本发明属于矿物加工，尤其涉及一种多场耦合作用下铁锰矿石矿相高效转化的系统及方法。
背景技术：
1、我国内陆及海外权益锰资源储量丰富，但我国及海外权益锰矿资源锰品位低，共伴生组分复杂，超过70％的锰矿资源为共伴生铁锰矿资源。铁锰矿是一种同时含有铁和锰的矿石，一般来说，铁的含量较高，通常在10％至40％之间，锰的含量相对较低，一般在10％至20％之间，有着铁锰类质同象及微细粒嵌布等特点。由于该类资源矿物组成复杂、可选性差异小，其高效分选一直是世界级难题。因此，围绕共伴生铁锰矿开展基础研究与前沿技术探索，实现高效利用，意义重大。
2、为实现铁锰矿石中铁和锰的有效分离和富集，有多种传统选矿方法，其中，铁锰矿的机械物理选矿操作相对简单、成本较低。但由于受到铁锰矿中铁锰密度和磁性相差不大的影响，单一重选和磁选效果相对较差，物理联合工艺指标也不高，因此机械物理选矿难以实现高效分离。化学浸出提取率高、选择性好、可以处理低品位矿石和难处理的矿石，但会产生较多废水和废弃物，对设备和环境带来不利影响。生物浸出对环境相对友好，在铁锰矿处理中有其独特的优势，但因其加工时间长，很难实现大规模的生产和应用。综上，传统选矿技术在处理铁锰矿方面均存在一些局限，不能满足铁锰矿的清洁高效回收利用。
3、随着现代技术的发展，磁化焙烧技术是处理难选铁矿资源的有效手段之一。其中，流态化磁化焙烧和微波磁化焙烧在难选铁矿石分选中展现出其巨大的优势。流态化磁化焙烧是指矿石颗粒在流体介质作用下呈流体化状态进行加热还原，从而达到磁化焙烧的目的，具有产品质量均匀稳定、传热效果好、过程控制及自动化水平高、设备运转部件少等特点。针对复杂难选铁矿石品位低、铁矿物种类多的特点，东北大学提出了铁矿石“预氧化-蓄热还原-再氧化”悬浮磁化焙烧新理念，研制了铁矿石悬浮磁化焙烧实验室及中试装备，开发了复杂难选铁矿石“预富集-悬浮磁化焙烧-分选”新工艺，针对中钢阿尔及利亚鲕状赤铁矿、鞍钢东鞍山尾矿及酒钢粉矿、尾矿和块矿开展了悬浮磁化焙烧扩大连续试验，均取得良好选别指标。基于上述研究成果，酒钢集团于2018年3月建成了165万吨/年的悬浮磁化焙烧工业生产线。
4、微波是指频率为300mhz～300ghz、波长在1mm～1m之间的电磁波，可以渗透到矿物分子内部，使发热从分子内部开始发生，不需要热传导，热效率高，能耗低；其次，共生在同一矿石的不同矿物，也会表现出不同的温升变化，加剧其结合面的软化。因此，微波焙烧具有快速加热、选择性加热、能耗低、增强矿物单体解离度和可磨度等特点，成为近年来研究的热点，将微波应用于铁锰矿的分离将具有广阔的发展前景。
5、本发明结合选择性快速加热的微波加热技术和高效传热传质的流态化焙烧技术，在微波场、应力场、气固流场、温度场等多场耦合作用下，将微波加热应用到流态化磁化焙烧技术中，按照热力学计算，在低温下实现铁锰矿石蓄热升温干燥，在较低温度和弱还原气氛下将铁锰矿石中弱磁性铁矿物选择性转化为强磁性矿物，在较高温度和强还原气氛下将矿石中水锰矿、软锰矿选择性转化为方锰矿，进而实现铁锰矿物相高效转化，为后续铁锰矿高效分选奠定良好基础，可为铁锰矿的高效、环保、节能开发利用提供了新思路。
技术实现思路
1、本发明的一个目的在于提供一种多场耦合作用下铁锰矿石矿相高效转化的系统，有效解决共伴生铁锰矿可选性差异小及高效分选难的问题。
2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
3、一种多场耦合作用下铁锰矿石矿相高效转化的系统，包括：给料室、第一微波发生装置、第二微波发生装置、一级充分流化蓄热升温干燥室、二级充分流化铁物相转化室、三级充分流化锰物相转化室、第一供气装置、第二供气装置、第三供气装置、第四供气装置、第五供气装置、测温装置、旋风装置、动力装置和集料仓。
4、所述一级充分流化蓄热升温干燥室、二级充分流化铁物相转化室和三级充分流化锰物相转化室左右并联为一个整体，其中，一级充分流化蓄热升温干燥室、二级充分流化铁物相转化室和三级充分流化锰物相转化室的腔室内均设有一个用于将相应腔室左右分隔的隔板，所述一级充分流化蓄热升温干燥室、二级充分流化铁物相转化室和三级充分流化锰物相转化室的腔室均通过相应隔板分为位于左侧的进料室和位于右侧的出料室，所述隔板的顶部与相应腔室的内顶壁相连，所述隔板的底部与相应腔室的内底壁之间设有用于物料流通的通道。
