一種以軟錳礦為原料製備高錳含量錳-鋁中間合金的方法
2023-09-23 14:49:05 1
專利名稱：一種以軟錳礦為原料製備高錳含量錳-鋁中間合金的方法
技術領域：
本發明涉及錳-鋁中間合金製備方法，具體指以軟錳礦為原料製備高錳含量錳-鋁中間合金的方法，屬於材料技術領域。
背景技術：
錳及其化合物在國民經濟的許多領域都有著特殊的作用和地位，「無錳不成鋼」足以說明錳的重要性。其中絕大部分主要作為煉鐵和煉鋼過程中的脫氧劑和脫硫劑應用於鋼鐵工業，以及用來製造合金，其用錳量佔到錳總應用量的90 95%。在鋁合金和鎂合金中錳對鋁鎂合金能夠起到強化的作用，並且能夠消除有害雜質鐵的影響，而錳作為重要的元素，通常是以錳-鋁中間合金的形式加入到鋁合金和鎂合金中。由於金屬鋁的熔點低、密度小，在空氣中易氧化，通常鋁塊在鋼水表面，產生鋁漂浮和裹渣現象，且鋁在鋼水中燒損大、利用率低，尖角狀Al2O3夾雜多，嚴重降低鋼水的質量。採用複合脫氧劑代替鋁塊終脫氧是一種較為經濟、實用的辦法。現在鋼廠脫氧普遍採用的是錳鋁鐵合金，在鋼中加入極少量的錳鋁中間合金，即可達到淨化鋼的目的。所以隨著鋼鐵產業以及鋁、鎂合金產業的發展，我國對錳-鋁中間合金的需求量也越來越大。現階段錳-鋁中間合金的製備方法主要有對摻法、電解法和熱還原法。對摻法是製取Mn-Al中間合金的傳統方法，也是目前製取Mn-Al中間合金所用的主要方法。但是錳屬活潑金屬，細粉狀金屬錳易被氧化，在空氣中易燃燒，所以在對摻過程中燒損嚴重。熔鹽電解法是製取金屬及其合金的一種重要方法。與對摻法相比，電解法製取得到的Mn-Al合金成分均勻，質量好；但是在把二氧化錳加入電解槽中之後，槽子變化稍大，存在工藝參數不易控制等問題，而且電解法能耗高、成本高、工藝複雜，不易實現工業化。鋁熱工藝所用的鋁比較便宜，純淨的鋁容易獲得；反應自身放出的熱量也足以使金屬和渣達到良好的流動性；基礎投資低，設備和操作工藝都比較簡單；熔融的氧化鋁渣可以得到利用。但是現有的鋁熱反應速度快，燃燒溫度高，反應過程比較難於控制，而且坯料內部存在較大的溫度梯度。這些缺點阻止了鋁熱反應的進一步工業化應用。
發明內容
針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的是提供一種生產成本低，工藝簡單， 易實現工業化生產的製備高錳含量錳-鋁中間合金的方法。本發明解決上述技術問題的技術手段是這樣實現的一種以軟錳礦為原料製備高錳含量錳-鋁中間合金的方法，其製備步驟為
(1)首先把軟錳礦粉碎成-100目的粉末，通過高溫還原焙燒和化學浸取除雜，製取得到硫酸錳；(2)取第(1)步製得的硫酸錳，加入過量的氨水或者氫氧化鈉，得到氫氧化錳沉澱，再將氫氧化錳放入烘箱中在70 80°C條件下烘乾，烘乾時間大於證，得到四氧化三錳；
(3)取步驟(2)所得的四氧化三錳為原料，以鋁粉為還原劑，氧化鈣為造渣劑，氟化鈣為助溶劑，按質量比CaO CaF2 Al Mn3O4為2 8 2 8 40 55 100的比例配料，將四種原料混合均勻後加入反應器具中用鎂條點燃得到錳-鋁中間合金的初級產物， 錳-鋁中間合金的初級產物冷卻除渣即得錳-鋁中間合金。所述步驟(3)配料質量比同時滿足(CaCHCaF2) Al Mn3O4為10 40 55 100。所述步驟(3)混合均勻的原料分批加入反應器具中被鎂條點燃。這樣得到的錳-鋁中間合金較為大塊，利於後續使用。所述步驟(3)中還原劑鋁粉的目數為80-180目。所述步驟(1)中高溫還原焙燒和化學浸取除雜具體方法為將-100目的軟錳礦粉末與-60目的碳粉按質量比100 45 50配料混合均勻，在溫度900 1000°C下對混合料進行焙燒，焙燒時間2. 5 3. 5h，以還原生成一氧化錳，在隔絕空氣條件下使一氧化錳冷卻至室溫；然後再將製得的一氧化錳放入濃度為68%的稀硫酸中進行酸解，稀硫酸與軟錳礦粉末質量比為2. 3 2. 5 1，同時加入足量的二氧化錳作氧化劑除去酸不溶物，在溫度 80 90°C下浸取3. 5 4h，浸取的同時進行攪拌，攪拌速率200 250r/min，浸取結束即得硫酸錳。本發明以軟錳礦為原料，採用自蔓延反應(鋁熱反應)製備錳-鋁中間合金，合金以金屬化合物的形式存在，錳的重量百分含量為60-80%，其餘為鋁，為高錳含量錳-鋁中間合金。本方法具有生產成本低，工藝簡單，縮短了工藝流程，佔地面積小，易實現工業化等優點ο本發明製備的錳-鋁中間合金可用於製備各種鋁、鎂合金，所述錳-鋁中間合金可以用於熔煉具有優良耐蝕性及焊接性的鋁、鎂合金產品。
