一种制备低铝微碳锰硅合金及富集二氧化锂的方法与流程

本发明专利属于锰硅合金冶炼与锂资源综合利用，具体涉及一种制备低铝微碳锰硅合金及富集二氧化锂的方法。

背景技术：

1、锂是重要的战略金属，在锂电池、核工业、玻璃陶瓷、润滑脂等领域具有不可替代的作用。我国锂资源主要包括盐湖卤水和含锂矿石，其中锂辉石、锂云母等含锂矿石是提锂的重要原料，其中部分含锂矿石如锂辉石常伴生有较高含量的硅和铝，具备作为锰硅合金原料的潜力。然而，传统冶炼工艺在处理此类复合资源时，往往仅关注主金属提取，忽视了多组分协同利用，导致锂资源流失、合金品质受限及综合回收率低下。现有技术虽尝试通过高温还原熔炼同步回收锰、硅与锂，但在控制合金中铝、碳杂质含量及提升锂富集物纯度方面仍面临显著挑战。

2、针对锰硅合金冶炼中含锰、硅、锂的原料的综合利用，对比文件 cn114015873a 公开了一种由锂矿石制备锰硅合金并富集锂的方法。该方法以锂矿石为原料，通过配料、造块、高温还原熔炼等步骤，使锰和硅被碳还原进入合金，同时锂在高温下挥发进入烟气，经收尘捕集后获得含锂粉尘，从而在制备锰硅合金的同时实现锂的初步富集。该方法为含锂矿石中多金属组分的协同回收提供了有益借鉴。

3、但是，上述对比文件公开的方法仍存在明显不足。首先，锂矿石中通常含有一定量的al2o3等杂质，在碳热还原条件下，部分铝会被还原进入锰硅合金，导致合金铝含量偏高，难以满足低铝锰硅合金的质量要求。其次，为保证锰、硅的还原率，该方法需配入较多碳质还原剂，且熔炼终点不易精确控制，容易造成合金增碳，产品碳含量较高，无法获得微碳锰硅合金。再次，锂富集产物主要为含锂烟尘，其中锂的存在形态复杂，杂质含量高， li2o品位偏低，后续提锂工序繁琐，难以直接获得高品位的二氧化锂富集物。

4、因此，现有技术亟需一种以含锂矿石为原料，能够同时制备低铝微碳锰硅合金并高效富集二氧化锂的方法，以提升锰硅合金品质、简化锂回收流程并提高锂资源利用率。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出一种制备低铝微碳锰硅合金及富集二氧化锂的方法，旨在通过优化原料配比、调控还原气氛与温度制度，并结合半密闭矿热炉的烟气捕集系统，实现锰硅合金中铝、碳含量的有效抑制，同时促进锂以高纯度li2o形式富集于烟尘中。

2、为了达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现的：一种制备低铝微碳锰硅合金及富集二氧化锂的方法，具体包括以下步骤：

3、s1、将筛选得到的含锰混矿、溶剂、碳质还原剂破碎至半密闭矿热炉所需的粒度后进行配料，得到混合料；

4、s2、将s1所得的混合料加入半密闭矿热炉中进行高温还原反应；

5、s3、经s2的高温还原后，锂辉石中 li2o在矿热炉中被c还原为金属锂，但因冶炼温度高，li挥发接触空气中二氧化碳、氧，被还原为 li2o并富集于烟尘灰中，由此能在冶炼过程中从半密闭矿热炉烟尘收集系统收集的富锂烟尘灰中回收得到 li2o；同时半密闭矿热炉可出炉得到产品低铝微碳锰硅合金和能售往水泥厂的炉渣。

6、作为进一步优选地，所述s1中含锰混矿由烧结矿、澳块、高碳渣、富锰渣、南非半碳酸组成，且烧结矿、澳块、高碳渣、富锰渣、南非半碳酸之间的质量比为1：1:0.85:0.75:1.4，且含锰混矿的元素成分及含量百分比为mn：35%~40%、fe：4%~4.5%、p：0.03%~0.06%、sio2：15%~18%、cao：5%~7%、mgo：2.00%~2.15%、al2o3：4.5%~5%。

7、作为进一步优选地，所述s1中的溶剂为锂辉石，且锂辉石中的元素成分及含量百分比为sio2：65%~75%、al2o3：15%~25%、 li2o：1%~5%。

8、作为进一步优选地，所述s1中的碳质还原剂包括并不限于烟煤、无烟煤、焦炭、煅前焦、煅后焦中的一种或几种任意比例混合，且碳质还原剂中碳元素的含量百分比需不低于83%。

9、作为进一步优选地，所述s1中破碎后混合料中含锰混矿的粒度为、溶剂的粒度为、碳质还原剂的粒度为，且配料时含锰混矿、溶剂、碳质还原剂的质量比为1:0.4:0.32。

10、作为进一步优选地，所述s1中筛选和配料时需将混合料中的重要元素比控制为：mn/fe>7.8，mn/p>557，mn/sio=20.78，si/al=3.98。

