广西某地氧化锰矿的选矿试验研究

陆薇宇，陆 智，赵 锋，阙绍娟(广西冶金研究院，广西南宁 530023)

0 前言

锰业在中国经济发展中占有重要地位，为合理开发利用好广西某地锰矿资源，选择合适的产品结构，提高产品的价值，我们受委托对该矿进行选矿试验研究。该试验首先通过对矿石性质的研究，采用合理的分级工艺将选矿难回收的细粒锰矿先分级出来作为MnO2氧化剂进行销售。好选的粗粒锰矿进入选别流程进行选别，产出天然放电锰粉，并获取较优的试验指标(产品质量和回收率)。选矿工艺流程及技术参数，可以为选厂设计提供参考数据。

1 原矿性质研究

1.1 原矿化学分析

原矿的半定量分析、原矿多元素化学分析结果分别列于表1～2。

表1 原矿半定量分析结果 %

表2 原矿多元素化学分析结果 %

原矿放电性能测定结果：

1)连续放电：电芯重量44.10 g、开路电压1.64 V、短路电流6.4 A、负荷电压1.48 V、放电时间158 min；

2)间断放电：电芯重量45.72 g、开路电压1.62 V、短路电流6.3 A、负荷电压1.48 V、放电时间166 min。

从以上分析、检测结果可知：该矿石可供选矿回收的有用元素为锰，锰品位为15.88%、MnO2品位为23.14%、铁品位1.50%，矿石中的主要杂质是SiO2，其次是Al2O3，有害杂质 P、S、As的含量都很低。原矿连续放电时间158 min、间断放电时间166 min。因此，该矿是放电性能较好的电池用氧化锰矿石。

1.2 原矿的矿物组成和大致含量

原矿大部分为较硬的碎块和松软土状小团块、团粒，碎块较大的为60 mm，较小的为20 mm，有的以硅质(石英、长石)为主，有的以胶体状氧化锰矿为主；松软的小团块、团粒主要为氧化锰矿物和少量粉砂状石英、粘土矿物。主要有硬锰矿(包括锰土)、软锰矿、偏锰酸矿及少量水锰矿、铁锰凝胶；脉石矿物主要有石英、长石、少量辉石和高岭土、绢云母、绿泥石、微量锆英石、磷灰石和矽线石等，矿物含量测定结果见表3。

表3 原矿的矿物组成及含量 %

1.3 原矿的主要矿物特征描述

硬锰矿：铁黑、钢灰色，主要有2种产出形态：其一呈隐晶质的胶态集合体呈葡萄状、豆状、鲕状、放射状球粒、皮壳状、细脉状等结构，在胶体硬锰矿中可见少量混杂其中的粘土矿物及散粒石英、长石，也常见与软锰矿组成环带构造，常见孔洞状、蜂窝状构造，有的孔洞被锰土，粘土矿物充填，豆粒状硬锰矿的大小在1～2 mm之间。其二呈显微鳞片状的锰土产出，常与粘土矿物混杂成松软的小团粒结构、土状或粉末构造，粒度在0.003～0.01 mm之间。

软锰矿：黑色，主要呈细小鳞片状和针柱状，次为不规则粒状集合体产出，常见交代硬锰矿，其次沿裂隙充填呈细脉状穿插与胶态硬锰矿中，脉宽0.02～0.05 mm，软锰矿在矿石中也常呈3～5 mm的集合体团块，质松软，在其中包裹有粗细不等的石英颗粒。软锰矿单晶粒度在0.003～0.05 mm之间。

水锰矿：呈细粒集合体与脉石共生，或以胶结物的形态分布在脉石组成的鲕粒中，也有的呈微粒状与软锰矿和硬锰矿交代共生，粒度在0.02～0.05 mm之间。

偏锰酸矿：通常粒度细，与褐锰矿、长石、石英、粘土矿物组成质软、疏松的不规则团粒或致密的凝胶块状产出，即分块状和疏松状两种。粒度在0.01～0.12 mm之间。

赤铁矿、褐铁矿：通常呈粉末状或球粒状，与石英和粘土矿物混杂组成团粒，或不均匀的分布在硬锰矿、偏锰酸矿的凝胶体中，含量很少。

石英：白色或无色，主要是呈他形微粒状，少数呈粗粒状，前者粒度大小多数在0.005～0.06 mm之间，并组成集合体成致密块状，后者大小多在1～2 mm之间，常数颗聚集在一起，或呈散粒不均匀的分布于锰矿石中，石英块体中常见晶洞构造，石英亦常与长石共生，细粒石英有时呈细脉状穿插于矿石中。

