錳和錳鐵的生產(chǎn)

錳的生產(chǎn)

金屬錳的生產(chǎn)采用鋁熱法、電熱法和電解法。鋁熱法必須采用質(zhì)優(yōu)錳礦作原料，且耗鋁多，成本高；電熱法工藝流程長(zhǎng)，操作比較復(fù)雜；電解法則可用貧錳礦作原料獲得高純度的產(chǎn)品，得到廣泛應(yīng)用。

1、鋁熱法

該法采用MnO₂、MnO₃、Mn₃O₄和MnO作原料，進(jìn)行還原反應(yīng)獲得金屬錳。以MnO作原料時(shí)，熱量不夠，需要補(bǔ)充熱量；而用MnO₂作原料時(shí)，反應(yīng)又過(guò)于激烈，不易控制。用Mn₂O₃和Mn₂O₄作原料，能釋放足夠的熱量，且易于控制。冶煉時(shí)要用含雜質(zhì)低的氧化錳礦，磨細(xì)后與約為理論需要量90%的鋁粒和相當(dāng)于10%~20%鋁量的石灰混合均勻后，用上部點(diǎn)火法冶煉。所得金屬錳產(chǎn)品含錳93%~96%，甚至更高，錳含量也因原料而異。

2、 電熱法

先用錳礦配加少量焦炭在電爐中進(jìn)行控制還原，煉得低鐵、低錳的富錳渣（Mn>45%，P<0.03%，F(xiàn)e<0.80%）。富錳渣用木炭作還原劑，煉出低磷碳素錳鐵，再加硅石、木炭，煉得高硅錳硅合金（Si>30%）。后用高硅錳硅合金和富錳渣配加石灰，在電弧爐內(nèi)進(jìn)行脫硅精煉，得到含錳93%~97%的金屬錳。

3、電解法

生產(chǎn)金屬錳采用硫酸錳水溶液電解法。雖然錳的電解電動(dòng)勢(shì)達(dá)-1.05V，但由于氫在金屬錳上的過(guò)電壓，錳仍然可從中性溶液析出到固體陰極上。電解的重要條件是溶液中不含其他金屬雜質(zhì)，所以硫酸錳溶液必須在電解前充分凈化。此外在陽(yáng)極上有Mn²⁺+2H₂O-2e——>MnO₂+4H+反應(yīng)產(chǎn)生MnO₂，所以必須采用隔膜電解槽。硫酸錳電解的工業(yè)生產(chǎn)流程見(jiàn)圖9-1-15所示。

采用菱錳礦作原料時(shí)，可直接溶解于稀硫酸。如用氧化錳礦則須先經(jīng)還原焙燒，把錳轉(zhuǎn)化為可溶的MnO。浸出一般利用電解后的陽(yáng)極液，并配加硫酸，調(diào)節(jié)pH到2.5左右。浸出液經(jīng)澄清過(guò)濾后用氨水、MnO₂（可用陽(yáng)極泥）或石灰乳中和到pH為6.5，沉淀出氫氧化鐵、氫氧化鋁、二氧化硅、砷、鉬和鎳等雜質(zhì)。濾液加硫化銨〔(NH₄)₂S〕或硫化氫（H₂S），將剩余的微量鐵、砷、銅、鋅、鎳等再沉淀除去。同時(shí)加入少量硫酸亞鐵（FeSO₄）除去膠體及硫化物。凈化液經(jīng)貯液槽導(dǎo)入電解槽。在貯液槽及輸送管道上引入SO₂約0.1g/L以防止氧化。

錳鐵的生產(chǎn)

