含鐵錳礦石資源概述及開(kāi)發(fā)利用研究現(xiàn)狀

劉鵬飛，袁 帥，李艷軍，韓躍新，高 鵬，孫永升

(東北大學(xué) 資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110819)

0 前言

錳是地球上含量最豐富的化學(xué)元素之一，僅次于鐵，在重金屬中排第2位[1]。錳的化學(xué)性質(zhì)較活潑，可與氧氣化合形成各類(lèi)錳的氧化物。自然界中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的錳礦物和含錳礦物有150多種，分別屬氧化礦類(lèi)、碳酸鹽類(lèi)、硅酸鹽類(lèi)、磷酸鹽類(lèi)等，其中工業(yè)礦物30多種，工業(yè)中利用的主要是錳的氧化物和碳酸鹽礦物[2]。

錳在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位[3]，90%的錳應(yīng)用于鋼鐵工業(yè)，作為重要合金元素和脫硫劑、脫氧劑，其用量?jī)H次于鐵[4-5]。近些年來(lái)，錳在膳食添加劑的制備、化肥和精細(xì)化工等領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用[6]。目前，我國(guó)的鋼產(chǎn)量、金屬錳和錳系合金產(chǎn)量均居世界第一位，與此同時(shí)，為適應(yīng)電池、電子工業(yè)的發(fā)展而形成的電解二氧化錳、四氧化三錳的生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)量也均居世界首位。因此，錳礦產(chǎn)業(yè)在我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有非常重要的支撐地位，而這些都需要有豐富的錳礦資源來(lái)支撐。

1 世界錳礦資源概述

世界錳礦資源豐富，但分布極其不均，且各地區(qū)的錳礦品位差異很大。富錳礦資源主要集中在南非、加蓬、巴西、印度和澳大利亞，品位一般在30%～50%；而烏克蘭、中國(guó)、加納主要以低品位錳礦為主，品位一般低于30%[7]。據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)2020數(shù)據(jù)[8]，截止2019年底，世界錳礦金屬儲(chǔ)量8.10億t，主要分布于南非、烏克蘭、巴西、澳大利亞、加蓬、中國(guó)和印度，上述7個(gè)國(guó)家儲(chǔ)量合計(jì)為7.89億t，占全球總儲(chǔ)量的97.41%。全球錳產(chǎn)品生產(chǎn)集中度高，主要集中在南非、澳大利亞、加蓬、巴西和中國(guó)等國(guó)家，2019年上述5國(guó)錳金屬量合計(jì)為1 360萬(wàn)t，占全球總產(chǎn)量的71.58%。中國(guó)作為世界上最大的錳礦進(jìn)口國(guó)，錳礦的對(duì)外依存度超過(guò)80%，這不但對(duì)我國(guó)錳行業(yè)可持續(xù)發(fā)展造成嚴(yán)重影響，對(duì)鋼鐵工業(yè)等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的安全運(yùn)行也構(gòu)成了巨大威脅，因此強(qiáng)化我國(guó)錳礦資源保障能力，具有重要的戰(zhàn)略意義。表1為2019年世界主要錳礦資源豐富國(guó)家的儲(chǔ)量概況[8]。

表1 2019年世界主要錳礦資源豐富國(guó)家的儲(chǔ)量概況

2 中國(guó)錳礦資源概述

我國(guó)錳礦資源儲(chǔ)量位居世界第6位，僅次于南非、烏克蘭、澳大利亞、巴西和印度。 錳礦資源在我國(guó)分布比較廣泛但不均衡，現(xiàn)有的陸地錳礦產(chǎn)地超過(guò)850處，主要分布在廣西、湖南、云南、貴州和遼寧等地[9]，圖1顯示了我國(guó)錳礦資源的分布情況。與國(guó)外相比，我國(guó)的錳礦床規(guī)模較小，礦層薄，貧礦多，且錳礦石中雜質(zhì)多，選礦較難[10]。我國(guó)錳礦資源富礦很少，全國(guó)錳品位平均只有21.4%，富錳礦(含Mn大于30%的氧化錳礦和含Mn大于25%的碳酸錳礦石)資源儲(chǔ)量只占6.4%[11]。

