廣西某地氧化錳礦的選礦試驗研究

陸薇宇，陸 智，趙 鋒，闕紹娟(廣西冶金研究院，廣西南寧 530023)

0 前言

錳業在中國經濟發展中占有重要地位，為合理開發利用好廣西某地錳礦資源，選擇合適的產品結構，提高產品的價值，我們受委托對該礦進行選礦試驗研究。該試驗首先通過對礦石性質的研究，采用合理的分級工藝將選礦難回收的細粒錳礦先分級出來作為MnO2氧化劑進行銷售。好選的粗粒錳礦進入選別流程進行選別，產出天然放電錳粉，并獲取較優的試驗指標(產品質量和回收率)。選礦工藝流程及技術參數，可以為選廠設計提供參考數據。

1 原礦性質研究

1.1 原礦化學分析

原礦的半定量分析、原礦多元素化學分析結果分別列于表1～2。

表1 原礦半定量分析結果 %

表2 原礦多元素化學分析結果 %

原礦放電性能測定結果：

1)連續放電：電芯重量44.10 g、開路電壓1.64 V、短路電流6.4 A、負荷電壓1.48 V、放電時間158 min；

2)間斷放電：電芯重量45.72 g、開路電壓1.62 V、短路電流6.3 A、負荷電壓1.48 V、放電時間166 min。

從以上分析、檢測結果可知：該礦石可供選礦回收的有用元素為錳，錳品位為15.88%、MnO2品位為23.14%、鐵品位1.50%，礦石中的主要雜質是SiO2，其次是Al2O3，有害雜質 P、S、As的含量都很低。原礦連續放電時間158 min、間斷放電時間166 min。因此，該礦是放電性能較好的電池用氧化錳礦石。

1.2 原礦的礦物組成和大致含量

原礦大部分為較硬的碎塊和松軟土狀小團塊、團粒，碎塊較大的為60 mm，較小的為20 mm，有的以硅質(石英、長石)為主，有的以膠體狀氧化錳礦為主；松軟的小團塊、團粒主要為氧化錳礦物和少量粉砂狀石英、粘土礦物。主要有硬錳礦(包括錳土)、軟錳礦、偏錳酸礦及少量水錳礦、鐵錳凝膠；脈石礦物主要有石英、長石、少量輝石和高嶺土、絹云母、綠泥石、微量鋯英石、磷灰石和矽線石等，礦物含量測定結果見表3。

表3 原礦的礦物組成及含量 %

1.3 原礦的主要礦物特征描述

硬錳礦：鐵黑、鋼灰色，主要有2種產出形態：其一呈隱晶質的膠態集合體呈葡萄狀、豆狀、鮞狀、放射狀球粒、皮殼狀、細脈狀等結構，在膠體硬錳礦中可見少量混雜其中的粘土礦物及散粒石英、長石，也常見與軟錳礦組成環帶構造，常見孔洞狀、蜂窩狀構造，有的孔洞被錳土，粘土礦物充填，豆粒狀硬錳礦的大小在1～2 mm之間。其二呈顯微鱗片狀的錳土產出，常與粘土礦物混雜成松軟的小團粒結構、土狀或粉末構造，粒度在0.003～0.01 mm之間。

軟錳礦：黑色，主要呈細小鱗片狀和針柱狀，次為不規則粒狀集合體產出，常見交代硬錳礦，其次沿裂隙充填呈細脈狀穿插與膠態硬錳礦中，脈寬0.02～0.05 mm，軟錳礦在礦石中也常呈3～5 mm的集合體團塊，質松軟，在其中包裹有粗細不等的石英顆粒。軟錳礦單晶粒度在0.003～0.05 mm之間。

水錳礦：呈細粒集合體與脈石共生，或以膠結物的形態分布在脈石組成的鮞粒中，也有的呈微粒狀與軟錳礦和硬錳礦交代共生，粒度在0.02～0.05 mm之間。

偏錳酸礦：通常粒度細，與褐錳礦、長石、石英、粘土礦物組成質軟、疏松的不規則團粒或致密的凝膠塊狀產出，即分塊狀和疏松狀兩種。粒度在0.01～0.12 mm之間。

赤鐵礦、褐鐵礦：通常呈粉末狀或球粒狀，與石英和粘土礦物混雜組成團粒，或不均勻的分布在硬錳礦、偏錳酸礦的凝膠體中，含量很少。

石英：白色或無色，主要是呈他形微粒狀，少數呈粗粒狀，前者粒度大小多數在0.005～0.06 mm之間，并組成集合體成致密塊狀，后者大小多在1～2 mm之間，常數顆聚集在一起，或呈散粒不均勻的分布于錳礦石中，石英塊體中常見晶洞構造，石英亦常與長石共生，細粒石英有時呈細脈狀穿插于礦石中。