5、所述一级充分流化蓄热升温干燥室的左侧壁的上部设有进料口，所述给料室的出口与所述进料口相连通，所述三级充分流化锰物相转化室的右侧壁的上部设有出料口，所述出料口与所述集料仓相连通，所述一级充分流化蓄热升温干燥室的左侧壁的外侧设有第一微波发生装置，所述三级充分流化锰物相转化室的右侧壁的外侧设有第二微波发生装置。
6、所述一级充分流化蓄热升温干燥室、二级充分流化铁物相转化室和三级充分流化锰物相转化室的底部均设有两个进气孔，两个所述进气孔分别设于相应隔板的左右两侧，所述进气孔从左至右分别为第一进气孔、第二进气孔、第三进气孔、第四进气孔、第五进气孔和第六进气孔。
7、所述第一进气孔和第二进气孔均与第一供气装置相连通，所述第三进气孔与第二供气装置相连通，所述第四进气孔与第三供气装置相连通，所述第五进气孔与第四供气装置相连通，所述第六进气孔与第五供气装置相连通。
8、位于所述第一进气孔、第三进气孔和第五进气孔的正上方的腔室的顶壁上分别设置第一回风口、第二回风口和第三回风口，所述第一回风口、第二回风口和第三回风口均与所述旋风装置的入口相连通，所述旋风装置的出口与给料室的入口相连通，所述旋风装置与所述动力装置相连接。
9、位于所述第二进气孔、第四进气孔和第六进气孔的正上方的腔室内均设有一个热电偶，所述热电偶与测温装置相连接。
10、进一步地，各所述进料室与出料室的容积比均为1:5，各所述隔板的高度相等且各所述隔板与相应腔室的高度比均为1:1.2。
11、进一步地，所述微波发生装置由波导、磁控管和天线帽组成，所述波导通过导线连接电源，所述波导设于磁控管的下方，所述磁控管上装配有微波功率调节仪，所述天线帽设于磁控管的下方并且插入波导内。
12、本发明的另一个目的在于提供一种多场耦合作用下铁锰矿石矿相高效转化的方法，应用于以上实施例所述的系统，包括以下步骤：s1、将铁锰矿样品破碎、研磨并混合均匀，制得铁锰矿粉样品，经给料室均匀给入一级充分流化蓄热升温干燥室的进料室。
13、s2、第一供气装置通过第一进气孔泵入保护性气体，使铁锰矿粉样品流动至一级充分流化蓄热升温干燥室的出料室。
14、s3、第一供气装置通过第二进气孔泵入保护性气体，使铁锰矿粉样品在一级充分流化蓄热升温干燥室的出料室呈流化状态。
15、s4、开启第一微波发生装置，产生的微波进入一级充分流化蓄热升温干燥室，并使其内的铁锰矿粉样品加热至400～600℃，被加热后的铁锰矿粉样品从一级充分流化蓄热升温干燥室的出料室排出，进入二级充分流化铁物相转化室的进料室。
16、s5、第二供气装置通过第三进气孔泵入保护性气体，使铁锰矿粉样品在二级充分流化铁物相转化室的进料室流动至二级充分流化铁物相转化室的出料室。
17、s6、第三供气装置通过第四进气孔泵入还原性气体，使铁锰矿粉样品在二级充分流化铁物相转化室的出料室发生铁矿物物相转化反应，并使流态化的铁锰矿粉样品送入三级充分流化锰物相转化室的进料室。
18、s7、第四供气装置通过第五进气孔泵入保护性气体，使铁锰矿粉样品在三级充分流化锰物相转化室的进料室流动至三级充分流化锰物相转化室的出料室。
19、s8、开启第二微波发生装置，产生的微波进入三级充分流化锰物相转化室，并使其内的铁锰矿粉样品加热至600～800℃，同时，第五供气装置通过第六进气孔泵入还原性气体，使铁锰矿粉样品在三级充分流化锰物相转化室发生锰矿物物相转化反应，并使流态化的铁锰矿粉样品通过三级充分流化锰物相转化室的出料口排出，进入集料仓，获得发生物相转化的铁锰矿产品。
20、进一步地，在步骤s1中，先将铁锰矿样品破碎至粒径≤2mm，然后研磨至粒径≤0.074mm的部分占铁锰矿样品总质量的40％～90％，制成铁锰矿粉样品。
21、进一步地，所述铁锰矿样品中铁品位10％～60％、锰品位1％～30％，所述保护性气体为n2或co2，所述还原性气体为co、h2、ch4或水煤气。
22、进一步地，铁锰矿粉样品在一级充分流化蓄热升温干燥室内的停留时间为10～90min，被加热后的铁锰矿粉样品在二级充分流化铁物相转化室的停留时间为10～90min，铁锰矿粉样品在三级充分流化锰物相转化室的停留时间为10～90min。