圖1 我國(guó)錳礦資源分布情況

雖然我國(guó)有著豐厚的錳礦資源，但由于我國(guó)已探明的錳礦資源可采儲(chǔ)量有限，且礦石品位偏低、質(zhì)量較差，盡管一段時(shí)間以來(lái)，我國(guó)錳礦石產(chǎn)量平均年增長(zhǎng)率高達(dá)10%以上，年產(chǎn)量一度居于世界前列，但由于冶金工業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)錳礦石，尤其是富錳礦石的需求急劇增長(zhǎng)，國(guó)產(chǎn)錳礦石供不應(yīng)求，從1983年起，我國(guó)開(kāi)始從國(guó)外進(jìn)口錳礦石[12-14]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)2019年錳礦石進(jìn)口量超過(guò)3 000萬(wàn)t，已是世界上最大的錳礦石進(jìn)口國(guó)。圖2顯示了我國(guó)2013—2019年錳礦石進(jìn)口量變化，我國(guó)錳礦石進(jìn)口量呈逐步上升的趨勢(shì)，2019年全年錳礦石進(jìn)口量相對(duì)于2016年錳礦石進(jìn)口量已翻了一番。

圖2 2013-2019年我國(guó)錳礦石進(jìn)口量

3 含鐵錳礦石選礦現(xiàn)狀

隨著鋼鐵行業(yè)的發(fā)展，各國(guó)富錳礦資源日漸枯竭。為了滿足各國(guó)對(duì)錳礦的需求，研究人員將工作重心轉(zhuǎn)移至貧錳礦和含鐵錳礦石的研究上[15-19]。由于含鐵錳礦中鐵、錳礦物的嵌布粒度較細(xì)，且存在明顯的鐵錳類(lèi)質(zhì)同象的現(xiàn)象，故很難對(duì)礦石進(jìn)行單體解離，因此該類(lèi)礦物的利用難度比較大[20]。目前，含鐵錳礦石的主要選礦方法有機(jī)械選礦法(洗礦、篩分、重選、磁選和浮選等)、化學(xué)選礦法和火法富集等方法[21]。

3.1 機(jī)械選礦法

機(jī)械選礦法主要包括重選、磁選和浮選3種，是傳統(tǒng)意義上的選礦方法。鐵錳礦中的錳元素一般賦存在軟錳礦中，鐵元素主要賦存在赤鐵礦，但由于軟錳礦和赤鐵礦密度相似，而且都具有弱磁性，所以單一的重選和磁選很難將二者分離。

Sunil K T[22]等利用掃描電子顯微鏡和XRD等不同技術(shù)對(duì)印度某地區(qū)獲得的礦粉進(jìn)行了表征，最終確定了一段密度分離器預(yù)選、兩段磁選的流程，并獲得了錳品位45.8%、錳回收率44.7%的錳精礦。同時(shí)該流程將錳鐵比為1∶6的原礦提升至3∶1。

師紅偉[21]等針對(duì)云南鐵錳礦進(jìn)行研究，經(jīng)一段磨礦，磨礦細(xì)度為-0.075 mm(-200目)占31.70%時(shí)，采用兩段跳汰選別，再經(jīng)過(guò)一次搖床掃選，可從錳品位為18.83%，鐵品位為22.85%的該鐵錳礦石中得到3種錳精礦，其中精礦1為錳品位47.06%、鐵品位9.06%，錳鐵比大于5的錳精礦。綜合3種精礦，總錳品位為40.41%，回收率為70.92%。

張治國(guó)[23]等針對(duì)新疆某復(fù)雜鐵、錳多金屬礦石進(jìn)行了選礦試驗(yàn)。根據(jù)礦石工藝礦物學(xué)特點(diǎn)，確定采用弱磁選回收鐵，強(qiáng)磁選回收錳的工藝流程。最終在磨礦細(xì)度-0.075 mm含量占85.70%時(shí)，獲得了鐵精礦Fe品位63.52%，回收率54.66%，錳精礦Mn品位31.25%，回收率65.44%的指標(biāo)，為選廠的技術(shù)改造提供了依據(jù)。

在錳礦選別方式中，浮選是選擇性強(qiáng)于重選和磁選的一種選別方式。浮選適用于處理細(xì)粒級(jí)的礦石，礦石粒度是影響浮選的重要指標(biāo)，浮選藥劑的研發(fā)是其中的關(guān)鍵技術(shù)[24]。