长石：以灰白色为主，主要呈他形细粒状，粒径在0.01～0.12 mm，常紧密镶嵌成致密块状。

绢云母：呈细鳞片状集合体，绿泥石呈微叶片状，锆英石、磷灰石、高岭石、碳酸盐类矿物等均呈微粒状零星分布或偶尔可见。

1.4 矿石的结构、构造

1)矿石的结构

胶状(放射状球粒)结构：硬锰矿主要呈此结构，在球粒中混杂有少量鳞片状的软锰矿、水锰矿。

隐晶质的凝胶结构：主要由铁、锰组成凝胶或锰和粘土矿物组成凝胶混合物。

鲕状结构：主要由褐铁矿、绢云母、高岭石、绿泥石等组成圆球状、椭球状的鲕状结构。

显微鳞片结构：软锰矿、偏锰酸矿、水锰矿在矿石中常呈此结构分布。

2)矿石的构造

条带状构造：微细粒的石英与氧化锰矿物组成条带状构造。

胶状(葡萄状)构造：硬锰矿的胶体形成此构造。

砾状构造：粗粒的石英不均匀的嵌布在软锰矿、硬锰矿、偏锰酸矿的块体中，而形成此构造。

晶洞状构造：石英聚集的小碎块中可见到沿洞壁生长的粗粒石英而构成此构造。

多孔状、蜂窝状构造：胶体状的硬锰矿中可见到此构造，孔状多被粘土矿物充填。

土状及粉末状构造：松软的细鳞片结构的软锰矿、偏锰酸矿及粘土矿物普遍呈此构造。

致密块状构造：偏锰酸矿及细粒石英、粘土矿物紧密共生构成致密块状构造。

细脉状构造：胶体状硬锰矿充填于矿石裂隙中而呈此构造。

1.5 主要矿物与脉石矿物嵌布关系的照片说明

主要锰矿物与脉石矿物的嵌布关系见图1～3。

图1 细脉状软锰矿穿插于石英和粘土矿物混杂的矿石中

图2 软锰矿中夹杂细鳞片状粘土矿物

图3 针柱状及显微鳞片状的软锰矿集合体中嵌布其他形粒状石英而构成砾状构造

1.6 原矿筛水析

将矿石破碎至10 mm后进行分级，对相应粒级的有价元素锰的含量和金属分布进行考察，原矿筛水析结果曲线见图4。

图4 原矿筛水析结果曲线

由图4可见：

1)原矿0.20～3.0 mm粒级锰品位较高，锰金属占有率49.14%，对锰的回收有好处；

2)原矿0.02～0.04 mm粒级锰品位较低，锰金属占有率也不高；

3)原矿-0.030 mm(重选和磁选难回收粒级)产率24.04%、锰品位11.93%、锰金属占有率18.41%，这部分细粒锰矿物机械选矿较难回收。

1.7 原矿性质小结

1)该矿物为硅质岩型氧化锰矿，有用矿物为软锰矿、硬锰矿、偏锰酸矿、水锰矿及少量铁锰凝胶，胶状结构和显微鳞片结构为主，脉石矿物主要是石英、长石、辉石、粘土矿物等硅酸盐矿物，因此该矿石的选矿的主要目的是实现氧化锰矿物与硅质矿物的有效分离。约有一半的石英、长石与氧化锰矿物关系不密切，而另一部分石英和粘土矿物与氧化锰矿关系密切，呈混杂共生不易分离的状态。软锰矿及部分偏锰酸矿质软而疏松，与粘土矿物及石英胶结不好，易碎散成粉末状。

2)该矿锰品位15.88%、M nO2品位23.14%、Fe品位1.50%、原矿连续放电时间158 min，间断放电时间166 min，属放电性能较好的氧化锰矿石。

3)锰矿物嵌布粒度粗细不均，锰集合体粒度可达1～5 mm，粉末状颗粒微细，粒度在0.02～0.003 mm之间。从筛水析结果看：0.20～3.0 mm粒级锰品位较高，此粒级锰金属占有率49.14%，是选矿较易回收的粒级。原矿 -0.030 mm粒级产率24.04%、锰品位11.93%、锰金属占有率18.41%，此粒级的锰是机械选矿难以回收的。

