焙燒后氧化錳礦酸浸試驗研究

汝振廣，周曉艷

（1.中山市技師學院，廣東 中山 528400；2.合川區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，重慶 401520）

電解金屬錳工業(yè)是一個資源、能源消耗高，污染物產生量大的工業(yè)行業(yè)。目前，中國絕大多數企業(yè)釆用碳酸錳礦石生產電解錳，因其不用還原，可以直接酸浸，節(jié)省了設備投資和運營成本[1]。然而，國內適用于生產電解錳的碳酸錳礦石資源已瀕臨枯竭，礦石品位越來越低，已由含錳18%～20%降低到12%～15%，利用該類礦石生產電解錳致使酸耗加大，產渣量急劇增高，每生產1 t電解錳，產渣量高達十幾噸，造成越來越大的環(huán)保壓力，且礦石平均資源利用率低于70%，隨渣帶走的錳也越來越多，因此利用碳酸錳礦生產電解錳的企業(yè)將會越來越少[2-3]。

在這種情況下，采用氧化錳礦石（MnO2）生產電解錳的趨勢也越來越強烈。目前，國內存在大量中等品位（含錳20%以上）的氧化錳礦資源，作為原礦材料在電解金屬錳領域具有較大應用潛力[4]。同時，氧化錳礦石具有品位相對較高、酸耗較低、產渣量少等優(yōu)點。本文對湖南某地的伴生氧化錳礦石（MnO2）經還原焙燒后生成的MnO進行酸浸試驗研究，以分析該地區(qū)氧化錳礦中錳含量的組成、浸出效果、浸出效率及渣錳含量等[5-9]。

1 試驗及檢測方法

1.1 試驗方法

向2 L燒杯中加700 g水、100 g濃硫酸（98%），測定溶液中酸含量；將燒杯放入恒溫水浴鍋中，用溫度計測量溶液溫度，待溶液溫度恒定時，記錄溫度和時間；向燒杯中快速加入還原焙燒后的氧化錳礦粉150 g，同時開啟攪拌器，調節(jié)轉速；反應每60 min測量溶液溫度，并取樣測酸和錳的含量，反應時間為4 h；反應終止后，記錄溶液剩余體積，稱重；過濾，稱濾液質量；烘干，稱烘干后的濾渣質量；測濾液中酸和錳含量、濾渣中總錳和水溶性錳含量。

1.2 分析檢測方法

1.2.1 酸的測定

取1 mL待測液于250 mL錐形瓶中，加入約50 mL蒸餾水，同時搖勻，加入1～2滴甲基紅指示劑，用氫氧化鈉進行滴定。

1.2.2 溶液中錳的測定

取1 mL待測液于250 mL錐形瓶中，加入約100 mL蒸餾水，加入0.3 g氧化鋅后，放在電爐上加熱至沸騰，立即取下，用高錳酸鉀溶液滴定。

1.2.3 礦石中總錳測定

礦石中總錳測定采用硝酸銨氧化容量法（GB 223.4-1988）。

2 結果與討論

2.1 還原焙燒后氧化錳礦石中錳的含量

為了比較酸浸的效果，隨機取樣檢測湖南某地伴生氧化錳礦石經還原焙燒后的含錳量。

表1 還原焙燒后氧化錳礦石中錳含量

由表1計算可得，還原焙燒后的氧化錳礦石中錳平均含量為23.868%（以Mn計），將以此參數作為酸浸效果和效率的對比依據。

2.2 常規(guī)酸浸試驗

2.2.1 酸浸試驗條件

模擬傳統(tǒng)電解錳生產中常規(guī)浸出工藝條件進行酸浸試驗，具體參數如表2所示。

表2 常規(guī)浸出反應參數

2.2.2 試驗過程及結果分析

在恒溫（56℃）的條件下，酸浸反應4 h，并每隔60 min取樣檢測溶液的含錳濃度和殘酸量，根據檢測結果分析酸浸反應過程中錳的浸出率。

從表3分析可知，還原焙燒后的氧化錳礦石可進行酸浸反應；浸出反應前1 h反應速率快，溶液含錳濃度可達到22.7 g/L，但隨著反應的進行，浸出效率大幅度降低，反應過程緩慢；浸出反應的后3 h，溶液含錳濃度和殘酸濃度幾乎沒有變化；溶液的濃度遠未達到電解錳正常生產的溶液標準。