1、高爐冶煉

一般采用1000m³以下的高爐，設(shè)備和生產(chǎn)工藝大體與煉鐵高爐相同。錳礦石在電爐頂下降的過(guò)程中，高價(jià)的氧化錳（MnO₂，Mn₂O₃，Mn₃O₄）隨溫度升高，被CO逐步還原到MnO。但MnO只能在高溫下通過(guò)碳直接還原成金屬，所以冶煉錳鐵需要較高的爐缸溫度，為此煉錳鐵的高爐采用較高的焦比（1600kg/t）左右和風(fēng)溫（1000^。C以上）。為降低錳損耗，爐渣應(yīng)保持較高的堿度（CaO/SiO₂大于1:3）。由于焦比高和間接還原率低，煉錳鐵高爐的煤氣產(chǎn)率和CO量比煉鐵高爐為高，爐頂溫度也較高（350^。C以上）。富氣鼓風(fēng)可提高爐缸溫度，降低焦比，增加產(chǎn)量，且因煤氣量減少可降爐頂溫度，對(duì)錳鐵的冶煉有顯著的改進(jìn)作用。

2、電爐冶煉

錳鐵的還原冶煉有熔劑法（又稱(chēng)低錳渣法）和無(wú)熔劑法（高錳渣法）兩種。熔劑法原理和高爐冶煉相同，只是以電能代替加熱用的焦炭。通過(guò)配加石灰形成高堿度爐渣（CaO/SiO₂為1.3~1.6）以減少錳的損失。無(wú)熔劑法冶煉不加石灰，形成堿度較低CaO/SiO₂<1.0）含錳較高的低鐵低磷富錳渣。此法渣量少，可降低電耗，且因渣溫較低可減輕錳的蒸發(fā)損失，同時(shí)副產(chǎn)品富錳渣（含錳25%~40%）可作冶煉錳硅合金的原料，取得較高的錳的綜合回收率（90%以上）。現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)大多采用無(wú)熔劑法冶煉碳素錳鐵，并與錳硅合金和中低碳錳銀的冶煉組成聯(lián)合生產(chǎn)流程，如圖9-1-16所示。

現(xiàn)代大型錳鐵還原電爐容量達(dá)40000~75000kV.A，一般為固定封閉式。熔劑法的冶煉電耗一般為（2.5~3.5）×3.6GJ/t，無(wú)熔劑法的電耗為（2~3）×3.6GJ/t。錳硅合金用封閉或半封閉還原電爐冶煉。一般采用含二氧化硅高、含磷低的錳礦或另外配加硅石為原料。富錳渣含磷低、含二氧化硅高是冶煉錳硅合金的好原料。冶煉電耗一般約（3.5~5）×3.6GJ/t。入爐原料先作預(yù)處理，包括整粒、預(yù)熱、預(yù)還原和粉料燒結(jié)等，對(duì)電爐操作和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起顯著改善作用。

3、 電爐精煉

中、低碳錳鐵一般用1500~6000kV.A電爐進(jìn)行脫硅精煉，以錳硅、富錳礦和石灰為原料，其反應(yīng)為：

MnSi+2MnO+2CaO——>2Mn+2CaO.SiO₂

采用高堿度渣可使?fàn)t渣含錳降低，減少由棄渣造成的錳損失。聯(lián)合生產(chǎn)中采用較低的渣堿度（CaO/SiO₂<1.3）操作，所得含錳較高（20%~30%）的渣用于冶煉錳硅合金。爐料預(yù)熱或裝入液態(tài)錳硅合金有助于縮短冶煉時(shí)間、降低電耗。精煉電耗一般在%",@A 左右。中、低碳錳鐵也用熱兌法，通過(guò)液態(tài)錳硅合金和錳礦石、石灰熔體的相互熱兌進(jìn)行生產(chǎn)。

4、吹氧精煉

用純氧吹煉液態(tài)碳素錳鐵或錳硅合金可煉得中、低碳錳鐵。此法經(jīng)過(guò)多年試驗(yàn)研究，于1976年進(jìn)入工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。應(yīng)當(dāng)指出，據(jù)統(tǒng)計(jì)70代用于鋼鐵工業(yè)的錳占世界錳礦總開(kāi)采量的95%以上（其中約98%用于煉鋼），余額半數(shù)用于有色金屬合金，半數(shù)用于電池、化學(xué)工業(yè)等。關(guān)于錳在其他方面的加工利用，如電池用二氧化錳和一些錳化學(xué)產(chǎn)品的生產(chǎn)，可參閱有關(guān)專(zhuān)著。