·988· 北京科技大学学报 第34卷 5000 根据床层压力一流量特性曲线确定网.矿样加入流 △二氧化锰 4000 ☆二氧化硅 化床后在布风板上方形成一定高度的料层，当下部 ◇赤铁矿 长石 气体通过料层时，随着充气量的改变，将经过四个不 3000 同的流化床状态，如图3所示 △ 固定床 却台成 1000 流化床 临界床 输送床 10 20 30 40 50 60 70 28/ 图1原矿的X射线衍射谱 Fig.1 X-ray diffraction patters of the raw ore C0及N,瓶、转子流量计、坩埚电阻炉、酸度计及石 充气 充 英流化床等组成 图3不同阶段的流化床层状态 Fig.3 States of the fluidized bed layer at different stages a四 理论和实践表明固定床和流化床两条压降线的 延长线交点对应的气体流量为临界气体流量四 将20g物料放入流化床内，调节气体流量测得床层 压降随充气量的变化如图4所示.可以看出，充气 6c5 量为0.39m3h-1时，床层开始流化，因此实验中气 1一C0瓶：2一N2瓶：3一干燥剂：4一转子流量计：5一混流排： 体流量选择0.4m3h1 6一坩埚电阻炉：7一石英流化床：8一温度控制仪：9一除尘装 700 置：10一酸度计：11一碱液瓶 600 图2流态化培烧反应装置示意图 Fig.2 Sketch of the fluidized bed roasting reactor 500 400 1.3实验流程及原理 300 矿样首先经锤式破碎机破碎至-6mm,再经棒 200 磨机磨至-0.4mm,干燥脱水后取20g物料加入流 100 化床，升至指定温度，通入C0和N2的混合气，控制 0.20.40.60.8 10 混合气中C0的体积分数及焙烧温度和时间，待反 气体流量/(m.h) 应结束后取出焙烧物料进行淬冷.采用酸度计检测 图4冷态气体流量实验 碱液瓶中酸度变化来反应还原率的变化 Fig.4 Cold gas flow experiment 软锰矿的还原是一个逐级还原反应的过程，即 2.2焙烧温度的影响 Mn02→Mn203→Mn,0,→Mn0. 在以上冷态实验的基础上，给料20g,充气量 用C0气体还原软锰矿时，发生的主要化学反应有： 0.4m3.h-时，可得到100mm的稳定流化床层，为 2MnO2+C0=Mn203+C02, 焙烧实验提供了参考依据. △G°=-201408-20.43 TkJmol-1; (1) 流态化还原焙烧温度实验结果如图5所示.实 3Mn,03+C0=2Mn04+C02, 验选取600、650、700、750、800和850℃六个温度点 △G°=-181572+4.17 TkJ.mol-1: (2) 进行研究.实验中C0体积分数为10%，焙烧时间 Mn0+CO =3MnO +CO2, 为3min.随着温度的升高，软锰矿的还原率不断提 △G°=-50778-39.92 TkJ.mol-1. (3) 高，在700~850℃范围内还原率可以达到90%以 2实验结果及讨论 上，当温度达到850℃时还原率已不再进一步提高. 物料己部分烧结，造成黏结失流.因此还原焙烧温 2.1冷态实验 度不宜过高，选择800℃ 为了确定焙烧物料呈最佳悬浮状态所需的流化 2.3焙烧时间的影响 风量，首先进行冷态气体流量实验.流化风量可以 将20g物料在800℃下还原焙烧不同时间，还北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 图 1 原矿的 X 射线衍射谱 Fig． 1 X-ray diffraction patterns of the raw ore CO 及 N2瓶、转子流量计、坩埚电阻炉、酸度计及石 英流化床等组成． 1—CO 瓶; 2—N2瓶; 3—干燥剂; 4—转子流量计; 5—混流排; 6—坩埚电阻炉; 7—石英流化床; 8—温度控制仪; 9—除尘装 置; 10—酸度计; 11—碱液瓶 图 2 流态化焙烧反应装置示意图 Fig． 2 Sketch of the fluidized bed roasting reactor 1. 3 实验流程及原理 矿样首先经锤式破碎机破碎至 － 6 mm，再经棒 磨机磨至 － 0. 4 mm，干燥脱水后取 20 g 物料加入流 化床，升至指定温度，通入 CO 和 N2的混合气，控制 混合气中 CO 的体积分数及焙烧温度和时间，待反 应结束后取出焙烧物料进行淬冷． 采用酸度计检测 碱液瓶中酸度变化来反应还原率的变化． 软锰矿的还原是一个逐级还原反应的过程，即 MnO2→Mn2O3→Mn3O4→MnO． 用 CO 气体还原软锰矿时，发生的主要化学反应有: 2MnO2 + CO = Mn2O3 + CO2， ΔG— = － 201 408 － 20. 43T kJ·mol － 1 ; ( 1) 3Mn2O3 + CO = 2Mn3O4 + CO2， ΔG— = － 181 572 + 4. 17T kJ·mol － 1 ; ( 2) Mn3O4 + CO = 3MnO + CO2， ΔG— = － 50 778 － 39. 92T kJ·mol － 1 ． ( 3) 2 实验结果及讨论 2. 1 冷态实验 为了确定焙烧物料呈最佳悬浮状态所需的流化 风量，首先进行冷态气体流量实验． 流化风量可以 根据床层压力 － 流量特性曲线确定［8］． 矿样加入流 化床后在布风板上方形成一定高度的料层，当下部 气体通过料层时，随着充气量的改变，将经过四个不 同的流化床状态，如图 3 所示． 图 3 不同阶段的流化床层状态 Fig． 3 States of the fluidized bed layer at different stages 理论和实践表明固定床和流化床两条压降线的 延长线交点对应的气体流量为临界气体流量［11］． 将 20 g 物料放入流化床内，调节气体流量测得床层 压降随充气量的变化如图 4 所示． 可以看出，充气 量为 0. 39 m3 ·h － 1 时，床层开始流化，因此实验中气 体流量选择 0. 4 m3 ·h － 1 ． 图 4 冷态气体流量实验 Fig． 4 Cold gas flow experiment 2. 2 焙烧温度的影响 在以上冷态实验的基础上，给料 20 g，充气量 0. 4 m3 ·h － 1 时，可得到 100 mm 的稳定流化床层，为 焙烧实验提供了参考依据． 流态化还原焙烧温度实验结果如图 5 所示． 实 验选取 600、650、700、750、800 和 850 ℃ 六个温度点 进行研究． 实验中 CO 体积分数为 10% ，焙烧时间 为 3 min． 随着温度的升高，软锰矿的还原率不断提 高，在 700 ～ 850 ℃ 范围内还原率可以达到 90% 以 上，当温度达到 850 ℃时还原率已不再进一步提高． 物料已部分烧结，造成黏结失流． 因此还原焙烧温 度不宜过高，选择 800 ℃ ． 2. 3 焙烧时间的影响 将 20 g 物料在 800 ℃ 下还原焙烧不同时间，还 ·988·