王宇斌[25]等對(duì)甘肅某地鐵錳礦進(jìn)行了研究，通過(guò)原礦干式磁選—濕式強(qiáng)磁、重選—濕式強(qiáng)磁、浮選等幾種工藝選錳效果對(duì)比，對(duì)含磷超標(biāo)的錳精礦進(jìn)行了除磷試驗(yàn)。試驗(yàn)表明:在原礦品位為24.22%、磨礦細(xì)度-0.075 mm含量55%～65%的條件下, 采用濕式強(qiáng)磁工藝可獲得錳精礦品位40.87%、回收率為77.47%的理想分選指標(biāo), 錳精礦酸浸除磷后含磷可降至0.1%以下。

錳礦物嵌布粒度細(xì)、過(guò)磨產(chǎn)生的細(xì)泥、碳酸錳品位低、礦漿離子復(fù)雜、浮選藥劑選擇性不高以及異相凝聚嚴(yán)重等情況都使得錳礦的浮選效果不佳。近幾年，我國(guó)錳礦浮選方面的工藝、藥劑及機(jī)理都沒(méi)有新的進(jìn)展與突破。

3.2 化學(xué)選礦法

鐵錳礦的化學(xué)選礦法是基于物料組分的化學(xué)性質(zhì)的差異，利用化學(xué)方法改變物料性質(zhì)組成，然后用其他的方法使目的組分富集的資源加工工藝。它包括化學(xué)浸出與化學(xué)分離兩個(gè)主要過(guò)程[26]。

化學(xué)浸出包括直接浸出(連二硫酸鹽法[27]、二氧化硫法[28]、兩礦加酸法[29]、硫酸亞鐵法[30]、無(wú)機(jī)還原劑法[31]、有機(jī)物浸出法[32]、直接酸浸法[33])，焙燒浸出法(還原焙燒—酸浸法[34]、硫酸化焙燒—水浸法[35]、銨鹽焙燒—水浸法[36]、氯化焙燒—浸出法[37])和生物浸出法[38]。

張旭[39]等利用黃鐵礦和微生物組合浸出某含鐵低品位氧化錳礦，在pH=1.6、礦漿濃度15%、接種菌濃度20%的條件下，錳的浸出率達(dá)到92.3%。此法為生物鏈和礦石浸出提供了新的思路。

崔靜賢[40]等利用蔗髓預(yù)處理選擇性還原浸出高鐵氧化錳礦，在硫酸溶液體系中，研究了蔗髓用量、預(yù)處理時(shí)間、硫酸濃度和反應(yīng)溫度等因素對(duì)高鐵氧化錳礦石中錳和鐵浸出率的影響。在最適宜的預(yù)處理?xiàng)l件下，錳的浸出率可超過(guò)94%，鐵的浸出率為13%左右。

鄢然[41]等進(jìn)行了硫酸銨焙燒—硫酸浸出工藝從低品位含鐵錳礦石中回收錳試驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)通過(guò)考察硫酸銨的用量、焙燒溫度、焙燒時(shí)間、硫酸濃度、浸出溫度和浸出時(shí)間等條件對(duì)錳浸出率的影響，確定了在硫酸銨與錳礦的用量比為15∶1、溫度為380℃下對(duì)該礦石焙燒150 min，然后在40℃，濃度為0.04 mol/L的硫酸溶液中浸出50 min，錳的浸出率可達(dá)95.99%。

扶強(qiáng)[42]等對(duì)電解浸出某含鐵軟錳礦進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)研究了硫酸鐵用量、硫酸用量、浸出時(shí)間、電流密度、液固比、反應(yīng)溫度和攪拌速率對(duì)礦石中錳的浸出率影響。結(jié)果表明，在鐵錳物質(zhì)量之比為1∶2，硫酸濃度為0.1 mol/L，浸出時(shí)間為2 h，電流密度為400 A/m2，液固比為7∶1，反應(yīng)溫度為80℃，攪拌速率為300 r/min的條件下，錳的浸出率可超過(guò)95%。

ZHANG Yuanbo[43]等對(duì)湖南某地含鐵錳礦進(jìn)行了還原焙燒—酸浸工藝研究，該工藝以化學(xué)純硫作為還原劑，硫酸作為浸出劑。試驗(yàn)結(jié)果顯示，在焙燒溫度550℃、ω(S)/ω(Mn)為0.5、焙燒時(shí)間10 min、硫酸濃度1 mol/L、浸出溫度25℃、攪拌速率200 r/min、浸出時(shí)間5 min、液固比5∶1的條件下，錳和鐵的浸出率分別為95.6%和14.5%。

