低品位碳酸锰矿富集技术研究

乔 维，高长元，梁少林，王保全

(1. 昆明有色冶金设计研究院股份公司，云南 昆明 650051； 2. 云南建水锰矿有限责任公司，云南 建水 654300)

0 前 言

我国探明的14个矿种中，锰矿储量6 207.3万t，主要分布在广西、湖南、云南、贵州、重庆等省区市，其中碳酸锰矿占56%，氧化锰矿占25%，其他类型锰矿占19%。含锰大于30%的富矿仅占总资源量的5%，其余95%为贫锰矿。相当多企业自产锰矿石含锰普遍在15%～20%，不能直接满足铁合金生产要求，造成自有资源利用率低，金属回收率低；能耗高，生产成本高。

对于低品位锰矿中锰的富集，国内通常采用的富集方法为火法焙烧还原，也有利用湿法冶金处理低品位锰矿，如硫酸盐法、氨基甲酸盐法、硝酸盐法、氯盐法、直接浸出法、硫酸还原浸出法、细菌冶金法等[1]，但湿法处理因存在较大的环境污染问题也未广泛应用。火法焙烧还原技术也有微波强化还原、流态化强化还原、移动床多管竖炉等还原新技术[2]。低品位锰矿石的富集方法较多，根据原矿的性质，采用适合的富集方法，取得较好的经济效益，是低品位锰矿资源综合利用的重要研究方向。

云南建水锰矿有限责任公司一直采用云南当地的锰矿冶炼锰铁合金，此矿多由低品位碳酸锰、硫酸锰等复合锰盐组成[3]，矿石锰的品位一般为18%～20%，锰品位低，钙、镁含量高，生产过程烟气量大，炉况不稳，控制难度大，冶炼能耗较高，金属回收率低，合金产量低。

本文以建锰公司的原料低品位碳酸锰矿为研究对象。采用火法焙烧富集处理的方法，对影响矿石品位富集的因素进行研究，得到较佳的焙烧工艺控制条件与冶炼技术指标，为实际生产提供依据。

1 实验原理

在自然环境下碳酸盐是可以稳定存在的，在加温情况下碳酸盐可以分解为相应的金属氧化物和二氧化碳气体。其化学方程式为：

2 实验部分

2.1 主要仪器和试剂

马弗炉；低品位锰矿；粉煤；粘接剂。

2.2 实验方法1

2.2.1 原料、辅料分析

原料1为云南某地锰矿，呈块状，块径≤200 mm，颜色为棕褐色；原料2为云南某地锰矿，呈粉状，粒径≤10 mm，颜色为棕褐色。通过成分分析，各原料的化学成分见表1和表2。

表1 原料1化学成分(质量分数)/%

注：锰矿石中Ca离子和Mg离子主要是以碳酸盐的形式存在。

表2 原料2化学成分(质量分数)/%

注：锰矿石中Ca离子和Mg离子主要是以碳酸盐的形式存在。

本实验所使用的辅料粉煤的化学成分见表3所示。

表3 煤质检测成分(质量分数)/%

2.2.2 实验步骤

实验一称取1 000 g原料1，置于瓷坩埚中，放入马弗炉，分别在600～1 200℃的温度下进行密闭焙烧，并保温2 h，自然冷却后称重送检，分析不同焙烧温度下锰矿的烧损率，Mn、Fe元素成分变化情况。

实验二将原料2、煤粉、粘接剂、水制备成球团，球团重量为1 000 g。分别称取5种不同配比下的球团矿置于瓷坩埚中，放入马弗炉中，将焙烧温度固定在1 000℃，分析不同配比下球团矿中Mn、Fe元素含量变化情况。

将焙烧后的球团矿加入电炉进行熔炼，分析其对冶炼过程操作及指标的影响。

3 结果与讨论

3.1 不同焙烧温度对块矿的影响

3.1.1 焙烧温度对块矿烧损率的影响

实验表明，600～1 000℃的温度下焙烧时，随着焙烧温度的升高，块矿的烧损率随之增大，当焙烧温度为1 200℃时，烧损率减小。各温度下的烧损率见表4所示。

表4 不同焙烧温度下的烧损率

3.1.2 焙烧温度对块矿元素含量变化的影响

实验表明，在1 000℃的焙烧温度下，锰矿中的各元素含量均发生变化，其中，温度从600℃升至1 200℃时，锰矿中的金属Mn、Fe元素含量随焙烧温度的升高而增加，具体变化情况见表5所示。

表5 不同焙烧温度下锰矿中的Mn、Fe元素含量变化情况

3.2 不同配比对球团矿焙烧后Mn、Fe元素的影响

实验表明，不同配比下的球团矿经1 000℃的高温焙烧后，其球团矿中Mn、Fe元素含量变化较大，在同样的焙烧温度下，配比3(粉矿∶煤粉∶粘接剂∶水=12∶4∶1∶3)的Mn、Fe元素富集量最多。表6为不同配比方案下焙烧前后球团矿中Mn、Fe元素含量变化情况。

表6 不同配比方案下焙烧前后球团矿中Mn、Fe元素含量 %

3.3 焙烧后的球团矿对实际生产的影响

实验表明，经焙烧后的球团矿送入电炉冶炼，可有效提高炉料的透气性，减少刺火塌料现象，较为明显的改善了冶炼条件。

云南建水锰矿有限责任公司原有25 000 kV·A锰铁电炉2台，通过技术改造，将原料低品位碳酸锰矿通过焙烧富集后，再通过“热料入炉”进行冶炼，根据实际生产数据，采用“熟料”冶炼的各项技术指标良好，节能效果明显，主要冶炼指标：入炉Mn矿石品位≈30%；Mn金属回收率>80%；锰铁产品冶炼电耗约2 588 kW·h/t(吨产品冶炼电耗较原来降低80 kW·h)；渣中含Mn量6%～8%。

4 结 论

1)本研究对不同焙烧温度下的锰矿烧损率、Mn元素成分变化情况进行分析，焙烧温度为1 000℃下，烧损率为33.7%，块矿中Mn元素含量为26.21%，Fe元素含量为4.32%，Mn、Fe元素的富集量最大。

2)本研究采用粉矿∶煤粉∶粘接剂∶水=12∶4∶1∶3的配比制备球团矿，在1 000℃的焙烧温度下，焙烧后球团矿中Mn元素含量为30.61%，比焙烧前增加12.93%；Fe元素含量为3.77%，比焙烧前增加1.28%。由此可见，此配比下的球团矿经过焙烧，Mn元素的富集量最大。

3)本研究采用“熟料”入炉冶炼锰铁合金，吨产品冶炼电耗降低80 kW·h，金属回收率大于80%，渣中含Mn降至6%～8%。

通过本研究，得到较佳的焙烧工艺控制条件，可实现低品位碳酸锰矿中锰的有效富集，较大的改善了冶炼条件，并得到较好的冶炼指标。