． 氧化锰矿传统的焙烧还 原和湿法还原方法存在还原效率低、渣量大以及副 反应不易控制等诸多问题［5--7］． 本文利用细粒软锰矿在流态化条件下气--固接 触 面 积 大、传热传质效率高和反应速率快的特 点［8--10］，进行流态化还原焙烧实验，取得了较好的实 验效果． 1 实验 1. 1 原料特性 实验以云南某低品位软锰矿为研究对象，其化 学多元素分析和 X 射线衍射分析见表 1 和图 1． 表 1 原矿的化学多元素分析结果( 质量分数) Table 1 Chemical analysis results of multi-elements in the raw ore % Mn SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaO Na2O MgO S P 21. 43 36. 36 8. 11 7. 79 5. 31 2. 79 1. 93 0. 2 0. 02 其主要锰矿物组分为二氧化锰，主要脉石矿物 为石英，并含有少量的赤铁矿及长石． 1. 2 实验装置 实验所用的还原剂 CO 和流体介质 N2均为工业 纯． 图 2 为自制流态化还原焙烧反应装置，主要由 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.09.013