23、进一步地，在步骤s6中，当向二级充分流化铁物相转化室的出料室通入还原性气体时，还原性气体的通入量与通入二级充分流化铁物相转化室的进料室的保护性气体的通入量的体积比为1:10～2:6。
24、在步骤s8中，当向三级充分流化锰物相转化室的出料室通入还原性气体时，还原性气体的通入量与通入三级充分流化锰物相转化室的进料室的保护性气体的通入量的体积比为1:10～2:6。
25、进一步地，当锰矿物物相转化反应结束后，首先，停止向二级充分流化铁物相转化室的出料室和三级充分流化锰物相转化室的出料室通入还原性气体，并关闭第一微波发生装置和第二微波发生装置；然后，停止通入保护性气体。
26、与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：
27、(1)本发明与现有的各种物相转化装置相比，加热效率提高10倍以上，磁性转化率和方锰矿转化率指标均提高3％以上。
28、(2)本发明不仅集合了流态化焙烧和微波加热的优势，而且本发明分别设置一级充分流化蓄热升温干燥室、二级充分流化铁物相转化室和三级充分流化锰物相转化室，使铁锰矿中铁矿物在低温低还原浓度时实现高效矿相转化，使铁锰矿中锰矿物在高温高还原浓度时实现高效矿相转化，从而有利于针对矿石特性实现物相精准调控。
29、(3)本发明采用双微波发生装置和三室连用设计，有利于精准控制物相转化过程所需温度，减少能量的损失，在实现精准调控物相的同时，能耗也降低20％以上。
1.一种多场耦合作用下铁锰矿石矿相高效转化的系统，其特征在于，包括：给料室、第一微波发生装置、第二微波发生装置、一级充分流化蓄热升温干燥室、二级充分流化铁物相转化室、三级充分流化锰物相转化室、第一供气装置、第二供气装置、第三供气装置、第四供气装置、第五供气装置、测温装置、旋风装置、动力装置和集料仓；
2.根据权利要求1所述的多场耦合作用下铁锰矿石矿相高效转化的系统，其特征在于，各所述进料室与出料室的容积比均为1:5，各所述隔板的高度相等且各所述隔板与相应腔室的高度比均为1:1.2。
3.根据权利要求2所述的多场耦合作用下铁锰矿石矿相高效转化的系统，其特征在于，所述微波发生装置由波导、磁控管和天线帽组成，所述波导通过导线连接电源，所述波导设于磁控管的下方，所述磁控管上装配有微波功率调节仪，所述天线帽设于磁控管的下方并且插入波导内。
4.一种多场耦合作用下铁锰矿石矿相高效转化的方法，其特征在于，应用于权利要求1-3中任一项所述的系统，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的多场耦合作用下铁锰矿石矿相高效转化的方法，其特征在于，在步骤s1中，先将铁锰矿样品破碎至粒径≤2mm，然后研磨至粒径≤0.074mm的部分占铁锰矿样品总质量的40％～90％，制成铁锰矿粉样品。
6.根据权利要求5所述的多场耦合作用下铁锰矿石矿相高效转化的方法，其特征在于，所述铁锰矿样品中铁品位10％～60％、锰品位1％～30％，所述保护性气体为n2或co2，所述还原性气体为co、h2、ch4或水煤气。
7.根据权利要求6所述的多场耦合作用下铁锰矿石矿相高效转化的方法，其特征在于，铁锰矿粉样品在一级充分流化蓄热升温干燥室内的停留时间为10～90min，被加热后的铁锰矿粉样品在二级充分流化铁物相转化室的停留时间为10～90min，铁锰矿粉样品在三级充分流化锰物相转化室的停留时间为10～90min。
8.根据权利要求7所述的多场耦合作用下铁锰矿石矿相高效转化的方法，其特征在于，在步骤s6中，当向二级充分流化铁物相转化室的出料室通入还原性气体时，还原性气体的通入量与通入二级充分流化铁物相转化室的进料室的保护性气体的通入量的体积比为1:10～2:6；
9.根据权利要求8所述的多场耦合作用下铁锰矿石矿相高效转化的方法，其特征在于，当锰矿物物相转化反应结束后，首先，停止向二级充分流化铁物相转化室的出料室和三级充分流化锰物相转化室的出料室通入还原性气体，并关闭第一微波发生装置和第二微波发生装置；然后，停止通入保护性气体。