具體實施例方式本發明製備高錳含量錳-鋁中間合金的方法，其製備步驟為
(1)首先把軟錳礦粉碎成-100目的粉末，通過高溫還原焙燒和化學浸取除雜，製取得到硫酸錳；
具體操作為先把軟錳礦石在200°C左右的鼓風烘箱中乾燥除去所含水分，再用顎式破碎機破碎成粒徑小於5mm的顆粒。將破碎好的顆粒用對輥磨粉機磨細，重複兩次。細磨後的礦粉過100目的細篩，得到-100目的軟錳礦粉末。將-100目的軟錳礦粉末與-60目的碳粉按質量比100 45 50配料混合均勻，在溫度900 1000°C下對混合料進行焙燒， 焙燒時間2. 5 3. 5h，以在高溫下還原生成氧化錳(即一氧化錳)，在隔絕空氣條件下使氧化錳冷卻至室溫；然後再將製得的氧化錳放入濃度為68%的稀硫酸中進行酸解，稀硫酸與軟錳礦粉末質量比為2. 3 2. 5 1，同時加入足量的二氧化錳作氧化劑除去鐵、鋁等酸不溶物，在溫度80 90°C下浸取3. 5 4h，浸取的同時進行攪拌，攪拌速率200 250r/min， 浸取結束即得硫酸錳。在這樣的條件下，浸取率能夠達到90%以上。
(2)取第(1)步製得的硫酸錳，加入氨水或者氫氧化鈉，在鹼過量的情況下得到沉澱氫氧化錳。對得到的溶液進行抽濾，並放入烘箱中在70 80°C條件下烘乾，烘乾時間大於證，得到四氧化三錳；
(3)取步驟(2)所得的四氧化三錳為原料，以鋁粉為還原劑(80-180)目，氧化鈣為造渣劑，氟化鈣為助溶劑，按質量比CaO CaF2 Al Mn3O4為2 8 2 8 40 55 100的比例配料，將四種原料混合均勻後加入反應器具中用鎂條點燃得到錳-鋁中間合金的初級產物，錳-鋁中間合金的初級產物冷卻除渣即得錳-鋁中間合金。配料同時滿足質量比(CaCHCaF2) Al Mn3O4為10 40 55 100得到的錳-鋁中間合金更好。所述步驟(3)混合均勻的原料分批加入反應器具中被鎂條點燃。這樣得到的錳-鋁中間合金較為大塊，利於後續使用。上述製備得到的錳-鋁中間合金以金屬化合物的形式存在，其各組分重量百分比含量為錳60-80%，其餘為鋁。實施例1
以軟錳礦為原料採用上述方法製取得到四氧化三錳。取100克四氧化三錳，47. 2克 80-180目的鋁粉，6克CaO和4克CaF2,按照上述方法製取錳鋁中間合金，按照AZ91D牌號鎂合金的成分配比，取純鎂塊270克、純鋁塊沈.5克，純鋅粒2. 4克、中間合金1.3克置於石墨坩堝中。於真空電磁感應爐內通Ar氣保護，在680-700°C下融化並停3_5分鐘攪拌均勻，切斷電源，取出坩禍，把合金液體倒入銅模中在空氣中冷卻，即得到AZ91D鎂合金。使用能譜儀對所得鎂合金錠進行分析，其中含鋁8. 55%，含鋅0. 75%，含錳0.沈％，其餘含量為鎂， 符合牌號AZ91D鎂合金成分標準。實施例2
以軟錳礦為原料採用上述方法製取得到四氧化三錳。取100克四氧化三錳，47. 2克 80-180目的鋁粉，4. 0克CaO和6. 0克CaF2,按照上述方法製取錳鋁中間合金，按照AZ61M 牌號鎂合金的成分配比，取純鎂塊180克、純鋁塊13克，純鋅粒3克、中間合金1克置於石墨坩堝中。於真空電磁感應爐內通Ar氣保護，在680-700 °C下融化並停3_5分鐘攪拌均勻， 切斷電源，取出坩堝，把合金液體倒入銅模中在空氣中冷卻，即得到AZ61M鎂合金。使用能譜儀對所得鎂合金錠進行分析，其中含鋁5. 98%，含鋅1. 41%，含錳0. 35%，餘量為鎂，符合牌號AZ6IM鎂合金成分標準。實施例3
