濕法提取富錳渣中錳的研究

趙 峰，蔣訓(xùn)雄，汪勝東，李 達，馮林永，張登高

（礦冶科技集團有限公司，北京 100160）

錳礦作為一種非常重要的戰(zhàn)略礦產(chǎn)資源，尤其是富錳礦和優(yōu)質(zhì)錳礦資源，已經(jīng)被中國列入緊缺的礦種。資源分布地以廣西和湖南為主，其錳礦資源量占全國的一半以上。中國錳礦資源量較大，但劣質(zhì)低品位錳礦較多，絕大部分錳礦中Fe、P 含量高，且含有Pb、Zn 等金屬[1-4]。近年來，隨著新材料和新能源技術(shù)的快速發(fā)展，錳鹽類需求大增，錳濕法冶煉工藝也成為研究的焦點。富錳渣通常產(chǎn)生于火法工藝，含錳量較高，富錳渣的成分和性質(zhì)會因工藝不同而有所差別。鋼鐵行業(yè)消耗的錳占其產(chǎn)量的比例超過90%，富錳渣主要作為冶煉錳合金的原料[5-6]。富錳渣濕法冶金研究不但可以增加富錳渣的附加值，而且能夠為難選貧錳礦的利用提供有效途徑。

1 試驗原料

試驗用富錳渣為大洋多金屬結(jié)核還原-磁選后獲得的富錳中間產(chǎn)品，主要化學(xué)成分如表1 所示。原料的X 射線衍射（XRD）分析結(jié)果如圖1 所示。分析結(jié)果顯示，磁選尾礦含有硫錳礦、錳橄欖石、螢石、錳尖晶石、霞石和針鐵礦，與工業(yè)富錳渣類似。

圖1 富錳渣X 射線衍射分析

表1 主要化學(xué)成分

2 硫酸浸出機理

根據(jù)富錳渣成分和物相組成，硫酸浸出過程的主要化學(xué)反應(yīng)有兩類。一是獨立相的金屬氧化物與酸的反應(yīng)，具體反應(yīng)如式（1）所示，其中Me 是指Mn、Mg、Ca 等金屬。二是硅酸鹽與酸的反應(yīng)，具體反應(yīng)如式（2）所示，其中Me 是指Mn、Fe 等金屬。

錳的主要化學(xué)反應(yīng)如式（3）、式（4）所示。經(jīng)熱力學(xué)計算，前者的標(biāo)準(zhǔn)自由能變ΔGθ=-120 793.604+62.805T，后者的標(biāo)準(zhǔn)自由能變ΔGθ=-96 273.453+63.776T。其中，標(biāo)準(zhǔn)自由能變的單位為J/mol，T表示溫度，單位為℃。反應(yīng)研究的溫度為20～100 ℃時，ΔGθ＜0，說明反應(yīng)在熱力學(xué)上是可行的。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 酸礦比對錳浸出的影響

在浸出溫度90 ℃、液固比10 mL/g、浸出時間120 min 的條件下，調(diào)節(jié)酸礦比，使其分別為0.6 g/g、0.7 g/g、0.8 g/g、0.9 g/g、1.0 g/g，考察酸礦比對錳浸出的影響，結(jié)果如圖2 所示。由試驗結(jié)果可知，隨著酸礦比增大，磁選尾礦中錳的浸出率增加，酸礦比達到0.9 g/g 后，錳的浸出率維持在95%左右，不再增加。經(jīng)綜合考慮，選取酸礦比0.9 g/g 較適宜。

圖2 酸礦比對錳浸出的影響

3.2 浸出溫度對錳浸出的影響

在酸礦比0.9 g/g、液固比10 mL/g、浸出時間120 min 的條件下，調(diào)節(jié)浸出溫度，使其分別為25 ℃、50 ℃、70 ℃、90 ℃，考察浸出溫度對錳浸出的影響，結(jié)果如圖3 所示。由試驗結(jié)果可知，在室溫至90 ℃的溫度條件下，錳的浸出率都大于90%，但是溫度較低的情況下硅浸出增加導(dǎo)致白色膠狀物產(chǎn)生，浸出礦漿固液分離困難。經(jīng)綜合考慮，選取浸出溫度90 ℃較適宜。

圖3 浸出溫度對錳浸出的影響

3.3 浸出時間對錳浸出的影響

在浸出溫度90 ℃、酸礦比0.9 g/g、液固比10 mL/g的條件下，調(diào)節(jié)浸出時間，使其分別為30 min、60 min、90 min、120 min、150 min，考察浸出時間對錳浸出的影響，結(jié)果如圖4 所示。由試驗結(jié)果可知，隨著浸出時間由30 min 延長至90 min，磁選尾礦中錳的浸出率增加，90 min 后，錳的浸出率維持在95%左右，不再增加。經(jīng)綜合考慮，選取浸出時間90 min較適宜。

圖4 浸出時間對錳浸出的影響

3.4 液固比對錳浸出的影響

在浸出溫度90 ℃、酸礦比0.9 g/g、浸出時間90 min 的條件下，調(diào)節(jié)液固比，使其分別為6 mL/g、8 mL/g、10 mL/g、12 mL/g，考察液固比對錳浸出的影響，結(jié)果如圖5 所示。由試驗結(jié)果可知，適當(dāng)增大液固比可以提高錳的浸出率，液固比小，礦漿濃度大，黏度大，不利于后續(xù)液固分離。經(jīng)綜合考慮，選取液固比10 mL/g 較適宜。

圖5 液固比對錳浸出的影響

3.5 浸出渣物相分析

對錳浸出渣開展XRD 分析，結(jié)果如圖6 所示。由圖6 可知，浸出渣主要物相為硫酸鈣和硅酸鎂，浸出過程破壞了原富錳渣的物相結(jié)構(gòu)，錳礦物相消失。

圖6 浸出渣X 射線衍射分析

4 結(jié)論

大洋多金屬結(jié)核還原-磁選后獲得富錳渣，本文通過試驗明確其最佳硫酸浸出條件。試驗結(jié)果表明，最佳條件下，酸礦比為0.9 g/g，浸出溫度為90 ℃，浸出時間為90 min，液固比為10 mL/g。優(yōu)化條件下，錳的浸出率大于95%，富錳渣中的錳能夠很好地實現(xiàn)濕法提取分離。