陽極泥還原焙燒的研究

馬曉磊 王順林

（阿克陶科邦錳業制造有限公司 阿克陶 845550）

1 前言

在電解錳的生產過程中，陽極區Mn2＋不可避免的被氧化并形成Mn4＋的水合氧化物（水羥錳礦），同時陽極板中的鉛錫合金亦被氧化并與錳氧水合物一起沉淀，形成典型的膠狀構造。電解錳陽極泥為黑色大小不一的固體物質，其中分散著白色結晶物（NH4）2SO4，陽極泥主要成份為MnO2，其基本結構是由1個錳原子核與6 個氧原子配位形成的六方密堆積結構，這種結構形成的復雜網絡可容納不同的陽離子。目前電解錳陽極泥的處理并沒有成熟的工業產業化方案，國內大部分的電解錳冶煉企業采用堆存、外售以及火法處理生產錳合金產品等方式進行處理。本研究利用還原焙燒技術，資源化回收利用電解錳陽極泥，實現了鉛錳分離，為電解錳陽極泥的資源化工程應用提供參考。

2 試驗原料

以新疆某電解錳冶煉企業陽極泥作為原料，還原劑選用活性炭，浸出劑選用工業硫酸（93%），其陽極泥成分見表1。

表1 陽極泥主要成分（%）

3 試驗方法

稱取10g 陽極渣，將陽極渣研磨后與石灰100:1在坩堝內混合均勻，加入一定量的活性炭（活性炭用量為理論用量的1-4.5 倍），在相關溫度下（500℃-900℃），按照要求時間（45min-4h）在馬弗爐內進行焙燒，并驗證密封性對還原的影響，待冷卻后取樣進行分析檢測，后進行硫酸浸出試驗。

試驗原理：

陽極渣主要成分為MnO2，還原劑用活性炭，主反應如下：

考慮到陽極渣中還有殘余的酸，且陽極渣高溫焙燒會有SO2酸性氣體，用石灰來中和吸收，反應如下：

陽極渣還原焙燒后主要成分為MnO 和PbSO4，MnO 會和H2SO4發生反應生成溶于水的硫酸錳，Pb?SO4不溶于水也不和酸反應留在渣中，反應如下：

4 試驗結果與討論

4.1 溫度對還原率的影響

稱取10g 陽極渣，將陽極渣研磨后與石灰100:1在坩堝內混合均勻，加入過量1.5 倍的活性炭，溫度控制在500℃-900℃，在馬弗爐內進行焙燒1h，待冷卻后取樣進行分析檢測。

由圖1 可以看出，隨著溫度降低，錳的還原率也隨之降低，在800℃時還原率最高，可達到88.67%，且隨著溫度繼續升高，對于還原沒有明顯影響。

4.2 密封對還原率的影響

稱取10g 陽極渣，將陽極渣研磨后與石灰100:1在坩堝內混合均勻，加入過量1.5 倍的活性炭，溫度控制在800℃，對坩堝在敞開和加蓋情況下分別在馬弗爐內進行焙燒1h，待冷卻后取樣進行分析檢測。

圖1 溫度對錳還原率的影響

圖2 密封對還原率的影響

從圖2 可看出，有蓋密封時還原率較高，有蓋密封時冷卻過程中可以隔絕空氣中的氧氣，防止被還原的錳氧化再次被氧化成為二氧化錳。

4.3 活性炭加入量對還原率的影響

稱取10g陽極渣，將陽極渣研磨后與石灰100:1在坩堝內混合均勻，溫度控制在800℃，加入過量的活性炭（活性炭用量為理論用量的1-4.5倍），加蓋密封在馬弗爐內進行焙燒1h，待冷卻后取樣進行分析檢測。

由圖3 可看出，活性炭用量為理論計算的量的2-2.5倍即可獲得較高的還原率，隨著活性炭用量的增加，還原率也在增加，但增加幅度較小，為節約成本考慮，活性炭用量為理論計算的量的2-2.5倍即可。

4.4 焙燒時間對還原率的影響

稱取10g 陽極渣，將陽極渣研磨后與石灰100:1在坩堝內混合均勻，溫度控制在800℃，加入過量2.5倍的活性炭，加蓋密封在馬弗爐內進行焙燒45min-4h，待冷卻后取樣進行分析檢測。

從圖4可以看出，焙燒時間在45min—2h之間還原率逐漸升高，2h 時還原率最高，2h 后還原率下降，分析原因可能是隨著焙燒時間延長，氧化錳再次被氧化成為二氧化錳，造成還原率下降。

4.5 浸出實驗

按照還原焙燒試驗探索出的最佳條件進行還原焙燒，稱取50g 陽極泥還原渣進行浸出試驗，以陽極液為浸出劑，初始酸濃控制在100-150g/l，浸出條件為液固比10:1，浸出溫度45℃，浸出時間8h，陽極泥還原渣及陽極液成分分析見表2。

圖3 活性炭加入量對還原率的影響

圖4 焙燒時間對還原率的影響

表2 陽極泥還原渣及陽極液成分

表3 浸出實驗數據

從表3中可以看出，除第一組實驗錳浸出率較低外，分析原因為反應前總酸量不足造成浸出率較低，渣含錳較高，其余二價錳浸出率均能達到98%以上，證明該還原渣非常容易浸出。

5 結論

通過研究發現，還原焙燒可有效處置陽極泥，在溫度800℃焙燒2h，活性炭用量為理論計算的量的2-2.5 倍，保持還原氣氛的條件下，錳的還原率可達到96.56%。該還原渣極易浸出，利用稀硫酸浸出錳的浸出率可達到98%，不僅可有效回收陽極泥中錳資源，提高綜合回收率，且浸出渣中Pb可富集至45%左右，可直接作為鉛精礦計價賣出，使得資源綜合利用。