長石：以灰白色為主，主要呈他形細粒狀，粒徑在0.01～0.12 mm，常緊密鑲嵌成致密塊狀。

絹云母：呈細鱗片狀集合體，綠泥石呈微葉片狀，鋯英石、磷灰石、高嶺石、碳酸鹽類礦物等均呈微粒狀零星分布或偶爾可見。

1.4 礦石的結構、構造

1)礦石的結構

膠狀(放射狀球粒)結構：硬錳礦主要呈此結構，在球粒中混雜有少量鱗片狀的軟錳礦、水錳礦。

隱晶質的凝膠結構：主要由鐵、錳組成凝膠或錳和粘土礦物組成凝膠混合物。

鮞狀結構：主要由褐鐵礦、絹云母、高嶺石、綠泥石等組成圓球狀、橢球狀的鮞狀結構。

顯微鱗片結構：軟錳礦、偏錳酸礦、水錳礦在礦石中常呈此結構分布。

2)礦石的構造

條帶狀構造：微細粒的石英與氧化錳礦物組成條帶狀構造。

膠狀(葡萄狀)構造：硬錳礦的膠體形成此構造。

礫狀構造：粗粒的石英不均勻的嵌布在軟錳礦、硬錳礦、偏錳酸礦的塊體中，而形成此構造。

晶洞狀構造：石英聚集的小碎塊中可見到沿洞壁生長的粗粒石英而構成此構造。

多孔狀、蜂窩狀構造：膠體狀的硬錳礦中可見到此構造，孔狀多被粘土礦物充填。

土狀及粉末狀構造：松軟的細鱗片結構的軟錳礦、偏錳酸礦及粘土礦物普遍呈此構造。

致密塊狀構造：偏錳酸礦及細粒石英、粘土礦物緊密共生構成致密塊狀構造。

細脈狀構造：膠體狀硬錳礦充填于礦石裂隙中而呈此構造。

1.5 主要礦物與脈石礦物嵌布關系的照片說明

主要錳礦物與脈石礦物的嵌布關系見圖1～3。

圖1 細脈狀軟錳礦穿插于石英和粘土礦物混雜的礦石中

圖2 軟錳礦中夾雜細鱗片狀粘土礦物

圖3 針柱狀及顯微鱗片狀的軟錳礦集合體中嵌布其他形粒狀石英而構成礫狀構造

1.6 原礦篩水析

將礦石破碎至10 mm后進行分級，對相應粒級的有價元素錳的含量和金屬分布進行考察，原礦篩水析結果曲線見圖4。

圖4 原礦篩水析結果曲線

由圖4可見：

1)原礦0.20～3.0 mm粒級錳品位較高，錳金屬占有率49.14%，對錳的回收有好處；

2)原礦0.02～0.04 mm粒級錳品位較低，錳金屬占有率也不高；

3)原礦-0.030 mm(重選和磁選難回收粒級)產率24.04%、錳品位11.93%、錳金屬占有率18.41%，這部分細粒錳礦物機械選礦較難回收。

1.7 原礦性質小結

1)該礦物為硅質巖型氧化錳礦，有用礦物為軟錳礦、硬錳礦、偏錳酸礦、水錳礦及少量鐵錳凝膠，膠狀結構和顯微鱗片結構為主，脈石礦物主要是石英、長石、輝石、粘土礦物等硅酸鹽礦物，因此該礦石的選礦的主要目的是實現氧化錳礦物與硅質礦物的有效分離。約有一半的石英、長石與氧化錳礦物關系不密切，而另一部分石英和粘土礦物與氧化錳礦關系密切，呈混雜共生不易分離的狀態。軟錳礦及部分偏錳酸礦質軟而疏松，與粘土礦物及石英膠結不好，易碎散成粉末狀。

2)該礦錳品位15.88%、M nO2品位23.14%、Fe品位1.50%、原礦連續放電時間158 min，間斷放電時間166 min，屬放電性能較好的氧化錳礦石。

3)錳礦物嵌布粒度粗細不均，錳集合體粒度可達1～5 mm，粉末狀顆粒微細，粒度在0.02～0.003 mm之間。從篩水析結果看：0.20～3.0 mm粒級錳品位較高，此粒級錳金屬占有率49.14%，是選礦較易回收的粒級。原礦 -0.030 mm粒級產率24.04%、錳品位11.93%、錳金屬占有率18.41%，此粒級的錳是機械選礦難以回收的。