表3 常規(guī)浸出反應過程分析

2.2.3 渣錳殘留及浸出率分析

從表4分析可得，該還原焙燒后的氧化錳礦石浸出率能達到74.72%，但渣錳殘留高，其中未浸出錳殘留9.553%（以Mn計），還原成原礦石品位約為6%，資源回收利用率只有72.54%。

表4 渣錳殘留及浸出率分析（常規(guī)浸出反應）

2.3 高溫連續(xù)酸浸反應試驗

2.3.1 酸浸試驗條件

開展高溫連續(xù)酸浸反應試驗時，其浸出反應參數如表5所示。

表5 高溫連續(xù)浸出反應參數

2.3.2 試驗過程及結果分析

對錳渣采用高溫連續(xù)酸浸反應，在恒溫（75℃）的條件下，反應4 h，并每隔60 min取樣檢測溶液的含錳濃度和殘酸量，根據檢測結果分析酸浸反應過程的浸出率。

從表6分析可知，對錳渣采用連續(xù)高溫酸浸反應，反應終點時溶液濃度為33.085 g/L，達到了電解錳正常生產的溶液濃度標準，且殘酸量（4 g/L）控制在生 產允許的條件范圍內。

表6 高溫連續(xù)浸出反應過程分析

2.3.3 渣錳殘留及浸出率分析

從表7分析可得，采用連續(xù)高溫酸浸，可使該還原焙燒后的氧化錳礦石浸出率提高到90.11%，渣錳殘留降低到3.779%（以錳計）的低水平，還原成原礦石品位約為2.3%，資源回收利用率可達到90%。

表7 渣錳殘留及浸出率分析（高溫連續(xù)酸浸反應）

3 結論

采用傳統(tǒng)常規(guī)的酸浸工藝，對湖南某地的伴生氧化錳礦石的浸出率能達到74.72%，但渣錳殘留高，為9.553%（以Mn計），還原成原礦石品位約為6%，資源回收利用率只有72%；用傳常規(guī)工藝酸浸1 h后，浸出效率大幅度降低，反應過程緩慢，溶液含錳濃度和殘酸濃度幾乎沒有變化，反應終點時溶液的濃度遠未達到電解錳正常生產的溶液標準。

殘酸過高將給后續(xù)的凈化工段造成極大的壓力，使得整個工藝系統(tǒng)不能實現水平衡，無法進行電解錳的正常生產；采用連續(xù)高溫酸浸反應，可使該還原焙燒后的氧化錳礦石浸出率提高到90.11%，渣錳殘留降低到3.779%（以Mn計）的低水平，資源回收利用率可達到90%。

連續(xù)高溫浸出反應終點的溶液中錳離子濃度為33.085 g/L，達到了電解錳正常生產的溶液濃度標準，且殘酸量（4 g/L）也控制在生產允許的條件范圍內，對后續(xù)的凈化工段和整個系統(tǒng)的水平衡影響不大。

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

2 劉閨華，潘涔軒，朱克松，等.電解金屬錳渣濾餅循環(huán)逆流洗滌試驗研究[J].中國錳業(yè)，2010，（2）：35-38.

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

4 徐鳴哲.中國錳礦石貿易供需現狀及趨勢[J].國際經濟合作，2011，（4）：78-81.

5 周曉艷，潘涔軒，張玉秀，等.從加納某碳酸錳礦石中浸出錳的試驗研究[J].濕法冶金，2013，（1）：24-26.

6 周曉艷，汝振廣，王雪婷，等.加納某碳酸錳礦石兩段浸出試驗研究[J].濕法冶金，2014，（4）：282-285.

7 王星敏，徐龍君，胥江河，等.電解錳渣中錳的浸出條件及特征[J].環(huán)境工程學報，2012，（10）：3757-3761.

8 孟小燕，蔣 彬，李云飛，等.電解錳渣二次提取錳和氨氮的研究[J].環(huán)境工程學報，2011，5（4）：903-908.

9 杜 兵，周長波，曾 鳴，等.回收電解錳渣中的可溶性錳[J].化工環(huán)保，2010，30（6）：526-529.