3.3 焙燒選礦法

鐵錳礦是鐵礦物和錳礦物共生的礦石，常規(guī)的機(jī)械選礦法很難將鐵、錳分離，化學(xué)選礦法又存在污染環(huán)境等問(wèn)題。焙燒選礦法是將礦石加熱到一定溫度后，在相應(yīng)氣氛中進(jìn)行物理化學(xué)反應(yīng)，礦石礦相發(fā)生轉(zhuǎn)變的過(guò)程。按焙燒氣氛劃分，焙燒可分為還原焙燒、中性焙燒、氧化—還原焙燒、還原—氧化焙燒[44]。鐵錳礦在一定程度的焙燒后，弱磁性的鐵礦物會(huì)還原成強(qiáng)磁性的磁鐵礦或是假象赤鐵礦，弱磁性的軟錳礦被還原為二氧化錳，進(jìn)而通過(guò)磁選將鐵礦物和錳礦物分離開(kāi)，故焙燒往往和磁選作為聯(lián)合流程進(jìn)行選礦。

李長(zhǎng)順[45]對(duì)某地鐵錳礦石進(jìn)行了磁化焙燒—磁選試驗(yàn)研究。原礦在配煤量8%、回轉(zhuǎn)窯溫度800℃、焙燒時(shí)間25 min的條件下進(jìn)行磁化焙燒，然后將焙燒產(chǎn)品磨至-0.075 mm占比70%，最后經(jīng)一段弱磁選和一段強(qiáng)磁選，可將原礦鐵、錳品位分別為21.89%、19.45的鐵錳礦石分離為鐵品位32.52%、錳品位19.39%、鐵回收率81.30%、錳回收率 58.80%的弱磁精礦和鐵品位15.44%、錳品位25.36%、鐵回收率17.18%、錳回收率34.24%的強(qiáng)磁精礦，從而在一定程度上說(shuō)明了磁化焙燒—磁選工藝能有效回收該鐵錳礦資源中的鐵、錳。

PENG Ning[46]等對(duì)湖南某電解錳殘?jiān)M(jìn)行了磁化焙燒—磁選試驗(yàn)，結(jié)果表明：在焙燒溫度750℃的空氣中流動(dòng)30 min后通入CO，焙燒時(shí)間為30 min，焙燒后的產(chǎn)品先經(jīng)過(guò)1 000 G的弱磁選，后經(jīng)過(guò)12 000 G的強(qiáng)磁選，可將鐵品位16.79%、錳品位15.12%的電解錳殘?jiān)蛛x為鐵回收率72.29%、品位62.21%的鐵精礦和錳回收率90.75%、品位35.21%的錳精礦。該研究充分證明了磁化焙燒—磁選工藝是回收高鐵錳殘?jiān)需F和錳的一種有效手段。

戴惠新等[47]對(duì)云南某鐵錳共生礦石進(jìn)行了磁化還原焙燒—弱磁選選鐵—選鐵尾礦反浮選的試驗(yàn)，從錳品位18.80%、鐵品位27.82%的原礦石中獲得了鐵品位為55.50%、鐵回收率65.81%的鐵精礦以及錳品位34.55%、錳回收率78.47%的錳精礦，為類(lèi)似的鐵錳共生礦石提供了新的選別思路。

靳曉珠[48]等研究了銨鹽焙燒法處理某低品位含鐵碳酸錳礦石的工藝，確定最佳工藝條件為：礦石與氯化銨質(zhì)量比為1∶1～1∶1.2，焙燒溫度400～450℃，焙燒時(shí)間60～90 min，浸出溫度60～90℃，浸出時(shí)間10～20 min，液固比5∶1～10∶1。在此條件下，錳礦的浸出率>90%，浸出液沉淀干燥后能得到錳品位>50%的錳精礦。

