高含鐵南非氧化錳礦浸出除鉀鈉試驗研究

胡 平，田維剛，楊啟奎，張曉冬，付秋文

（1.貴州能礦錳業(yè)集團有限公司，貴州 銅仁 554001；2.貴州省電池用錳材料工程技術研究中心，貴州 銅仁 554001）

近年來各行各業(yè)高質量發(fā)展的趨勢越發(fā)明顯，錳系產(chǎn)品的市場需求也趨于高質量、低雜質化。在錳系產(chǎn)品如高純硫酸錳的生產(chǎn)中，客戶對產(chǎn)品中的K、Na、Ca、Mg、重金屬等雜質元素都有一定的要求，因此生產(chǎn)單位必須對中間產(chǎn)品——硫酸錳溶液的雜質進行控制，也就需要在生產(chǎn)中針對各類雜質進行去除，其中K+、Na+是溶液中首先需要去除的對象，本文針對高含鐵南非氧化錳礦浸出液除鉀鈉的優(yōu)異性進行了簡要研究。

1 硫酸錳溶液除鉀鈉反應機理

錳系產(chǎn)品的生產(chǎn)大多都需要制取中間產(chǎn)物——硫酸錳溶液[1]，高純硫酸錳也不例外。

在硫酸錳溶液體系中，除鉀鈉通常采用黃鉀/鈉鐵釩法，通過K+、Na+與溶液中的F2+、SO42-結合生成難溶物KFe3（SO4）2（OH）6和NaFe3（SO4）2（OH）6，該反應在浸出槽內進行，需要反應時有足夠的鐵離子促使其發(fā)生反應，其反應方程式如下：

2 高含鐵南非氧化錳礦簡介

2.1 市場上的氧化錳礦石

目前市場上的氧化錳礦石包括國內氧化錳礦以及國外進口氧化錳礦石，其中國內氧化錳礦石品位相對國外氧化錳礦石更低，且雜質含量更高，產(chǎn)地多在廣西等地；而國外進口氧化錳礦石則相對來說錳品位高、雜質含量低，品質相對優(yōu)良，產(chǎn)地包括澳洲、加蓬、巴西、南非等地，其中多數(shù)南非礦鐵含量較高，常稱為“南非高鐵礦”。

2.2 高含鐵南非氧化錳礦的優(yōu)勢

由于目前客戶對于高純硫酸錳的純凈度要求較高，也就意味著行業(yè)內生產(chǎn)高純硫酸錳的原料有所選擇，通常選擇錳含量較高、雜質含量更低的氧化錳礦石，這樣可以從源頭上減少需要去除的雜質，降低除雜成本。而采用普通的氧化錳礦焙燒后浸出制取硫酸錳溶液時，在除鉀鈉過程中需要加入大量的硫酸亞鐵，成本較高。

因此采用含鐵量較高的南非氧化錳礦，其雜質鐵的含量反而成為優(yōu)勢，可利用礦石中本身存在的高含量鐵質成分進行除鉀鈉，從而減少除鉀鈉時硫酸亞鐵的使用量，有效降低除雜成本。

3 試驗步驟及數(shù)據(jù)分析

3.1 原料分析

南非高鐵礦原料呈塊狀，最大粒徑90mm，經(jīng)破碎磨礦后分析，其含錳為34.88%，主要含錳成分為二氧化錳，其次含鐵成分高達21.17%，鉀鈉含量合計僅為0.78%，總體來說是一種優(yōu)良的錳礦石，適合用于高純硫酸錳的生產(chǎn)。其成分分析見表1。

表1 南非高鐵礦分析結果

3.2 焙燒

取南非高鐵礦按照配煤比15%，充分混合后焙燒，焙燒溫度設置860℃，焙燒時間為5h。

結果顯示，焙燒還原后錳浸出率達93.53%，二價鐵含量為16.33%，礦石中大部分鐵轉化為二價鐵，可替代硫酸亞鐵用于鉀鈉離子的去除，無需額外添加硫酸亞鐵。

3.3 浸出除鉀鈉

為了驗證在不添加硫酸亞鐵的條件下南非高鐵礦浸出除鉀鈉的效果，采取液固比5：1，礦濃硫酸重量比1：0.85，溫度95℃，添加少量MnO2作為氧化劑，浸出+除鉀鈉時間合計4h的條件下，進行試驗，試驗期間補充超純水以保持液面高度，浸出及除鉀鈉完成后過濾，檢測濾液成分，結果見表2。

表2 南非高鐵礦浸出除鉀鈉濾液分析結果

由表2可知，在不添加硫酸亞鐵的情況下，僅利用南非高含鐵氧化錳礦中自有的含鐵成分，就能夠有效去除溶液中的鉀鈉離子，濾液含K+僅為2.4mg/L，含Na+僅為5.4mg/L，鉀鈉去除率均超過99%。

4 結論

（1）采用高含鐵南非氧化錳礦浸出制備硫酸錳溶液，在除鉀鈉過程中不添加硫酸亞鐵，僅利用礦石中自有的鐵成分用于鉀鈉去除，經(jīng)試驗驗證除鉀鈉后溶液中含K+僅為2.4mg/L，含Na+僅為5.4mg/L，鉀鈉去除率均超過99%。

（2）采用高含鐵南非氧化錳礦作為生產(chǎn)高純硫酸錳的原料，可充分利用礦石自有的含鐵成分用于溶液中鉀鈉的去除，變雜質為有用成分，減少硫酸亞鐵的消耗，起到節(jié)約除雜成本的作用。