CN1003369B - 碳酸锰热解制取二氧化锰的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
一种用合成含水碳酸锰为原料热解制取二氧化锰的方法和设备。碳酸锰在回转窑中的热解氧化反应采用间接加热连继焙烧，参与反应的物料和气体以及加热介质三者均同向流动，控制入窑物料水分，使其在窑中预热段产生蒸气，同时调节入窑空气量，以形成含湿含氧的反应气体，无须按一般方法通入蒸汽和氧气，所设计的回转窑是双层夹套结构的筒体，以通过夹套中的热空气为焙烧加热介质，采用密闭循环低温加热方式，因此热效率高，能耗低，设备简单，所制得活性好的ｒ型二氧化锰，其转化率达８０～８５％。
Description
本发明属于一种用碳酸锰热解制取二氧化锰的方法和设备。
以碳酸锰热解氧化制取二氧化锰的方法，最初用于工业生产时，是将碳酸锰置于各种类型的炉窑中，在空气中进行焙烧，其结果反应效果差，二氧化锰转化率低。如果将温度控制在300℃以下时，反应不充分，转化率只有20%;如果将温度提高至300～400℃时，转化率也才达到60%左右。但以上两种情况所制得的二氧化锰的晶型皆为r型，活性好。如果再将温度升高，当超过400℃时，转化率虽有所增加，但晶型开始转变为β型，活性下降，影响产品质量。当温度达到500℃时，晶型完全转变为β型，活性更差。为此，过去曾先后采用各种方法予以改进。例如，在碳酸锰焙烧过程中通入蒸汽或通入蒸汽和氧气，使热解氧化反应在含湿或含湿富氧的气体中进行。又如，将碳酸锰加热分解后，再加水重新焙烧;或先在含蒸汽的空气中焙烧，再在含蒸汽的氧气中焙烧;进行两段热解氧化反应过程。
日本专利昭50-21995号，提出在焙烧温度为280°～400℃，空气中的蒸汽含量在10～80%范围内，碳酸锰经长时间处理，二氧化锰含量可达80%，晶型为γ型。
西德专利DE-3036962号，所叙述的二氧化锰制造方法，其特点是将碳酸锰先在温度275°～375℃及含蒸汽量15～85%的空气中焙烧，然后再在含蒸汽15～85%的氧气中进行焙烧，可以制得活性好，含量为80%或更高的二氧化锰。
以上各种方法，虽然都提高了二氧化锰的转化率，但均须添加蒸汽和氧气，因此相应地增加了设备费用和生产成本。除此以外，上述的碳酸锰热解氧化的焙烧温度须控制在300°～400℃之间。因此，所需温度低，而且可利用的温差小，如果采取通常的烧煤或烧油直接加热方式，则燃烧温度高，而实际应用的温度低，且余热利用困难。以致热效率低，能耗大，温度也较难控制。
本发明的目的在于克服上述生产工艺中的缺点，提出一种使其在热解氧化反应过程中，无须加入蒸汽和氧气，同样可以达到较高的二氧化锰转化率，并且在焙烧加热过程中，采用低温热源，同时充分利用余热，提高热效率，降低能耗。
本发明是以合成含水碳酸锰为原料，置于回转窑中进行焙烧，经热解氧化后，获得质量高、活性好的γ型二氧化锰。
本发明的工艺方法其特点是：（1）采取间接焙烧方式，将用于焙烧的加热气体和参与热解氧化反应的气体分开，两者互不接触，各行其道，成为独立的密闭循环系统。（2）采取加热气体、反应气体与被加热的物料均同一方向流动，使其在焙烧过程中形成预热、反应、干燥三个阶段。（3）焙烧物料采用含水碳酸锰，使其在预热段蒸发为水蒸汽，并调节碳酸锰的含水量在10～50%范围内，以控制反应气体中所需的蒸汽含量。（4）反应气体中所需的含氧量约为化学计算量的120～140%，采取调节窑内空气吸入量来控制。
当焙烧过程中，回转窑的入口温度控制在400℃左右。以保证开始窑头预热段的温度较高（400～375℃），使碳酸锰中含水量可以较快地蒸发为水蒸汽，迅速形成反应所需的含湿气体;而窑内中部反应段的温度适中（375～325℃），符合于碳酸锰热解氧化的所需温度;最后窑尾干燥段的温度较低（325～300℃），既可满足脱水干燥，又不致因温度过高而使已形成的γ型二氧化锰改变晶型，从而保证了产品质量。以上充分体现了在回转窑焙烧反应过程中，采取参与反应的物料和气体以及加热介质三者同向流动的优越性。
本发明的新型回转窑，其特点是：（1）窑体为双层夹套结构，由外壳和内筒组成，外壳用钢板焊接而成，内筒由不锈钢制作。焙烧物料在内筒中进行反应，外壳与内筒之间的夹套为加热介质的循环通道。由此形成间接加热焙烧方式。（2）为了满足工艺过程对加热介质、反应气体和物料三者同向流动的要求。在回转窑的窑头装有加热介质入口管（即热风进风管16），空气吸入管和供料装置;在窑尾装有加热介质出口管（即热风出风管17）排烟管和出料装置（3）为了适应焙烧所需低温热源和充分回收余热，采用了空气作为加热介质，并配置了电阻加热器、热风循环风机和热风管道，由此形成密闭循环的焙烧加热回路。