4)原矿中-0.010 mm粒级产率16.90%、锰品位13.46%、锰金属占有率14.70%，此粒级是机械选矿更难回收的。

2 选矿试验

根据原矿性质研究结果，锰矿物嵌布粒度粗细不均，而细粒锰矿物进入常规选别作业将难以回收，从而影响锰回收率的提高，并造成锰矿资源的浪费。由于重选回收率低，而磁选技术及设备的发展较快，磁选操作简单，易于控制，适应性强，可用于各种锰矿石选别，近年来已在锰矿选矿中占主导地位[1]，根据矿石性质，由于该矿含锰矿物与脉石矿物的比磁化系数有较大的差异，因此，采用先分级再磁选的选别流程。

2.1 湿式筛分筛上产物强磁选入选粒度条件试验

磨矿有利于脉石与锰矿物的分离，但是磨矿过细，选别时细粒级的锰就会损失在尾矿中，而且也使得选矿成本提高。因此，适度磨矿对选别指标的提高具有一定程度的影响[2]，为此进行了磁选入选粒度条件试验。试验流程见图5，试验结果列于表4。

图5 试验流程

表4 磁选入选粒度条件试验结果 %

从表4结果看：强磁选可获得锰品位大于40%的精矿，而且作业回收率接近80%，入选粒度-1.0 mm较好。

2.2 强磁选磁场强度条件试验

强磁选磁场强度条件试验给矿为湿式筛分筛上产物，入选粒度为-1.0 mm。试验按图5进行，试验结果列于表5。

表5 强磁选磁场强度条件试验结果 %

从表5结果看，随着磁场强度的增大，锰回收率逐步提高，但精矿锰品位逐步下降。综合考虑强磁选磁场强度1 114.08 kA/m较合适。

2.3 强磁选流程试验

在条件试验的基础上，采用一粗一精一扫磁选流程，在磁场强度1 114.08 kA/m条件下，强磁选流程试验获得的放电锰粉精矿产率21.71%，锰品位44.47%，铁品位 3.06%，锰回收率：作业 71.73%，对原矿60.45%。试验结果见表6。

表6 全流程最终试验指标 %

2.4 选矿产品考察

放电锰粉多元素化学分析结果、低度氧化锰粉多元素化学分析结果见表7，放电锰粉测试结果见表8。

表7 放电锰粉多元素化学分析结果 %

表8 放电锰粉放分测试结果

2.5 生产工艺流程推荐

根据试验研究结果及参考选矿生产实践经验，原矿采用双层振动筛进行湿式筛分，+5 mm原矿进入破碎，破碎后与筛分-5 mm合并进行下一步筛分作业筛出-1.0 mm粒级，+1.0 mm粒级进入棒磨机磨矿，磨机排矿返回预先筛分作业形成闭路磨矿。筛上产物磨至-1.0 mm后进行磁选选别，磁场强度为1 114.08 kA/m，为保证放电锰粉质量及锰回收率，采用一粗一精一扫磁选流程。原矿筛下-0.2 mm粒级进行压滤脱水，与强磁选扫选精矿和强磁选精选中矿三产品合并进行烘干干燥，然后用雷蒙磨磨粉得低度氧化锰粉，作为氧化剂进行销售。推荐的生产工艺流程见图6。

图6 推荐的生产工艺流程

3 结语

1)该试样锰品位15.88%，MnO2品位23.14%，铁品位1.50%，连续放电时间158 min、间断放电时间166 min，是国内放电性能较好的氧化锰矿石。

2)试样锰矿物主要有：硬锰矿、软锰矿、偏锰酸矿，主要脉石为石英及硅酸盐矿物。

3)锰矿物嵌布粒度粗细不均，锰集合体粒度较粗(1～5 mm)，而疏松的锰矿物及细泥锰矿粒度较细，一般为0.02～0.003 mm之间，粗粒锰集合体选矿回收较容易，而细粒锰矿物选矿回收较困难。

4)试验采用湿式筛分分级，分为-0.2 mm细粒和+0.2 mm粗粒，粗粒矿物采用强磁选，经一粗一精流程选别，可获得产率 21.71%、锰品位44.47%、MnO2品位 66.23%、铁品位 3.06%、连续放电时间254 min、间断放电时间315 min的天然放电锰粉，锰回收率60.45%。

5)-0.2 mm细粒级别锰品位13.12%、MnO2品位 18.44%、铁品位 1.62%、锰金属占有率22.88%。经磁选和浮选探索试验均未获得满意指标。建议暂时作为氧化剂销售，待二期工程建设后，可给入深加工流程生产电解二氧化锰。

[1]张泾生，周光华.我国锰矿资源及选矿进展评述[J].中国锰业，2006，24(2) ：1-5.

[2]师伟红，杨波，田锋，等.西南某地铁锰矿开发利用的选矿探索试验[J].中国锰业，2006，24(4)：18-22.