錳渣硫酸浸出正交實驗探究①

練 強， 張 杰

（1.四川省安全科學技術研究院，四川 成都610045； 2.貴州大學 礦業學院，貴州 貴陽550003）

錳礦經酸浸電解濕法冶金工藝提煉金屬錳后產生大量錳渣固體廢棄物，錳渣的大量堆放不僅占用大片土地，而且還污染周邊環境，破壞生態平衡［1-3］。 錳渣既是破壞環境的物質，同時又是一種可提煉并循環利用的珍貴資源［4］。

目前生產MnSO4溶液多采用加熱升溫的浸出方法［5］，而加熱需要消耗大量的能源。 本文在常溫下直接向錳渣漿體中加入少量濃硫酸，利用濃硫酸水化放熱效應促使反應進行，并通過正交實驗，探索錳渣酸浸的工藝條件。

1 原料性質及實驗藥劑

實驗原料為貴州省遵義地區某電解錳公司產生的濕法冶煉錳渣，因長期堆放，濕度較大，呈土塊狀，烘干后破碎，磨細至0.18 mm 備用，其化學組成（以氧化物計）見表1。

表1 錳渣化學成分（質量分數）／%

浸出劑使用工業級濃硫酸。

2 實驗及結果分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 硫酸用量實驗

取30 g 錳渣3 份，在液固比5 ∶1及不攪拌條件下，分別按錳渣（g）與硫酸（mL）比為10 ∶3、10 ∶4、10 ∶5，將濃硫酸加入錳渣漿體中反應2 h，考察硫酸用量對錳浸出率的影響，結果見圖1。 結果表明，隨著濃硫酸用量增加，錳浸出率增加，但增加到一定程度后增幅變緩。

圖1 硫酸用量對錳浸出率的影響

2.1.2 反應時間實驗

濃硫酸用量0.4 mL／g，其他條件不變，考察了反應時間對錳浸出率的影響，結果見圖2。 結果表明，酸浸反應1～2 h 區間，錳浸出率變化較大，2～4 h 區間錳浸出率變化緩慢。

圖2 反應時間對錳浸出率的影響

2.1.3 液固比實驗

反應時間2 h，其他條件不變，液固比對錳浸出率的影響見圖3。 結果表明，液固比為3 ∶1時錳浸出率最高。 液固比較小時，酸浸反應體系體積也小，加入濃硫酸時產生大量的熱，這些熱足以使有限的溶液沸騰或接近沸騰，為加快錳與H2SO4反應提供了熱動力保證，強化浸出，這也是無外加熱下濃硫酸浸出錳的關鍵所在［6-7］。

2.1.4 攪拌速度實驗

液固比3 ∶1，其他條件不變，攪拌速度對錳浸出率的影響見圖4。 結果表明，攪拌速度在50 ～100 r／min范圍內變化對錳浸出影響不大，以100 ～150 r／min 為宜。 攪拌速度過快，易引起物料冒槽，使操作不易控制，而攪拌速度過小又不利于傳質，影響錳浸出率。

圖3 液固比對錳浸出率的影響

圖4 攪拌速度對錳浸出率的影響

2.2 正交實驗

為進一步確定各因素對錳浸出的影響大小關系，在單因素實驗基礎上，設計L9（34）正交實驗，以確定錳的最佳浸出工藝條件。 正交實驗結果見表2。 由表2 可知，各因素對錳浸出率產生的影響大小順序為：硫酸用量＞液固比＞攪拌速度＞反應時間，錳的最佳浸出條件為A3B2C2D3，即濃硫酸用量0.5 mL／g，反應時間2 h，液固比3 ∶1，攪拌速度150 r／min。

表2 L9（34）正交實驗結果表

2.3 對比優化實驗

正交實驗錳的最佳浸出條件為A3B2C2D3，但在正交實驗中該組合并未出現，故再進行了優化對比實驗，并選定條件A2B1C2D3和A3B3C2D1進行對比，結果見表3。

表3 優化對比實驗結果

從表3 可以看出，A3B2C2D3中錳浸出率最高，為最優實驗條件，即在濃硫酸用量0.5 mL／g、液固比3 ∶1、反應時間2 h、攪拌速度150 r／min 條件下，錳浸出率可達到86.53%。

3 結 語

1） 以電解錳渣為原料，濃硫酸作浸出劑，利用濃硫酸水化放熱效應，促使錳與H2SO4反應，實現自熱浸出錳。

2） 探索了錳渣浸出工藝條件，結果表明，各因素對錳浸出率影響的大小順序為：硫酸用量＞液固比＞攪拌速度＞反應時間。 在濃硫酸用量0.5 mL／g、液固比3 ∶1、反應時間2 h、攪拌速度150 r／min 條件下，錳浸出率可達到86.53%。

3） 錳渣酸浸后錳、鐵均進入浸出液中，由于實驗條件所限未能開展錳、鐵分離實驗，建議下一步實驗中可以開展相關方面的實驗研究。

4） 通過酸浸降低了錳渣中錳、鐵含量，可用于制備陶瓷墻地磚、工藝陶瓷等材料，對錳渣二次資源回收利用、改善生態環境具有積極的意義。