下面结合附图对本发明的设备加以详细叙述：
图1 回转窑总体布置图
图2 回转窑结构剖面图
图3 回转窑设备配套系统图
本发明的工艺设备由回转窑本体及其驱动装置、供料及出料系统、供气及排烟系统加热循环系统所组成。
回转窑的本体（1）为双层夹套结构，由外壳（2）及内筒（3）组成。外壳与内筒之间的夹套为焙烧加热介质的循环通道，焙烧物料在内筒中进行热解氧化反应。窑体驱动装置（5）由电动机、减速机及驱动小齿轮组成。经两级减速后，由驱动小齿轮带动窑体上的传动齿圈（4）。窑体转速为每分钟0.1～0.25转。
供料及出料系统：物料由窑头的圆盘给料机（12）均匀地给料，经螺旋输送机（13）送入回转窑内筒（3），随回转窑筒体回转进行焙烧，同时沿内筒壁缓慢前进，然后从窑尾的出料口（10）排出，经螺旋输送机（13）运走。
供气及排烟系统：碳酸锰热解氧化所需的空气，由窑头的空气吸入管（9）吸入，然后经螺旋输送机（13）随物料进入窑体内筒（3）。吸气管上装有进气调节阀。物料在焙烧反应中产生的废气，从窑尾上部的排烟管（11）排出，经水膜除尘器（9）收尘后，再经引风机（20）及烟囱（21）排入大气。引风机入口装有烟气调节阀（图中未示出）。
焙烧加热循环系统：焙烧加热介质采用空气，在电阻加热器（15）中加热到400～450℃。经窑头的热风进风管（16）进入回转窑夹套，对内筒中的物料进行间接焙烧加热，当加热介质流至窑尾时，（此时温度降低到300～350℃），再经热风出风管（17）热风导管（18）进入热风循环风机（14）进行加压，再送至电阻加热器（15）进行升温，然后返回回转窑。由此形成密闭循环，周而复始。
实施例
本发明的工艺方法及其设备，经多次反复试验和修改后，确定了较为合理的回转窑结构及其配套装置（参见图1及图2、3）。
本发明设计的回转窑及其配套装置的主要技术特征为：
回转窑外径 1000mm
回转窑有效直径 760mm
回转窑总长 14000mm
回转窑有效长度 12000mm
回转窑倾斜角 1～2°
回转窑转速 0.1～0.25r/min
电阻加热器电压 380V
电阻加热器功率 140KW
热风循环风机风量 5000m3/h
热风循环风机风压 1471Pa
本实施例的主要技术条件为：
物料入窑量 80～100kg/h
物料含水量 10～30%
空气吸入量 50～100m3/h
焙烧反应时间 4～8h
入窑热风温度 400～450℃
出窑热风温度 300～350℃
根据本实施例所制得的二氧化锰，其转化率可达80～85%，晶型为γ型。
附图说明
图1 回转窑总体布置图
图2 回转窑结构剖面图
图3 回转窑设备配套系统图
图1及图2、3中的序号如下：
1.回转窑
2.窑体外壳
3.窑体内筒
4.窑体传动齿圈
5.窑体驱动装置
6.窑体支承托圈
7.托轮
8.托轮及限位轮
9.空气吸入管
10.出料口
11.排烟管
12.圆盘给料机
13.螺旋输送机
14.热风循环风机
15.电阻加热器
16.热风进风管
17.热风出风管
18.热风导管
19.水膜除尘器
20.引风机
21.烟囱
Claims (5)
1、一种用碳酸锰热解制取二氧化锰的方法，其特征是以合成含水碳酸锰为原料，置回转窑中，采取间接加热连继焙烧方式进行热解氧化反应，参与反应的物质和气体以及焙烧加热介质，三者在沿着同一方向流动中进行连继焙烧。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征是将焙烧物料及其参与反应的气体，不与焙烧加热介质相混合，加热介质采用热空气。
3、根据权利要求2所述的方法其特征是：反应气体中的所需含湿量，采取调节物料中的水分，控制在10～50%范围内，使其在连继焙烧过程中的预热段产生蒸汽，反应气体中所需含氧量为化学计算的120～140%，采取调节自由空气吸入量的方法予以控制。
4、一种热解制取二氧化锰的回转窑，由电机，减速装置，支承托圈，筒体，给料装置，排料装置等组成，其特征是，窑体为外壳和内筒组成的双层结构，外壳与内筒之间形成中空夹套。
5、根据权利要求4所述的回转窑加热装置的特征是：由空气加热器热风管道等所组成的密闭循环加热回路。
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