4)原礦中-0.010 mm粒級產率16.90%、錳品位13.46%、錳金屬占有率14.70%，此粒級是機械選礦更難回收的。

2 選礦試驗

根據原礦性質研究結果，錳礦物嵌布粒度粗細不均，而細粒錳礦物進入常規選別作業將難以回收，從而影響錳回收率的提高，并造成錳礦資源的浪費。由于重選回收率低，而磁選技術及設備的發展較快，磁選操作簡單，易于控制，適應性強，可用于各種錳礦石選別，近年來已在錳礦選礦中占主導地位[1]，根據礦石性質，由于該礦含錳礦物與脈石礦物的比磁化系數有較大的差異，因此，采用先分級再磁選的選別流程。

2.1 濕式篩分篩上產物強磁選入選粒度條件試驗

磨礦有利于脈石與錳礦物的分離，但是磨礦過細，選別時細粒級的錳就會損失在尾礦中，而且也使得選礦成本提高。因此，適度磨礦對選別指標的提高具有一定程度的影響[2]，為此進行了磁選入選粒度條件試驗。試驗流程見圖5，試驗結果列于表4。

圖5 試驗流程

表4 磁選入選粒度條件試驗結果 %

從表4結果看：強磁選可獲得錳品位大于40%的精礦，而且作業回收率接近80%，入選粒度-1.0 mm較好。

2.2 強磁選磁場強度條件試驗

強磁選磁場強度條件試驗給礦為濕式篩分篩上產物，入選粒度為-1.0 mm。試驗按圖5進行，試驗結果列于表5。

表5 強磁選磁場強度條件試驗結果 %

從表5結果看，隨著磁場強度的增大，錳回收率逐步提高，但精礦錳品位逐步下降。綜合考慮強磁選磁場強度1 114.08 kA/m較合適。

2.3 強磁選流程試驗

在條件試驗的基礎上，采用一粗一精一掃磁選流程，在磁場強度1 114.08 kA/m條件下，強磁選流程試驗獲得的放電錳粉精礦產率21.71%，錳品位44.47%，鐵品位 3.06%，錳回收率：作業 71.73%，對原礦60.45%。試驗結果見表6。

表6 全流程最終試驗指標 %

2.4 選礦產品考察

放電錳粉多元素化學分析結果、低度氧化錳粉多元素化學分析結果見表7，放電錳粉測試結果見表8。

表7 放電錳粉多元素化學分析結果 %

表8 放電錳粉放分測試結果

2.5 生產工藝流程推薦

根據試驗研究結果及參考選礦生產實踐經驗，原礦采用雙層振動篩進行濕式篩分，+5 mm原礦進入破碎，破碎后與篩分-5 mm合并進行下一步篩分作業篩出-1.0 mm粒級，+1.0 mm粒級進入棒磨機磨礦，磨機排礦返回預先篩分作業形成閉路磨礦。篩上產物磨至-1.0 mm后進行磁選選別，磁場強度為1 114.08 kA/m，為保證放電錳粉質量及錳回收率，采用一粗一精一掃磁選流程。原礦篩下-0.2 mm粒級進行壓濾脫水，與強磁選掃選精礦和強磁選精選中礦三產品合并進行烘干干燥，然后用雷蒙磨磨粉得低度氧化錳粉，作為氧化劑進行銷售。推薦的生產工藝流程見圖6。

圖6 推薦的生產工藝流程

3 結語

1)該試樣錳品位15.88%，MnO2品位23.14%，鐵品位1.50%，連續放電時間158 min、間斷放電時間166 min，是國內放電性能較好的氧化錳礦石。

2)試樣錳礦物主要有：硬錳礦、軟錳礦、偏錳酸礦，主要脈石為石英及硅酸鹽礦物。

3)錳礦物嵌布粒度粗細不均，錳集合體粒度較粗(1～5 mm)，而疏松的錳礦物及細泥錳礦粒度較細，一般為0.02～0.003 mm之間，粗粒錳集合體選礦回收較容易，而細粒錳礦物選礦回收較困難。

4)試驗采用濕式篩分分級，分為-0.2 mm細粒和+0.2 mm粗粒，粗粒礦物采用強磁選，經一粗一精流程選別，可獲得產率 21.71%、錳品位44.47%、MnO2品位 66.23%、鐵品位 3.06%、連續放電時間254 min、間斷放電時間315 min的天然放電錳粉，錳回收率60.45%。

5)-0.2 mm細粒級別錳品位13.12%、MnO2品位 18.44%、鐵品位 1.62%、錳金屬占有率22.88%。經磁選和浮選探索試驗均未獲得滿意指標。建議暫時作為氧化劑銷售，待二期工程建設后，可給入深加工流程生產電解二氧化錳。

[1]張涇生，周光華.我國錳礦資源及選礦進展評述[J].中國錳業，2006，24(2) ：1-5.

[2]師偉紅，楊波，田鋒，等.西南某地鐵錳礦開發利用的選礦探索試驗[J].中國錳業，2006，24(4)：18-22.