两矿法浸出电解锰阳极渣中锰的研究①

2021-07-12陈晓亮王海峰尤晓宇田佳瑜王家伟

矿冶工程 2021年3期

陈晓亮，王海峰，3，尤晓宇，田佳瑜，王家伟，3

（1.贵州大学材料与冶金学院，贵州贵阳 550025；2.贵州省冶金工程与过程节能重点实验室，贵州贵阳 550025；3.贵州省电池用锰材料工程技术研究中心，贵州铜仁 554300）

电解锰生产过程中产生大量废渣［1］。电解金属锰阳极渣中Mn的含量范围在42%～58%［2］，是一种好的锰资源，目前以露天堆放为主。阳极渣长期堆放不但污染环境，也严重浪费锰资源［3］。近年来，人们对电解锰阳极渣的资源化利用开展了一系列探索性研究［4－8］。本文采用两矿法处理电解锰阳极渣，以硫铁矿为还原剂，为工业上直接利用电解锰阳极渣或低品位软锰矿开辟了一条有效途径。

1 实验

1.1 实验原料及设备

实验原料为某电解锰企业采集的含水量21.93%的电解锰阳极渣及贵州某矿山硫铁矿。硫铁矿硫含量26.54%。电解锰阳极渣主要成分如表1所示。表1结果表明，电解锰阳极渣中锰含量46.42%，具有回收价值。其中Pb含量也较高，为5.19%。

表1 电解锰阳极渣成分组成（质量分数）／%

电解锰阳极渣XRD分析如图1所示。图1表明，电解锰阳极渣主要成分为MnO2和PbSO4。与标准卡片对比，此MnO2类型为α型。

图1 电解锰阳极渣XRD图谱

表1、图1综合表明，此电解锰阳极渣主要物相为MnO2，含量72.35%，并含有少量PbSO4等物质。

实验主要设备见表2。

表2 实验设备

1.2 实验原理

两矿法是将电解锰阳极渣、硫铁矿、硫酸按一定比例混合在一起，在某设定条件下通过氧化还原反应生成硫酸锰，此时溶液中存在的杂质离子主要为Fe2＋、Pb2＋等，后续可通过除杂手段实现分步脱除，从而达到回收电解锰阳极渣中锰元素的目的。两矿法浸出电解锰阳极渣化学反应为：

1.3 分析方法

本次实验原料及产品中Mn含量均采用ICP⁃MS质谱仪进行测定。电解锰阳极渣物相组成采用XRD分析。

2 结果和讨论

2.1 硫铁矿与阳极渣质量比对锰浸出率的影响

固定浸出液固比6∶1、浸出温度90℃、硫酸与阳极渣中MnO2摩尔比1.6∶1、反应时间5 h，硫铁矿与阳极渣质量比对锰浸出率的影响如图2所示。由图2可知，随着矿渣质量比增加，锰浸出率呈现先升高后平缓变化的趋势，在矿渣质量比2.0时，锰浸出率达到最高，为93.1%。当矿渣质量比较低时，反应不充分，部分锰离子不能被还原；而矿渣质量比过高时，硫铁矿酸耗过高会影响阳极渣中锰的浸出［9］，且浸出成本升高。综合考虑，选取矿渣质量比2∶1。

图2 硫铁矿与阳极渣质量比对锰浸出率的影响

2.2 硫酸与阳极渣中MnO2摩尔比对锰浸出率的影响

硫铁矿与阳极渣质量比为2∶1，其他条件不变，硫酸与阳极渣中MnO2摩尔比对锰浸出率的影响如图3所示。由图3可知，随着酸渣摩尔比增加，锰浸出率呈先升高后略微下降的趋势。在酸渣摩尔比1.8时，锰浸出率达到最高，为98.8%。随着硫酸用量增加，使反应向正向进行，从而使更多的锰被还原［10］；而当酸渣摩尔比过高时，S2－在高酸条件下不能被全部氧化成SO42－，而是同时产生元素S0等低氧化数的氧化产物，元素S0的生成既增加了还原剂的消耗，又阻碍了反应向阳极渣颗粒内部进行，因此锰浸出率降低［11］，同时未反应的硫酸会更多地进入浸出液中，使后续除杂难度增加［12］。综合考虑，选取酸渣摩尔比1.8∶1。