第9期 王纪学等：低品位软锰矿流态化还原焙烧 ·989. 100 原率可以达到97%以上.这说明还原气体含量增 大，利于还原剂向物料颗粒内部的扩散，增大反应界 面处还原剂含量，一定程度上加快了表面化学反应 80 速率，使物料还原更为充分.继续增加C0体积分 70 数，还原率己趋于稳定.选择还原气氛为C0体积分 数10%. 2.5对比实验 40 为考察流态化还原焙烧相对于静态堆积焙烧的 600 700 800 900 烙烧温度℃ 优势，进行了马弗炉配碳还原焙烧对比实验，结果见 图5培烧温度对还原率的影响 表2. Fig.5 Effect of roasting temperature on reduction efficiency 表2静态堆积培烧与流态化还原培烧对比实验结果 原气氛不变，从图6中可以看出焙烧3min后，还原 Table 2 Contrast experimental results of static pilling roasting and fluid- 率可以达到97%，其后还原率变化不大.这说明软 izing reduction roasting 锰矿在流态化条件下，化学反应速率极快，在短短数 温度/时间/C0体积 C质量还原率/ 焙烧条件 min 分数1% 分数/% % 分钟内还原已趋于完成.以下还原时间选择3min. 马弗炉焙烧 800 30 o 62.03 100 马弗炉焙烧 800 60 10 90.42 马弗炉焙烧 800 120 10 92.30 0 流化床培烧800 3 10 97.73 从表2中可以看出流态化还原焙烧与静态堆积 焙烧相比，还原焙烧时间大大缩短，由堆积态的2h 减少为数分钟，且还原率显著提高.可见软锰矿在 20 流态化条件下，气体还原剂在物料颗粒内部的扩散 烙烧时向/min 速率大大提高，化学反应速率明显加快；在静态堆积 图6培烧时间对还原率的影响 焙烧中，固态还原过程主要通过C0的中间介质作 Fig.6 Effect of roasting time on reduction efficiency 用进行☒，而C0及C0,在物料内的传输阻力大于 2.4还原气氛的影响 流态化下，并且在小于1l00℃时Boudouard反应趋 给料20g,在800℃培烧3min的条件下，改变 于平衡，速率不大，Boudouard反应也是决定反应速 C0体积分数(1%、3%、5%、10%和15%)进行研 率的限速环节之一·因此流态化条件下还原时间大 究，其结果如图7所示 大缩短 100 3还原动力学研究 90 流化床反应条件为： (1)由于流化床内实现充分流态化，固体颗粒 70 与气体之间混合均匀，所以整个床层内部温度梯度 60 不大，可以认为温度均匀分布 (2)由于从MnO2转变为Mn20,时物料发生 5%的体积膨胀，从Mn2O,转变为Mn0,时又发生 4 8 12 C0体积分数/% 2.3%的体积收缩，从Mn0,转变为Mn0还会发生 11.7%的体积收缩，这种变化会使矿粒内部的孔隙 图7还原气氛对还原率的影响 Fig.7 Effect of reducing atmosphere on reduction degree 率激增回.作近似处理认为反应前后矿粒的体积不 变，体积收缩效应完全由空隙和裂缝的增加来抵消 从图7可以看出，提高C0体积分数可以显著 (3)软锰矿的还原反应由内扩散、外扩散和界 改善软锰矿的还原率，当体积分数达到10%时，还 面化学反应三部分组成.由于在流化床内还原气流第 9 期 王纪学等: 低品位软锰矿流态化还原焙烧 图 5 焙烧温度对还原率的影响 Fig． 5 Effect of roasting temperature on reduction efficiency 原气氛不变，从图 6 中可以看出焙烧 3 min 后，还原 率可以达到 97% ，其后还原率变化不大． 这说明软 锰矿在流态化条件下，化学反应速率极快，在短短数 分钟内还原已趋于完成． 以下还原时间选择 3 min． 图 6 焙烧时间对还原率的影响 Fig． 6 Effect of roasting time on reduction efficiency 2. 4 还原气氛的影响 给料 20 g，在 800 ℃ 焙烧 3 min 的条件下，改变 CO 体积分数( 1% 、3% 、5% 、10% 和 15% ) 进行研 究，其结果如图 7 所示． 图 7 还原气氛对还原率的影响 Fig． 7 Effect of reducing atmosphere on reduction degree 从图 7 可以看出，提高 CO 体积分数可以显著 改善软锰矿的还原率，当体积分数达到 10% 时，还 原率可以达到 97% 以上． 这说明还原气体含量增 大，利于还原剂向物料颗粒内部的扩散，增大反应界 面处还原剂含量，一定程度上加快了表面化学反应 速率，使物料还原更为充分． 继续增加 CO 体积分 数，还原率已趋于稳定． 选择还原气氛为 CO 体积分 数 10% ． 2. 5 对比实验 为考察流态化还原焙烧相对于静态堆积焙烧的 优势，进行了马弗炉配碳还原焙烧对比实验，结果见 表 2． 表 2 静态堆积焙烧与流态化还原焙烧对比实验结果 Table 2 Contrast experimental results of static pilling roasting and fluid￾izing reduction roasting 焙烧条件 温度/ ℃ 时间/ min CO 体积 分数/% C 质量 分数/% 还原率/ % 马弗炉焙烧 800 30 — 10 62. 03 马弗炉焙烧 800 60 — 10 90. 42 马弗炉焙烧 800 120 — 10 92. 30 流化床焙烧 800 3 10 — 97. 73 从表 2 中可以看出流态化还原焙烧与静态堆积 焙烧相比，还原焙烧时间大大缩短，由堆积态的 2 h 减少为数分钟，且还原率显著提高． 可见软锰矿在 流态化条件下，气体还原剂在物料颗粒内部的扩散 速率大大提高，化学反应速率明显加快; 在静态堆积 焙烧中，固态还原过程主要通过 CO 的中间介质作 用进行［12］，而 CO 及 CO2在物料内的传输阻力大于 流态化下，并且在小于 1 100 ℃ 时 Boudouard 反应趋 于平衡，速率不大，Boudouard 反应也是决定反应速 率的限速环节之一． 因此流态化条件下还原时间大 大缩短． 3 还原动力学研究 流化床反应条件为: ( 1) 由于流化床内实现充分流态化，固体颗粒 与气体之间混合均匀，所以整个床层内部温度梯度 不大，可以认为温度均匀分布． ( 2) 由于从 MnO2 转变为 Mn2 O3 时物料发生 5% 的体积膨胀，从 Mn2 O3 转变为 Mn3 O4 时又发生 2. 3% 的体积收缩，从 Mn3O4转变为 MnO 还会发生 11. 7% 的体积收缩，这种变化会使矿粒内部的孔隙 率激增［12］． 作近似处理认为反应前后矿粒的体积不 变，体积收缩效应完全由空隙和裂缝的增加来抵消． ( 3) 软锰矿的还原反应由内扩散、外扩散和界 面化学反应三部分组成． 由于在流化床内还原气流 ·989·