11、作为进一步优选地，所述s2中的高温还原反应的温度为1450～1600℃，反应时间为2-3h，采用连续加料方式，确保反应的持续进行。

12、作为进一步优选地，所述s3中半密闭矿热炉烟尘收集系统收集的富锂烟尘灰中的li2o含量能占烟尘灰总质量的7%~7.5%。

13、作为进一步优选地，所述s3中的出炉得到的产品低铝微碳锰硅合金中的元素成分及含量百分比为mn：60%~65%、fe：8%~8.5%、p：0.05%~0.15%、si：29%~32%、c：0.05%~0.15%、al：1%~2%。

14、本发明冶炼过程中涉及到的反应过程如下所示：

15、amn0+bsio2+cal2o3+dli2o+efe2o3+ncfmn+gsi+kfe+rp+hal+ili+gco2

16、li+o2li2o(富集于烟尘中)

17、其中：a、b、c、d、e、n满足含锰混矿、溶剂、碳质还原剂的质量比为1:0.4:0.32；

18、f、g、k、r、h满足含产品低铝微碳锰硅合金中的元素成分及含量百分比为mn：60%~65%、fe：8%~8.5%、p：0.05%~0.15%、si：29%~32%、c：0.05%~0.15%、al：1%~2%；

19、本发明的有益效果是：

20、1、通过协同调控原料组成与熔炼制度，成功实现了低铝（al ≤ 2%）、微碳（c ≤0.15%）锰硅合金的稳定制备，满足高端特种钢冶炼对合金杂质含量的严苛要求；

21、2、利用半密闭矿热炉的烟气捕集系统，使挥发性锂以li2o形式高效富集于烟尘灰中，li2o品位达7%~7.5%，显著高于传统工艺所得含锂粉尘，为后续直接提纯或湿法浸出提供高质原料；

22、3、将含锂矿石作为溶剂引入锰硅合金冶炼体系，实现了锂、锰、硅、铁等多组分资源的协同回收，避免了锂资源流失，提升了整体资源利用率；

23、4、所产炉渣成分稳定、玻璃化程度高，可直接作为水泥掺合料使用，实现固废资源化，符合绿色冶金与循环经济理念。

1.一种制备低铝微碳锰硅合金及富集二氧化锂的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种制备低铝微碳锰硅合金及富集二氧化锂的方法，其特征在于：所述s1中含锰混矿由烧结矿、澳块、高碳渣、富锰渣、南非半碳酸组成，且烧结矿、澳块、高碳渣、富锰渣、南非半碳酸之间的质量比为1：1:0.85:0.75:1.4，且含锰混矿的元素成分及含量百分比为mn：35%~40%、fe：4%~4.5%、p：0.03%~0.06%、sio2：15%~18%、cao：5%~7%、mgo：2.00%~2.15%、al2o3：4.5%~5%。

3.根据权利要求1所述的一种制备低铝微碳锰硅合金及富集二氧化锂的方法，其特征在于：所述s1中的溶剂为锂辉石，且锂辉石中的元素成分及含量百分比为sio2：65%~75%、al2o3：15%~25%、 li2o：1%~5%。

4.根据权利要求1所述的一种制备低铝微碳锰硅合金及富集二氧化锂的方法，其特征在于：所述s1中的碳质还原剂包括并不限于烟煤、无烟煤、焦炭、煅前焦、煅后焦中的一种或几种任意比例混合，且碳质还原剂中碳元素的含量百分比需不低于83%。

5.根据权利要求1所述的一种制备低铝微碳锰硅合金及富集二氧化锂的方法，其特征在于：所述s1中破碎后混合料中含锰混矿的粒度为、溶剂的粒度为、碳质还原剂的粒度为，且配料时含锰混矿、溶剂、碳质还原剂的质量比为1:0.4:0.32。

6.根据权利要求1所述的一种制备低铝微碳锰硅合金及富集二氧化锂的方法，其特征在于：所述s1中筛选和配料时需将混合料中的重要元素比控制为：mn/fe>7.8，mn/p>557，mn/sio=20.78，si/al=3.98。

7.根据权利要求1所述的一种制备低铝微碳锰硅合金及富集二氧化锂的方法，其特征在于：所述s2中的高温还原反应的温度为1450～1600℃，反应时间为2-3h，采用连续加料方式，确保反应的持续进行。

8.根据权利要求1所述的一种制备低铝微碳锰硅合金及富集二氧化锂的方法，其特征在于：所述s3中半密闭矿热炉烟尘收集系统收集的富锂烟尘灰中的 li2o含量能占烟尘灰总质量的7%~7.5%。

9.根据权利要求1所述的一种制备低铝微碳锰硅合金及富集二氧化锂的方法，其特征在于：所述s3中的出炉得到的产品低铝微碳锰硅合金中的元素成分及含量百分比为mn：60%~65%、fe：8%~8.5%、p：0.05%~0.15%、si：29%~32%、c：0.05%~0.15%、al：1%~2%。