某进口软锰矿还原焙烧、浸出实验研究①
2022-07-06邹廷信毛拥军
邹廷信， 聂 程， 毛拥军
（长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南 长沙 410012）
随着化学电源行业的迅猛发展，锰产品尤其是高纯硫酸锰的需求量急剧增长，进而导致优质锰矿石需求量与日俱增。 当前，锰矿资源的贫乏正制约着我国锰系产品的生产和可持续发展。 在我国一些锰系产品生产集中地区，碳酸锰矿的入选品位已经由含锰18%～20%降到了13%～15%［1］。 国内碳酸锰矿储量日渐减少，而国内氧化锰矿由于品位低、杂质含量高、处理成本高等原因较少开采利用［2］。 国外有储量丰富、品位较高的优质氧化锰矿石可供开采利用［3-6］，本文针对某进口软锰矿进行还原焙烧及硫酸浸出实验，以期为电解锰行业和化学电源行业利用进口氧化锰矿提供技术依据。
1 实验原料、设备与方法
1.1 实验原料
实验用软锰矿由贵州某公司提供，矿样粒度为6 mm左右，颜色为黑色。 取10 kg 矿样破碎至3 mm 以下，筛分后混合均匀，供分析检测和焙烧、浸出实验使用。
软锰矿矿样主要化学成分分析结果见表1，矿样中锰元素物相分析结果见表2。 由表1 和表2 可以看出，矿石化学成分较为简单，矿石主要有价金属为锰，品位高达45.57%。 锰主要以氧化锰矿形式存在，分布率高达98.88%；而氧化锰矿中锰主要以软锰矿形式存在，分布率达88.08%。
表1 软锰矿主要成分分析结果（质量分数）／%
表2 软锰矿锰物相分析结果
还原剂为云南某地烟煤，取5 kg 破碎至2 mm 以下，供分析检测和焙烧、浸出实验使用。 烟煤分析结果见表3。 烟煤高位发热量5 270 大卡，低位发热量4 980 大卡。
表3 烟煤分析结果
1.2 实验设备
实验使用的主要设备见表4。
表4 主要实验设备
1.3 实验方法
称取一定量软锰矿，与烟煤按预定比例混合均匀，放入不锈钢盒内，将不锈钢盒置入已升至预定温度的马弗炉中，待焙烧预定时间后，将焙烧矿取出直接水冷。 将澄清后的矿浆装入棒磨机内，按预定时间磨矿，将磨好的矿浆放入烧杯中，加入一定浓度的稀硫酸溶液，按预定液固比、搅拌速度浸出。 浸出预定时间后进行抽滤、洗涤。 滤液和滤渣分别进行化学分析，并计算浸出率。
2 实验结果和分析
2.1 焙烧温度实验
称取200 g 软锰矿试样，在反应时间60 min、配煤量15%条件下于不同温度下焙烧，所得焙烧矿直接湿磨一段时间后进行硫酸浸出。 按理论耗酸量的1.1倍加入稀硫酸，确定浸出条件为：液固比9 ∶1、硫酸浓度120 g／L、搅拌速度450 r／min、浸出时间60 min。 硫酸浸出后过滤洗涤，分别分析溶液及浸出渣中的锰含量，以锰和铁浸出率考察焙烧还原效果，结果见图1～2。
图1 还原焙烧温度对锰浸出的影响
图2 还原焙烧温度对铁浸出的影响
由图1～2 可看出，还原温度850 ℃、900 ℃、950 ℃时，锰浸出率均在95%以上，且变化不大。 而铁浸出率随着还原温度升高增加较明显。 综合考虑锰、铁浸出效果及后续浸出液处理成本，确定还原焙烧温度900 ℃。
2.2 焙烧时间实验
焙烧温度900 ℃，其他条件不变，焙烧时间对锰、铁浸出效果的影响见图3～4。
由图3～4 可看出，焙烧时间30 min 之后，锰浸出率超过95%，随着焙烧时间增加，锰浸出率变化很小，铁浸出率不断增大。 综合考虑，确定还原焙烧时间60 min。
图3 还原焙烧时间对锰浸出的影响
图4 还原焙烧时间对铁浸出的影响
2.3 还原剂用量实验
焙烧时间60 min，其他条件不变，还原剂烟煤加入量对锰、铁浸出效果的影响见图5～6。
图5 还原剂烟煤加入量对锰浸出的影响
图6 还原剂烟煤加入量对铁浸出的影响
由图5 ～6 可以看出，在配煤量6%或8%时，锰浸出率很低；配煤量大于10%时，锰浸出率超过95%，随着配煤量继续增大，锰浸出率变化很小，铁浸出不断增大。 综合考虑，选择配煤量12%。
2.4 还原焙烧优化条件实验
通过单因素实验，确定适宜的还原焙烧工艺条件为：还原剂烟煤加入量（相对矿样质量）12%、焙烧温度900 ℃、 焙烧时间60 min；所得焙烧矿湿磨后采用稀硫酸浸出，在液固比9 ∶1、硫酸浓度120 g／L、搅拌速度450 r／min 条件下浸出60 min，该优化条件下锰浸出率达到96.83%。
3 结 论
1） 实验用锰矿石中锰主要以氧化锰矿形式存在，占比高达98.88%；同时氧化锰矿中软锰矿分布率达88.08%。
2） 该软锰矿适宜的还原焙烧条件为：还原剂烟煤加入量（相对矿样质量）12%、焙烧温度900 ℃、 焙烧时间60 min；所得焙烧矿湿磨后采用稀硫酸浸出，在液固比9 ∶1、硫酸浓度120 g／L、搅拌速度450 r／min 条件下浸出60 min，锰浸出率达到96.83%。
3） 采用还原焙烧-硫酸浸出工艺处理进口软锰矿是可行的，该工艺可为类似进口软锰矿的利用提供技术参考。
