Decrepitation of Comilog, Assmang and UMK manganese ores during prereduction

Abstract

Produksjon av manganlegeringer er en industri som forbruker mye elektrisk energi og karbonmaterialer. Prereduksjon av manganmalm er ønsket for å senke forbruket av elektrisk energi og karbonmaterialer. For at dette skal være mulig må man vite hvordan manganmalmen reagerer når den blir varmet opp i forskjellige gassatmosfærer. Assmang, UMK og Comilog vil bli undersøkt etter å ha blitt varmet opp til 400°C, 600°C og 800°C i syntetisk luft og 70/30% CO/CO2.

Først ble Assmang varmet opp i CO/CO2 som resulterte i at alle manganoksidene ble redusert til MnO ved 800°C. Assmang malmen dekrepiterte mer enn UMK, men mindre enn Comilog som har blitt undersøkt i tidligere arbeid. Så ble alle malmene varmet i syntetisk luft. Malmene ble tumbletestet, trykkkraft-testet og undersøkt i SEM, i tillegg til porøsitetsmålinger og kjemisk analyse som ble gjort av Sintef.

Manganoksidene ble kun redusert til Mn2O3 (MnOx = 1,5) da de ble varmet i syntetisk luft, som førte til en økning i oksygeninnholdet for Assmang (MnOx = 1,45) og UMK (MnOx = 1,43). Comilog (MnOx = 1,94) fikk en reduksjon av oksygeninnholdet på grunn av dekomponering av MnO2. Alle malmene dekrepiterte mindre i luft enn i CO/CO2, hvor UMK og Comilog hadde minst dekrepitering. Assmang dekrepiterte mest i luftatmosfære, men den var bare ~6% høyere enn de andre malmene ved 800°C.

Trykktesting viste at styrken til malmene synker når temperaturen stiger. Comilog var den svakeste malmen, mens UMK og Assmang har liknende styrke. Dette er mest sannsynlig på grunn av forskjellen i porøsitet. Porøsiteten til Comilog ble målt opp til 36,9% ved 800°C. Assmang og UMK hadde maks 21,8% porøsitet ved 800°C, og betydelig mindre ved lavere temperaturer. Forskjellen i porøsitet ble videre sett i SEM undersøkelse av tverrsnittet til malmen.

Manganmalm varmet i CO/CO2 har en høyre grad av prereduksjon, men dekrepiterer også mer enn malm varmet i luft. Dette betyr at mer fines blir produsert under prereduksjon i CO/CO2. Derimot er det ikke mulig å redusere manganmalm lavere enn Mn2O3 i luft ved temperaturene undersøkt i denne studien. En atmosfære av CO/CO2 er nødvendig for å redusere manganmalm til MnO.

Production of manganese alloys is a large consumer of electrical energy and carbon material. Prereduction of manganese ores is desired to decrease the energy and carbon usage in production of manganese alloys. Knowing how the manganese ores react to heating in reducing gas atmospheres is therefore necessary to ensure efficient and safe operation. Assmang, UMK and Comilog will be examined and compared after heating to 400°C, 600°C and 800°C in 70/30% CO/CO2 and air atmosphere.

Firstly, it was found that the Assmang ore was heated in CO/CO2 is reduced up to MnOx = 1 at 800°C. The ore had more decrepitation than UMK, but less than Comilog which was examined in earlier work. Secondly, all three ores were heated in synthetic air before being tumble-tested. The ore were then tumble-tested, pressure force tested and examined in SEM as well as porosity measurements and chemical analysis done by Sintef.

The manganese oxides were not reduced past Mn2O3 (MnOx=1,5) in air atmosphere, which for Assmang (MnOx = 1,45) and UMK (MnOx=1,43) increased the oxygen content of the ore. Comilog (MnOx = 1,94) ore had a decrease in oxygen content due to decomposition of MnO2. The decrepitation of the three ores were lower than when heated in CO/CO2, UMK and Comilog having the lowest decrepitation. Assmang had the most decrepitation in air atmosphere, though it was only ~6% higher than the other ores at 800°C.

Pressure force tests showed that the strength of the ores decreased as the temperature was increased. Comilog was the weakest of the ores, while Assmang and UMK having similar strength. This was probably due to the increased porosity of Comilog which was measured to be from 12 - 36,9% depending on temperature. Assmang and UMK had a most a porosity of 21,8% at higher temperatures, and significantly lower at lower heating temperatures. This difference in porosity was also seen in SEM examination of the cross sections of the ore.

Ores heated in CO/CO2 show a higher degree of prereduction, but decrepitates more at the same time. This means more fines are produced when reducing manganese ores in CO/CO2 than in air. Though the decrepitation is lower in air, it is not possible to reduce Mn2O3 at the temperatures used in this study. An atmosphere of CO/CO2 is needed in order to fully reduce manganese ores to MnO.