高含鐵南非氧化錳礦浸出除鉀鈉試驗(yàn)研究

胡 平，田維剛，楊啟奎，張曉冬，付秋文

（1.貴州能礦錳業(yè)集團(tuán)有限公司，貴州 銅仁 554001；2.貴州省電池用錳材料工程技術(shù)研究中心，貴州 銅仁 554001）

近年來各行各業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的趨勢越發(fā)明顯，錳系產(chǎn)品的市場需求也趨于高質(zhì)量、低雜質(zhì)化。在錳系產(chǎn)品如高純硫酸錳的生產(chǎn)中，客戶對(duì)產(chǎn)品中的K、Na、Ca、Mg、重金屬等雜質(zhì)元素都有一定的要求，因此生產(chǎn)單位必須對(duì)中間產(chǎn)品——硫酸錳溶液的雜質(zhì)進(jìn)行控制，也就需要在生產(chǎn)中針對(duì)各類雜質(zhì)進(jìn)行去除，其中K+、Na+是溶液中首先需要去除的對(duì)象，本文針對(duì)高含鐵南非氧化錳礦浸出液除鉀鈉的優(yōu)異性進(jìn)行了簡要研究。

1 硫酸錳溶液除鉀鈉反應(yīng)機(jī)理

錳系產(chǎn)品的生產(chǎn)大多都需要制取中間產(chǎn)物——硫酸錳溶液[1]，高純硫酸錳也不例外。

在硫酸錳溶液體系中，除鉀鈉通常采用黃鉀/鈉鐵釩法，通過K+、Na+與溶液中的F2+、SO42-結(jié)合生成難溶物KFe3（SO4）2（OH）6和NaFe3（SO4）2（OH）6，該反應(yīng)在浸出槽內(nèi)進(jìn)行，需要反應(yīng)時(shí)有足夠的鐵離子促使其發(fā)生反應(yīng)，其反應(yīng)方程式如下：

2 高含鐵南非氧化錳礦簡介

2.1 市場上的氧化錳礦石

目前市場上的氧化錳礦石包括國內(nèi)氧化錳礦以及國外進(jìn)口氧化錳礦石，其中國內(nèi)氧化錳礦石品位相對(duì)國外氧化錳礦石更低，且雜質(zhì)含量更高，產(chǎn)地多在廣西等地；而國外進(jìn)口氧化錳礦石則相對(duì)來說錳品位高、雜質(zhì)含量低，品質(zhì)相對(duì)優(yōu)良，產(chǎn)地包括澳洲、加蓬、巴西、南非等地，其中多數(shù)南非礦鐵含量較高，常稱為“南非高鐵礦”。

2.2 高含鐵南非氧化錳礦的優(yōu)勢

由于目前客戶對(duì)于高純硫酸錳的純凈度要求較高，也就意味著行業(yè)內(nèi)生產(chǎn)高純硫酸錳的原料有所選擇，通常選擇錳含量較高、雜質(zhì)含量更低的氧化錳礦石，這樣可以從源頭上減少需要去除的雜質(zhì)，降低除雜成本。而采用普通的氧化錳礦焙燒后浸出制取硫酸錳溶液時(shí)，在除鉀鈉過程中需要加入大量的硫酸亞鐵，成本較高。

因此采用含鐵量較高的南非氧化錳礦，其雜質(zhì)鐵的含量反而成為優(yōu)勢，可利用礦石中本身存在的高含量鐵質(zhì)成分進(jìn)行除鉀鈉，從而減少除鉀鈉時(shí)硫酸亞鐵的使用量，有效降低除雜成本。

3 試驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)分析

3.1 原料分析

南非高鐵礦原料呈塊狀，最大粒徑90mm，經(jīng)破碎磨礦后分析，其含錳為34.88%，主要含錳成分為二氧化錳，其次含鐵成分高達(dá)21.17%，鉀鈉含量合計(jì)僅為0.78%，總體來說是一種優(yōu)良的錳礦石，適合用于高純硫酸錳的生產(chǎn)。其成分分析見表1。

表1 南非高鐵礦分析結(jié)果

3.2 焙燒

取南非高鐵礦按照配煤比15%，充分混合后焙燒，焙燒溫度設(shè)置860℃，焙燒時(shí)間為5h。

結(jié)果顯示，焙燒還原后錳浸出率達(dá)93.53%，二價(jià)鐵含量為16.33%，礦石中大部分鐵轉(zhuǎn)化為二價(jià)鐵，可替代硫酸亞鐵用于鉀鈉離子的去除，無需額外添加硫酸亞鐵。

3.3 浸出除鉀鈉

為了驗(yàn)證在不添加硫酸亞鐵的條件下南非高鐵礦浸出除鉀鈉的效果，采取液固比5：1，礦濃硫酸重量比1：0.85，溫度95℃，添加少量MnO2作為氧化劑，浸出+除鉀鈉時(shí)間合計(jì)4h的條件下，進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)期間補(bǔ)充超純水以保持液面高度，浸出及除鉀鈉完成后過濾，檢測濾液成分，結(jié)果見表2。

表2 南非高鐵礦浸出除鉀鈉濾液分析結(jié)果

由表2可知，在不添加硫酸亞鐵的情況下，僅利用南非高含鐵氧化錳礦中自有的含鐵成分，就能夠有效去除溶液中的鉀鈉離子，濾液含K+僅為2.4mg/L，含Na+僅為5.4mg/L，鉀鈉去除率均超過99%。

4 結(jié)論

（1）采用高含鐵南非氧化錳礦浸出制備硫酸錳溶液，在除鉀鈉過程中不添加硫酸亞鐵，僅利用礦石中自有的鐵成分用于鉀鈉去除，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證除鉀鈉后溶液中含K+僅為2.4mg/L，含Na+僅為5.4mg/L，鉀鈉去除率均超過99%。

（2）采用高含鐵南非氧化錳礦作為生產(chǎn)高純硫酸錳的原料，可充分利用礦石自有的含鐵成分用于溶液中鉀鈉的去除，變雜質(zhì)為有用成分，減少硫酸亞鐵的消耗，起到節(jié)約除雜成本的作用。