锰和锰铁的生产

1、锰的生产

金属锰的生产采用铝热法、电热法和电解法。铝热法必须采用良好锰矿作原料，且耗铝多，成本高；电热法工艺流程长，操作比较复杂；电解法则可用贫锰矿作原料获得高纯度的产品，得到广泛应用。

1）铝热法

该法采用MnO₂、MnO₃、Mn₃O₄和MnO作原料，进行还原反应获得金属锰。以MnO作原料时，热量不够，需要补充热量；而用MnO₂作原料时，反应又过于激烈，不易控制。用Mn₂O₃和Mn₂O₄作原料，能释放足够的热量，且易于控制。冶炼时要用含杂质低的氧化锰矿，磨细后与约为理论需要量90%的铝粒和相当于10%-20%铝量的石灰混合均匀后，用上部点火法冶炼。所得金属锰产品含锰93%-96%，到更高，锰含量也因原料而异。

2） 电热法

先用锰矿配加少量焦炭在电炉中进行控制还原，炼得低铁、低锰的富锰渣（Mn>45%，P<0.03%，Fe<0.80%）。富锰渣用木炭作还原剂，炼出低磷碳素锰铁，再加硅石、木炭，炼得高硅锰硅合金（Si>30%）。用高硅锰硅合金和富锰渣配加石灰，在电弧炉内进行脱硅精炼，得到含锰93%-97%的金属锰。

3）电解法

生产金属锰采用硫酸锰水溶液电解法。虽然锰的电解电动势达-1.05V，但由于氢在金属锰上的过电压，锰仍然可从中性溶液析出到固体阴极上。电解的重要条件是溶液中不含其他金属杂质，所以硫酸锰溶液必须在电解前充分净化。此外在阳极上有Mn²⁺+2H₂O-2e——>MnO₂+4H+反应产生MnO₂，所以必须采用隔膜电解槽。硫酸锰电解的工业生产流程见图9-1-15所示。

采用菱锰矿作原料时，可直接溶解于稀硫酸。如用氧化锰矿则须先经还原焙烧，把锰转化为可溶的MnO。浸出一般利用电解后的阳极液，并配加硫酸，调节pH到2.5左右。浸出液经澄清过滤后用氨水、MnO₂（可用阳极泥）或石灰乳中和到pH为6.5，沉淀出氢氧化铁、氢氧化铝、二氧化硅、砷、钼和镍等杂质。滤液加硫化铵〔(NH₄)₂S〕或硫化氢（H₂S），将剩余的微量铁、砷、铜、锌、镍等再沉淀除去。同时加入少量硫酸亚铁（Fe₃O₄）除去胶体及硫化物。净化液经贮液槽导入电解槽。在贮液槽及输送管道上引入SO₂约0.1g/L以防止氧化。

2、锰铁的生产

1） 高炉冶炼

一般采用1000m³以下的高炉，设备和生产工艺大体与炼铁高炉相同。锰矿石在电炉顶下降的过程中，高价的氧化锰（MnO₂，Mn₂O₃，Mn₃O₄）随温度升高，被CO逐步还原到MnO。但MnO只能在高温下通过碳直接还原成金属，所以冶炼锰铁需要较高的炉缸温度，为此炼锰铁的高炉采用较高的焦比（1600kg/t）左右和风温（1000^。C以上）。为降低锰损耗，炉渣应保持较高的碱度（CaO/SiO₂大于1:3）。由于焦比高和间接还原率低，炼锰铁高炉的煤气产率和CO量比炼铁高炉为高，炉顶温度也较高（350^。C以上）。富气鼓风可提高炉缸温度，降低焦比，增加产量，且因煤气量减少可降炉顶温度，对锰铁的冶炼有显著的改进作用。

2）电炉冶炼

锰铁的还原冶炼有熔剂法（又称低锰渣法）和无熔剂法（高锰渣法）两种。熔剂法原理和高炉冶炼相同，只是以电能代替加热用的焦炭。通过配加石灰形成高碱度炉渣（CaO/SiO₂为1.3-1.6）以减少锰的损失。无熔剂法冶炼不加石灰，形成碱度较低CaO/SiO₂<1.0）含锰较高的低铁低磷富锰渣。此法渣量少，可降低电耗，且因渣温较低可减轻锰的蒸发损失，同时副产品富锰渣（含锰25%-40%）可作冶炼锰硅合金的原料，取得较高的锰的综合回收率（90%以上）。现代工业生产大多采用无熔剂法冶炼碳素锰铁，并与锰硅合金和中低碳锰银的冶炼组成联合生产流程，如图9-1-16所示。

现代大型锰铁还原电炉容量达40000-75000kV.A，一般为固定封闭式。熔剂法的冶炼电耗一般为（2.5-3.5）×3.6GJ/t，无熔剂法的电耗为（2-3）×3.6GJ/t。锰硅合金用封闭或半封闭还原电炉冶炼。一般采用含二氧化硅高、含磷低的锰矿或另外配加硅石为原料。富锰渣含磷低、含二氧化硅高是冶炼锰硅合金的好原料。冶炼电耗一般约（3.5-5）×3.6GJ/t。入炉原料先作预处理，包括整粒、预热、预还原和粉料烧结等，对电炉操作和技术经济指标起显著改善作用。

3）电炉精炼

中、低碳锰铁一般用1500-6000kV.A电炉进行脱硅精炼，以锰硅、富锰矿和石灰为原料，其反应为：

MnSi+2MnO+2CaO——>2Mn+2CaO.SiO₂

采用高碱度渣可使炉渣含锰降低，减少由弃渣造成的锰损失。联合生产中采用较低的渣碱度（CaO/SiO₂<1.3）操作，所得含锰较高（20%-30%）的渣用于冶炼锰硅合金。炉料预热或装入液态锰硅合金有助于缩短冶炼时间、降低电耗。中、低碳锰铁也用热兑法，通过液态锰硅合金和锰矿石、石灰熔体的相互热兑进行生产。

4）吹氧精炼

用纯氧吹炼液态碳素锰铁或锰硅合金可炼得中、低碳锰铁。此法经过多年试验研究，于1976年进入工业规模生产。应当指出，据统计70代用于钢铁工业的锰占世界锰矿总开采量的95%以上（其中约98%用于炼钢），余额半数用于有色金属合金，半数用于电池、化学工业等。关于锰在其他方面的加工利用，如电池用二氧化锰和一些锰化学产品的生产，可参阅有关专著。