以軟錳礦為原料採用上述方法製取得到四氧化三錳。取100克四氧化三錳，50. 3克 80-180目的鋁粉，6克CaO和4克CaF2,按照上述方法製取錳鋁中間合金，按照AZ91D牌號鎂合金的成分配比，取純鎂塊360克、純鋁塊34. 2克，純鋅粒2克、中間合金1. 5克置於石墨坩堝中。於真空電磁感應爐內通Ar氣保護，在680-700 °C下融化並停3_5分鐘攪拌均勻， 切斷電源，取出坩堝，把合金液體倒入銅模中在空氣中冷卻，即得到AZ91D鎂合金。使用能譜儀對所得鎂合金錠進行分析，其中含鋁8. 61%，含鋅0. 46%，含錳0. 19%，其餘含量為鎂，符合牌號AZ91D鎂合金成分標準。本發明的上述實施例僅僅是為說明本發明所作的舉例，而並非是對本發明的實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其他不同形式的變化和變動。這裡無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬於本發明的技術方案所引申出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明的保護範圍之列。
權利要求
1.一種以軟錳礦為原料製備高錳含量錳-鋁中間合金的方法，其特徵在於其製備步驟為(1)首先把軟錳礦粉碎成-100目的粉末，通過高溫還原焙燒和化學浸取除雜，製取得到硫酸錳；(2)取第(1)步製得的硫酸錳，加入過量的氨水或者氫氧化鈉，得到氫氧化錳沉澱，再將氫氧化錳放入烘箱中在70 80°C條件下烘乾，烘乾時間大於證，得到四氧化三錳；(3)取步驟(2)所得的四氧化三錳為原料，以鋁粉為還原劑，氧化鈣為造渣劑，氟化鈣為助溶劑，按質量比CaO CaF2 Al Mn3O4為2 8 2 8 40 55 100的比例配料，將四種原料混合均勻後加入反應器具中用鎂條點燃得到錳-鋁中間合金的初級產物， 錳-鋁中間合金的初級產物冷卻除渣即得錳-鋁中間合金。
2.根據權利要求1所述的製備高錳含量錳-鋁中間合金的方法，其特徵在於所述步驟(3)配料質量比滿足(CaCHCaF2) Al Mn3O4 為 10 40 55 100。
3.根據權利要求1或2所述的製備高錳含量錳-鋁中間合金的方法，其特徵在於所述步驟(3)混合均勻的原料分批加入反應器具中被鎂條點燃。
4.根據權利要求3所述的製備高錳含量錳-鋁中間合金的方法，其特徵在於所述步驟(3)中還原劑鋁粉的目數為80-180目。
5.根據權利要求4所述的製備高錳含量錳-鋁中間合金的方法，其特徵在於所述步驟(1)中高溫還原焙燒和化學浸取除雜具體方法為將-100目的軟錳礦粉末與-60目的碳粉按質量比100 45 50配料混合均勻，在溫度900 1000°C下對混合料進行焙燒，焙燒時間2. 5 3. 5h，以還原生成一氧化錳，在隔絕空氣條件下使一氧化錳冷卻至室溫；然後再將製得的一氧化錳放入濃度為68%的稀硫酸中進行酸解，稀硫酸與軟錳礦粉末質量比為.2.3 2. 5 1，同時加入足量的二氧化錳作氧化劑除去酸不溶物，在溫度80 90°C下浸取.3.5 4h，浸取的同時進行攪拌，攪拌速率200 250r/min，浸取結束即得硫酸錳。
全文摘要
本發明公開了一種以軟錳礦為原料製備高錳含量錳-鋁中間合金的方法，(1)先把軟錳礦粉碎成粉末，通過高溫還原焙燒和化學浸取除雜，製得硫酸錳；(2)取硫酸錳，加入過量的氨水或者氫氧化鈉，得到氫氧化錳沉澱，再將氫氧化錳放入烘箱中在70～80℃下烘乾，時間大於5h，得四氧化三錳；(3)按質量比CaO︰CaF2︰Al︰Mn3O4為2～8︰2～8︰40～55︰100配料，將四種原料混合均勻後加入反應器具中用鎂條點燃得到錳-鋁中間合金的初級產物，初級產物冷卻除渣即得錳-鋁中間合金。本方法具有生產成本低，工藝簡單，縮短了工藝流程，佔地面積小，易實現工業化等優點。
文檔編號C22C1/03GK102154566SQ201110073908
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月25日 優先權日2011年3月25日
發明者任富忠, 張延可, 高家誠 申請人:重慶大學