朱德慶[49]對(duì)鐵品位為42.32%、錳品位9.24%的某高鐵錳礦進(jìn)行了熔融還原“二步法”分離錳鐵的工藝研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：該礦石在預(yù)還原溫度為1 050℃，預(yù)還原時(shí)間90 min，總碳鐵比為1.8的條件下，可獲得全鐵品位和鐵金屬化率分別為56.36%和95.49%的預(yù)還原產(chǎn)品。預(yù)還原產(chǎn)品在熔分溫度為1 450℃、熔分時(shí)間20 min、碳鐵比0.05的條件下分離，最終獲得的鐵水鐵品位為93.77%、鐵回收率為98.24%、錳品位1.18%。錳渣中錳品位為32.18%、錳回收率93.98%。鐵、錳得到了較好的分離。

4 鐵錳分離機(jī)理研究現(xiàn)狀

LIU Bingbing[50]等利用Factsage7.0對(duì)含鐵錳礦在CO-CO2氣氛下焙燒可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行了熱力學(xué)分析，如表2所示。從表中可以看出，MnO2在CO氛圍下極易被還原為Mn2O3、Mn3O4和MnO；而Fe2O3也容易被還原生成Fe3O4、FeO和Fe。同時(shí)從表中可以發(fā)現(xiàn)，在該體系下，不可避免的會(huì)形成一些錳鐵氧體，即MnFe2O4，而MnFe2O4在不同CO濃度(M(CO)/M(CO+CO2))下又容易被分解為MnO和Fe3O4(FeO和Fe)。該論文也計(jì)算并繪制了此體系在400～1 600 K溫度范圍內(nèi)的平衡相圖，如圖3所示，并分析了穩(wěn)定相所在的區(qū)域。

表2 MnO2-Fe2O3體系下主要化學(xué)反應(yīng)和相應(yīng)的ΔGθ

圖3 Mn-Fe-CO體系下平衡相圖

LIU Bingbing[51]等在空氣氣氛下對(duì)MnO2-Fe2O3體系進(jìn)行了焙燒研究。研究結(jié)果表明，在500～1 400℃范圍內(nèi)，MnO2容易分解為Mn2O3和Mn3O4，而在此溫度范圍內(nèi)，F(xiàn)e2O3很少與二者發(fā)生反應(yīng)生成錳鐵氧體，當(dāng)溫度升至1 539℃時(shí)，Mn3O4逐漸分解為MnO。此外，Mn3O4比Mn2O3和MnO2更容易與Fe2O3反應(yīng)生成錳鐵氧體，因此在空氣氣氛下錳鐵氧體的形成是Mn3O4與Fe2O3反應(yīng)的結(jié)果。表3為空氣氣氛下MnO2-Fe2O3體系主要的化學(xué)反應(yīng)。

表3 空氣氣氛下MnO2-Fe2O3體系主要的化學(xué)反應(yīng)

YUAN Shuai[52]等采用流態(tài)化磁化焙燒—磁選手段對(duì)贊比亞某含鐵錳礦進(jìn)行了鐵、錳分離研究，得到了鐵品位69.05%、回收率95.94%的鐵精礦和錳品位53.30%、回收率90.41%的錳精礦。另外，通過(guò)XRD、XPS、SEM-EDS、VSM和TEM等手段對(duì)其工藝機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的檢測(cè)，結(jié)果表明，在流態(tài)化磁化焙燒過(guò)程中，弱磁性的赤鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)磁性的磁鐵礦經(jīng)磁選富集在磁性產(chǎn)品中，高價(jià)態(tài)的錳礦物轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛢r(jià)態(tài)弱磁性的錳礦物經(jīng)磁選富集在非磁性產(chǎn)品中。同時(shí)，經(jīng)過(guò)焙燒后的錳礦具有明顯的新生成的礦物晶格條紋和較強(qiáng)的磁性。

GAO Lihua[53]等對(duì)MnO2和Fe2O3化學(xué)純粉末開(kāi)展了焙燒研究，利用XRD、XPS、SEM-EDS、VSM等分析檢測(cè)手段系統(tǒng)地研究了MnFe2O4尖晶石的形成和形貌，并討論了其形成機(jī)理和界面反應(yīng)，從而說(shuō)明了氧化焙燒溫度和時(shí)間對(duì)MnFe2O4尖晶石形成的影響。

