低品位碳酸錳礦富集技術(shù)研究

喬 維，高長(zhǎng)元，梁少林，王保全

(1. 昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司，云南 昆明 650051； 2. 云南建水錳礦有限責(zé)任公司，云南 建水 654300)

0 前 言

我國(guó)探明的14個(gè)礦種中，錳礦儲(chǔ)量6 207.3萬(wàn)t，主要分布在廣西、湖南、云南、貴州、重慶等省區(qū)市，其中碳酸錳礦占56%，氧化錳礦占25%，其他類(lèi)型錳礦占19%。含錳大于30%的富礦僅占總資源量的5%，其余95%為貧錳礦。相當(dāng)多企業(yè)自產(chǎn)錳礦石含錳普遍在15%～20%，不能直接滿足鐵合金生產(chǎn)要求，造成自有資源利用率低，金屬回收率低；能耗高，生產(chǎn)成本高。

對(duì)于低品位錳礦中錳的富集，國(guó)內(nèi)通常采用的富集方法為火法焙燒還原，也有利用濕法冶金處理低品位錳礦，如硫酸鹽法、氨基甲酸鹽法、硝酸鹽法、氯鹽法、直接浸出法、硫酸還原浸出法、細(xì)菌冶金法等[1]，但濕法處理因存在較大的環(huán)境污染問(wèn)題也未廣泛應(yīng)用。火法焙燒還原技術(shù)也有微波強(qiáng)化還原、流態(tài)化強(qiáng)化還原、移動(dòng)床多管豎爐等還原新技術(shù)[2]。低品位錳礦石的富集方法較多，根據(jù)原礦的性質(zhì)，采用適合的富集方法，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益，是低品位錳礦資源綜合利用的重要研究方向。

云南建水錳礦有限責(zé)任公司一直采用云南當(dāng)?shù)氐腻i礦冶煉錳鐵合金，此礦多由低品位碳酸錳、硫酸錳等復(fù)合錳鹽組成[3]，礦石錳的品位一般為18%～20%，錳品位低，鈣、鎂含量高，生產(chǎn)過(guò)程煙氣量大，爐況不穩(wěn)，控制難度大，冶煉能耗較高，金屬回收率低，合金產(chǎn)量低。

本文以建錳公司的原料低品位碳酸錳礦為研究對(duì)象。采用火法焙燒富集處理的方法，對(duì)影響礦石品位富集的因素進(jìn)行研究，得到較佳的焙燒工藝控制條件與冶煉技術(shù)指標(biāo)，為實(shí)際生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)原理

在自然環(huán)境下碳酸鹽是可以穩(wěn)定存在的，在加溫情況下碳酸鹽可以分解為相應(yīng)的金屬氧化物和二氧化碳?xì)怏w。其化學(xué)方程式為：

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 主要儀器和試劑

馬弗爐；低品位錳礦；粉煤；粘接劑。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法1

2.2.1 原料、輔料分析

原料1為云南某地錳礦，呈塊狀，塊徑≤200 mm，顏色為棕褐色；原料2為云南某地錳礦，呈粉狀，粒徑≤10 mm，顏色為棕褐色。通過(guò)成分分析，各原料的化學(xué)成分見(jiàn)表1和表2。

表1 原料1化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%

注：錳礦石中Ca離子和Mg離子主要是以碳酸鹽的形式存在。

表2 原料2化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%

注：錳礦石中Ca離子和Mg離子主要是以碳酸鹽的形式存在。

本實(shí)驗(yàn)所使用的輔料粉煤的化學(xué)成分見(jiàn)表3所示。

表3 煤質(zhì)檢測(cè)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%

2.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)一稱(chēng)取1 000 g原料1，置于瓷坩堝中，放入馬弗爐，分別在600～1 200℃的溫度下進(jìn)行密閉焙燒，并保溫2 h，自然冷卻后稱(chēng)重送檢，分析不同焙燒溫度下錳礦的燒損率，Mn、Fe元素成分變化情況。

實(shí)驗(yàn)二將原料2、煤粉、粘接劑、水制備成球團(tuán)，球團(tuán)重量為1 000 g。分別稱(chēng)取5種不同配比下的球團(tuán)礦置于瓷坩堝中，放入馬弗爐中，將焙燒溫度固定在1 000℃，分析不同配比下球團(tuán)礦中Mn、Fe元素含量變化情況。

