從加納某碳酸錳礦石中浸出錳的試驗(yàn)研究

周曉艷，潘涔軒，張玉秀，汝振廣，劉閨華

（1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083；2.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院 清潔生產(chǎn)中心，北京 100012）

我國(guó)電解錳工業(yè)在近10a得到了飛速發(fā)展［1－2］。然而我國(guó)錳礦資源貧乏、礦石品位低，可用錳礦資源只占保有資源總量的43%，現(xiàn)有錳礦儲(chǔ)量?jī)H能保證12a，因此，需要進(jìn)口高品位錳礦石以滿足國(guó)內(nèi)電解錳生產(chǎn)需要［3－4］。進(jìn)口的加納某碳酸錳礦石錳品位在28%左右，且雜質(zhì)含量較低，是難得的適合電解錳生產(chǎn)的高品位碳酸錳礦石。近幾年國(guó)內(nèi)部分企業(yè)將加納碳酸錳礦石用于生產(chǎn)電解錳，生產(chǎn)中一個(gè)較為突出的問(wèn)題是在傳統(tǒng)的一段酸浸中錳浸出率較低，渣中錳殘留較高。

用硫酸可以從加納碳酸錳礦石中浸出錳，酸濃度、礦石粒度、浸出溫度都對(duì)錳浸出率有影響［5］。試驗(yàn)根據(jù)加納碳酸錳礦石的物相組成，研究了浸出錳的條件，為加納碳酸錳礦石在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)中應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料

加納某碳酸錳礦石（100目）由湖南花垣縣東方錳業(yè)有限公司提供，物相組成見(jiàn)表1，主要成分是碳酸錳，其錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21.89%，占總錳質(zhì)量的83.61%；其次是三氧化二錳，錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.65%，占總錳質(zhì)量的13.94%；還有少量二氧化錳和硅酸錳，錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.3%和0.34%，分別占總錳質(zhì)量的1.15%和1.3%。

表1 加納某碳酸錳礦石中各種形態(tài)錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

試驗(yàn)所用試劑為濃硫酸，國(guó)產(chǎn)，分析純；水為去離子水。

1.2 試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)所用儀器主要有：玻璃反應(yīng)釜，2L（BILON）；恒速攪拌器（BILON）；溫度控制系統(tǒng)，德國(guó)Huber；AL104型電子天平，梅特勒－托利多；DW100型超純水機(jī)，上海和泰儀器有限公司；DHG－9123A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，北京北方利輝試驗(yàn)設(shè)備有限公司；DK－98－ll型電子調(diào)溫萬(wàn)用爐，天津市斯泰特儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

按照一定的液固體積質(zhì)量比和酸礦質(zhì)量比，將錳礦石、水和濃硫酸加入到2L玻璃反應(yīng)釜內(nèi)，控制溫度一定并恒溫，浸出4h后過(guò)濾，測(cè)定濾液中錳的質(zhì)量濃度、殘酸質(zhì)量濃度以及濾液體積；殘?jiān)娓珊鬁y(cè)定總錳和硫酸錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計(jì)算錳浸出率。

1.4 分析方法

根據(jù)《錳礦石 錳含量的測(cè)定 電位滴定法和硫酸亞鐵銨滴定法GB／T1506—2002》測(cè)定固體或水樣中的總錳。

稱取烘干至恒重的錳渣3.0g置于250mL燒杯中，加入50mL蒸餾水，攪拌至硫酸錳充分溶解，過(guò)濾，再用少量蒸餾水洗滌濾渣，收集濾液并定容至100mL，測(cè)定濾液中錳質(zhì)量濃度，計(jì)算錳渣中硫酸錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 溫度對(duì)錳浸出率的影響

控制酸礦質(zhì)量比為1∶0.7，攪拌速度為180 r／min，在不同溫度下浸出4h。溫度對(duì)錳浸出的影響如圖1所示。渣中錳的組成見(jiàn)表2。