GAO Lihua[54]等為研究含鐵錳礦石在高溫下的還原行為，對(duì)從南非某錳尾礦中獲得的高鋁含鐵錳礦進(jìn)行了碳熱還原的試驗(yàn)研究。為實(shí)現(xiàn)鐵錳分離，試驗(yàn)采用多步焙燒和磁選，證明了含鐵錳礦石在焙燒過(guò)程中容易生成錳鐵尖晶石MnxFe3-xO4。同時(shí)，該試驗(yàn)還通過(guò)XRD、SEM-EDS對(duì)通過(guò)兩步磁選分離得到的不同x值的錳鐵尖晶石產(chǎn)品的形貌和性能進(jìn)行了表征，進(jìn)一步闡明了錳鐵尖晶石形成的機(jī)理，并證實(shí)了中間體在氧化焙燒過(guò)程中被磁化。

5 流態(tài)化磁化焙燒技術(shù)在鐵錳分離中的應(yīng)用

流態(tài)化磁化焙燒是指礦石顆粒在流體介質(zhì)作用下呈流體化狀態(tài)進(jìn)行加熱反應(yīng)，有利于提高焙燒礦質(zhì)量[55-56]。顆粒多懸浮于氣相中，處于較好的分散狀態(tài)，能使氣固接觸充分，具有焙燒產(chǎn)品質(zhì)量均勻、反應(yīng)速度快、反應(yīng)過(guò)程中的傳熱傳質(zhì)效果好、熱耗低、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)部件少以及調(diào)節(jié)便捷等優(yōu)點(diǎn)[57]。流態(tài)化磁化焙燒成為了近些年的研究熱點(diǎn)。

東北大學(xué)針對(duì)復(fù)雜難選鐵礦石流態(tài)化磁化焙燒技術(shù)，開(kāi)展了大量的基礎(chǔ)研究和裝備開(kāi)發(fā)工作[58-59]，揭示了流態(tài)化磁化焙燒過(guò)程中不同鐵礦物物相轉(zhuǎn)化及非均質(zhì)顆粒的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，提出了復(fù)雜難選鐵礦石預(yù)氧化—蓄熱還原懸浮磁化焙燒理念，預(yù)氧化焙燒可使物料性質(zhì)均一，蓄熱還原過(guò)程可實(shí)現(xiàn)鐵物相低溫(450～580℃)還原精準(zhǔn)控制，且焙燒產(chǎn)品冷卻過(guò)程的潛熱可回收，能源利用率高[60-63]。針對(duì)復(fù)雜難選含鐵錳礦石研發(fā)了懸浮磁化焙燒—磁選選別工藝流程。其中TFe品位為47.96%、TMn品位15.80%的贊比亞某含鐵錳礦石經(jīng)懸浮磁化焙燒—弱磁選工藝處理，可得到鐵品位69.05%、回收率95.94%的鐵精礦和錳品位53.30%、回收率90.41%的錳精礦[52]。TFe品位43.53%、TMn品位11.4%的非洲高鐵錳礦石經(jīng)磁化焙燒—弱磁選處理后，獲得了鐵品位67.38%、鐵回收率87.14%的鐵精礦以及錳品位30.51%、錳回收率87.02%的錳精礦[64-65]。

鐵礦和錳礦是鋼鐵工業(yè)的保障性資源，屬國(guó)家重大戰(zhàn)略需求。優(yōu)質(zhì)鐵礦和錳礦資源不斷減少，低品位和多金屬共伴生的鐵錳資源尚未獲得有效開(kāi)發(fā)，如儲(chǔ)量豐富的含鐵錳礦石，因其開(kāi)發(fā)難度大、成本高多作為廢石排棄。贊比亞卡嘣巴錳礦區(qū)排巖礦中TMn品位12%～19%，TFe品位為35%～45%，因常規(guī)技術(shù)無(wú)法利用，只能按廢石排棄，堆存量已超過(guò)1 000萬(wàn)t，造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染問(wèn)題。東大礦冶研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過(guò)發(fā)揮“基礎(chǔ)研究—小試突破—中試驗(yàn)證—工程示范”創(chuàng)新體系優(yōu)勢(shì)，針對(duì)鐵錳排巖廢石開(kāi)展了“源頭減量、高效轉(zhuǎn)化、精準(zhǔn)回收”為目標(biāo)的技術(shù)研發(fā)，提出了含鐵錳礦石懸浮磁化焙燒錳鐵高效分離新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了鐵錳礦物高溫還原過(guò)程的異步轉(zhuǎn)化和同步分離。采用懸浮磁化焙燒技術(shù)處理作為廢石排棄的贊比亞含鐵錳礦石，中試連續(xù)試驗(yàn)獲得了 TFe品位為67.46%、鐵回收率97.23%的鐵精礦和TMn品位50.18%、錳回收率88.68%的錳精礦，實(shí)現(xiàn)了含鐵錳礦石的高效清潔利用。本項(xiàng)目原礦經(jīng)過(guò)懸浮磁化焙燒磁選分離后，得到合格的鐵精礦，選鐵尾礦即為錳精礦，最終沒(méi)有尾礦產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)了礦產(chǎn)資源的全組份利用。本項(xiàng)目技術(shù)成果將為遼寧三和礦業(yè)投資有限公司錳鐵礦石懸浮磁化焙燒無(wú)尾選礦綜合利用示范工程的建設(shè)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。成功研發(fā)了含鐵錳礦石懸浮磁化焙燒工業(yè)化裝備，獲授權(quán)多項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利。