將焙燒后的球團(tuán)礦加入電爐進(jìn)行熔煉，分析其對(duì)冶煉過(guò)程操作及指標(biāo)的影響。

3 結(jié)果與討論

3.1 不同焙燒溫度對(duì)塊礦的影響

3.1.1 焙燒溫度對(duì)塊礦燒損率的影響

實(shí)驗(yàn)表明，600～1 000℃的溫度下焙燒時(shí)，隨著焙燒溫度的升高，塊礦的燒損率隨之增大，當(dāng)焙燒溫度為1 200℃時(shí)，燒損率減小。各溫度下的燒損率見(jiàn)表4所示。

表4 不同焙燒溫度下的燒損率

3.1.2 焙燒溫度對(duì)塊礦元素含量變化的影響

實(shí)驗(yàn)表明，在1 000℃的焙燒溫度下，錳礦中的各元素含量均發(fā)生變化，其中，溫度從600℃升至1 200℃時(shí)，錳礦中的金屬M(fèi)n、Fe元素含量隨焙燒溫度的升高而增加，具體變化情況見(jiàn)表5所示。

表5 不同焙燒溫度下錳礦中的Mn、Fe元素含量變化情況

3.2 不同配比對(duì)球團(tuán)礦焙燒后Mn、Fe元素的影響

實(shí)驗(yàn)表明，不同配比下的球團(tuán)礦經(jīng)1 000℃的高溫焙燒后，其球團(tuán)礦中Mn、Fe元素含量變化較大，在同樣的焙燒溫度下，配比3(粉礦∶煤粉∶粘接劑∶水=12∶4∶1∶3)的Mn、Fe元素富集量最多。表6為不同配比方案下焙燒前后球團(tuán)礦中Mn、Fe元素含量變化情況。

表6 不同配比方案下焙燒前后球團(tuán)礦中Mn、Fe元素含量 %

3.3 焙燒后的球團(tuán)礦對(duì)實(shí)際生產(chǎn)的影響

實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)焙燒后的球團(tuán)礦送入電爐冶煉，可有效提高爐料的透氣性，減少刺火塌料現(xiàn)象，較為明顯的改善了冶煉條件。

云南建水錳礦有限責(zé)任公司原有25 000 kV·A錳鐵電爐2臺(tái)，通過(guò)技術(shù)改造，將原料低品位碳酸錳礦通過(guò)焙燒富集后，再通過(guò)“熱料入爐”進(jìn)行冶煉，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，采用“熟料”冶煉的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)良好，節(jié)能效果明顯，主要冶煉指標(biāo)：入爐Mn礦石品位≈30%；Mn金屬回收率>80%；錳鐵產(chǎn)品冶煉電耗約2 588 kW·h/t(噸產(chǎn)品冶煉電耗較原來(lái)降低80 kW·h)；渣中含Mn量6%～8%。

4 結(jié) 論

1)本研究對(duì)不同焙燒溫度下的錳礦燒損率、Mn元素成分變化情況進(jìn)行分析，焙燒溫度為1 000℃下，燒損率為33.7%，塊礦中Mn元素含量為26.21%，F(xiàn)e元素含量為4.32%，Mn、Fe元素的富集量最大。

2)本研究采用粉礦∶煤粉∶粘接劑∶水=12∶4∶1∶3的配比制備球團(tuán)礦，在1 000℃的焙燒溫度下，焙燒后球團(tuán)礦中Mn元素含量為30.61%，比焙燒前增加12.93%；Fe元素含量為3.77%，比焙燒前增加1.28%。由此可見(jiàn)，此配比下的球團(tuán)礦經(jīng)過(guò)焙燒，Mn元素的富集量最大。

3)本研究采用“熟料”入爐冶煉錳鐵合金，噸產(chǎn)品冶煉電耗降低80 kW·h，金屬回收率大于80%，渣中含Mn降至6%～8%。

通過(guò)本研究，得到較佳的焙燒工藝控制條件，可實(shí)現(xiàn)低品位碳酸錳礦中錳的有效富集，較大的改善了冶煉條件，并得到較好的冶煉指標(biāo)。