圖1 錳浸出率和殘酸質(zhì)量濃度隨浸出溫度的變化曲線

由圖1可見(jiàn)：隨浸出溫度升高，錳浸出率升高，殘酸質(zhì)量濃度降低；溫度提高至60℃后，錳浸出率提高幅度不大，殘酸質(zhì)量濃度亦趨于穩(wěn)定。綜合考慮，選擇浸出溫度為60℃即可。

表2 不同浸出溫度下浸出渣的組成 %

從表2可知：浸出溫度對(duì)硅酸錳的浸出沒(méi)有影響，其基本沒(méi)有浸出；對(duì)于其他型態(tài)的錳的浸出影響較大，尤其是三氧化二錳，其隨浸出溫度升高，浸出率顯著提高。

2.2 酸礦質(zhì)量比對(duì)錳浸出率的影響

控制溫度分別為41℃和50℃，酸礦質(zhì)量比分別為1∶0.63、1∶0.7和1∶0.67、1∶0.7，浸出反應(yīng)4h，考察酸礦質(zhì)量比對(duì)錳浸出率的影響。結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 礦酸質(zhì)量比對(duì)錳浸出的影響

從表3可知：相同溫度下，增大酸礦質(zhì)量比、提高浸出殘酸質(zhì)量濃度對(duì)提高錳的浸出率有一定幫助，但較高的殘酸質(zhì)量濃度會(huì)使中和階段消耗大量中和劑，甚至影響溶液平衡。因此，控制殘酸質(zhì)量濃度為3～5g／L較為適宜。

2.3 浸出時(shí)間對(duì)錳浸出率的影響

控制殘酸質(zhì)量濃度為3～5g／L，不同溫度下浸出反應(yīng)4h，考察錳浸出率與浸出時(shí)間的關(guān)系。試驗(yàn)結(jié)果如圖2、3所示。

圖2 不同溫度下錳浸出率與浸出時(shí)間的關(guān)系

圖3 殘酸質(zhì)量濃度與浸出時(shí)間的關(guān)系

由圖3、4看出：不同溫度下，錳浸出率隨浸出時(shí)間延長(zhǎng)而提高；浸出前0.5h，浸出速率很快；隨浸出溫度升高，反應(yīng)趨于穩(wěn)定所需時(shí)間縮短。在殘酸質(zhì)量濃度為3～5g／L條件下，選擇浸出溫度60℃、浸出時(shí)間4h較為適宜。

3 結(jié)論

加納碳酸錳礦石的主要成分是碳酸錳，其次是三氧化二錳，其他的含錳化合物含量很少。其中硅酸錳不被浸出，其他含錳礦物的浸出率均隨浸出溫度升高而升高。提高浸出溫度對(duì)提高錳浸出率較為有利，而提高酸礦質(zhì)量比即提高浸出殘酸質(zhì)量濃度雖然可以提高浸出率，但在生產(chǎn)實(shí)踐中，過(guò)高的殘酸會(huì)導(dǎo)致中和費(fèi)用增加，甚至破壞溶液平衡。提高錳浸出率的最佳條件為浸出溫度60℃，酸礦質(zhì)量比1∶0.7，浸出時(shí)間4h。最佳條件下，錳浸出率可達(dá)93.99%，殘酸質(zhì)量濃度為4.08 g／L。

［1］周柳霞.中國(guó)電解金屬錳工業(yè)50多年發(fā)展回顧與展望［J］.中國(guó)錳業(yè)，2010，28（1）：1－6.

［2］譚柱中.“十一五”中國(guó)電解金屬錳工業(yè)的發(fā)展和“十二五”展望［J］.中國(guó)錳業(yè)，2011，29（1）：1－4.

［3］張琳.世界錳鐵合金形式分析［J］.冶金管理，2008（9）：25－27.

［4］徐明哲.中國(guó)錳礦石貿(mào)易供需現(xiàn)狀及趨勢(shì)［J］.國(guó)際市場(chǎng)，2011（4）：78－81.

［5］Momade W Y.Sulphuric Acid Leaching of the Nsuta Manganese Carbonate Ore［J］.Hydrometallurgy，1996，40（1／2）：123－134.