2020年2月，東大礦冶自主研發(fā)設(shè)計(jì)并制造完成的單套處理能力60萬(wàn)噸/年的含鐵錳礦石懸浮磁化焙燒工程裝備運(yùn)抵贊比亞，該工程裝備是東大礦冶懸浮磁化焙燒方案“走出去”的首單，項(xiàng)目按照當(dāng)?shù)氐V石特性、氣候環(huán)境、施工條件和產(chǎn)品產(chǎn)銷(xiāo)方案“量身打造”。圖4為該工廠現(xiàn)場(chǎng)圖。目前，該工程已建設(shè)完成，進(jìn)入工程化調(diào)試階段，預(yù)計(jì)2020年底正式投產(chǎn)運(yùn)行。

圖4 60萬(wàn)t/a的含鐵錳礦石懸浮磁化焙燒工程

6 結(jié) 語(yǔ)

全球富錳資源不斷減少，傳統(tǒng)的選錳工藝已無(wú)法滿足各國(guó)需求，因此著力開(kāi)展低品位復(fù)雜碳酸錳礦的選礦富集、實(shí)施寒冷地區(qū)低品位氧化錳礦選冶綜合利用、研發(fā)錳方解石型碳酸錳礦與低品位氧化錳礦無(wú)尾綜合利用技術(shù)已勢(shì)在必行。對(duì)此，本文提出如下建議：

1)對(duì)傳統(tǒng)選礦工藝及設(shè)備的研究。洗礦、篩分、重選等傳統(tǒng)選礦手段不僅投資少，而且經(jīng)營(yíng)費(fèi)用低，優(yōu)化現(xiàn)有工藝同時(shí)研發(fā)新型高效設(shè)備，能有效提高分選效率和回收率；

2)對(duì)高壓超細(xì)碎設(shè)備的研制與應(yīng)用。近幾年磁選在錳礦選礦中應(yīng)用廣泛，且今后仍是錳礦選礦的重要發(fā)展方向，尤其是細(xì)粒、微細(xì)粒的磁選工藝和設(shè)備。為適應(yīng)錳礦干式磁選的發(fā)展趨勢(shì)，急需配套研發(fā)高壓超細(xì)碎設(shè)備；

3)選冶聯(lián)合流程的應(yīng)用。單一的選礦或冶金手段很難在分離低鐵高磷貧錳礦上得到滿意的效果，選冶聯(lián)合工藝作為分選此類(lèi)錳礦石經(jīng)濟(jì)有效的方法將成為未來(lái)選礦發(fā)展的重要方向；

4)低品位含鐵錳礦石還原焙燒—磁選工藝的優(yōu)化。近些年來(lái)，雖然還原焙燒—磁選工藝已經(jīng)成為工業(yè)上處理部分含鐵錳礦石的有效手段，但仍有較多含鐵錳礦石經(jīng)該工藝處理后未能得到理想指標(biāo)。因此了解更多礦石性質(zhì)，特別是鐵、錳礦物嵌布較細(xì)的礦石，同時(shí)對(duì)還原性氣體與礦石的作用方式以及還原機(jī)理進(jìn)行深入研究，最終對(duì)現(xiàn)有工藝流程進(jìn)行優(yōu)化使其適用于更多類(lèi)型的含鐵錳礦石已成為目前選錳技術(shù)的發(fā)展方向。