加蓬某地锰矿的降磷工艺研究

巨 星,李耀明,郭文军,祖述宇

(中钢集团天津地质研究院,天津 300181)

0 引言

磷是钢铁冶炼过程中的有害元素,磷的含量直接影响冶炼产品的质量,研究经济有效的脱磷技术是个很重要的课题。加蓬某地锰矿用机械选矿和一般的酸浸方法都不能够有效降低矿石中磷的含量,针对该锰矿的物性特征,采用焙烧-酸浸的工艺最终获得较好的效果。

1 矿石性质

1.1 化学组成分析

首先对矿石进行了能谱分析,除主要成分Mn,Fe外,还见有少量 Si,Al,K,P等杂质(图1)。

矿石的多元素分析(表1)表明,矿石中的主要有害元素是P,属于高磷矿石。作为风化产物,矿石中元素皆以氧化物形式存在,通过对表1的数据进行推算分析,可以判断矿石中的主要相组成就是铁锰的水合氧化物或各种元素的水合氧化物。

1.2 矿石的结构构造和主要矿物

图1 锰矿样能谱图Fig.1 Energy spectrum of Mn ore sample

对光薄片的显微镜下观察可以发现,矿石中各相间的界线并不是十分分明,大体上可划分为2种相:锰的水合氧化物相及铁的水合氧化物相,但它们之间有过渡现象,据矿石的结构构造特征判断其属风化-淋滤-胶体沉淀成因。2种主要相的结晶程度均低且很不均一,即使同一种相组成也因结晶程度不同而在镜下显出亮暗不均的灰白色。

依据镜下特征、衍射分析和扫描电镜能谱分析数据,可见矿样中除几种锰矿物、针铁矿,以及少量的纤铁矿外,另见有微量石英、云母,但始终未能鉴别出磷的独立矿物,只发现磷总是在针铁矿相中富集。

1.2.1 矿石的典型结构构造

显微镜下普遍可以看到与矿石成因有关的铁锰水合氧化物的典型胶体沉积成因的胶状构造(图2)。

1.2.2 扫描电镜能谱分析

对主要相都进行了扫描电镜能谱分析,为与镜下特征建立联系,专门对分析点作了标注。结果见图3—图6。

由此可见,铁的水合氧化物中含有显著量的磷,而锰相中都不含磷。为进一步确认磷与铁的水合氧化物的密切关系,对多粒铁的水合氧化物进行了能谱分析,无例外都含磷,而且当铁相含锰时,磷的含量会随锰量的增加而减少,图6为铁的水合氧化物的能谱分析。

表1 加蓬锰矿石的多元素分析结果Table 1 Multi-element analysis of Gabon Mn ore

图2 加蓬锰矿石的显微照片Fig.2 Microscopic photo of Gabon Mn ore

图3 加蓬锰矿石的显微照片Fig.3 Microscopic photo of Gabon Mn ore

图4 锰矿石的能谱分析图Fig.4 Energy spectral analysis of Gabon Mn ore

图5 锰矿石的能谱分析图Fig.5 Energy spectral analysis of Gabon Mn ore

1.3 磷在矿石中的状态分配

为进一步查明磷的状态,采用选择性化学溶解方法考察矿石中磷的溶出行为。

1.3.1 保留铁锰条件下磷的溶出情况

采用对矿石中的铁锰矿物基本不浸溶而对吸附态磷酸根有解吸能力的介质ψ=5%的硝酸处理原矿,但无论原矿细度怎么变化,磷的浸出率基本不变,均接近原矿样中磷的质量分数(0.27%),结果见表2。

1.3.2 磷在铁锰2个相中的分配

图6 铁的水合氧化物能谱分析图Fig.6 Energy spetral analysis of hydrated Fe oxide

用3%～5%的硝酸加入足够量的Mn4+还原剂作为浸出介质,对原矿样进行浸溶处理,该介质溶液对锰 的水合氧化物有还原浸出能力,而对针铁矿溶解力极弱。浸溶结束后对浸渣中P,Mn,Fe进行分析,由此来考察磷在铁锰2个相中的分配,结果见表3。

从分析结果可以看出,约有80%的磷分配在含量较少的铁相中。

表2 不同细度原矿酸处理渣中磷的质量分数Table 2 P percentage in acid-leached ore slags with varied grain sizes

表3 磷在铁锰相中的分配情况Table 3 P distribution in Fe mineals and Mn minerals

1.4 磷在矿石中的赋存状态

对加蓬锰矿样品的分析测试表明,矿样中的磷绝大部分与铁的水合氧化物关系密切,少部分与锰相有关,而且磷在其中皆呈高度分散状态,未能探测出磷的独立相,可见采用机械分离方法不可能达到降磷的目的。

2 降磷试验

在研究试验中,采用了物理选矿和化学选矿方法,但物理选矿方法和简单的化学浸出都无法达到降磷目的,最后采用焙烧-酸浸的方法,降磷效果比较明显。

2.1 重选

首先用摇床进行重选试验(表4)。从表4可以看出,变化粒级的重选也未能取得明显的降磷效果。

表4 重选试验结果Table 4 Results of gravity separation

2.2 强磁选

利用强磁机对粒度为-0.074 mm占70%的样品进行了2次选别试验(表5)。从试验结果看,磁精矿中磷的质量分数与原样品比没有什么变化,可见磁选方法降磷不可行。

表5 强磁选试验结果Table 5 Results of strong magnetic separation

2.3 浮选试验

用-0.074 mm占70%的样品进行浮选试验,3次试验结果(表6)表明,浮选产品中的磷基本无变化,分选降磷效果差,因此该矿石不宜用浮选方法进行分选。

表6 浮选试验结果Table 6 Results of floalation

2.4 直接酸浸

用 HCl在室温下浸出锰矿中的磷,液固比为4∶1,浸出时间为2 h(表7)。从试验结果可知,直接酸浸亦也不能有效地降低锰矿中的磷。

2.5 焙烧-酸浸

2.5.1 综合试验

试验采用2种粒度的样品(-2 mm和-0.074 mm);焙烧温度700℃和800℃;焙烧时间2 h;介质质量分数为10%,介质为 HCl和 H2SO4;浸出在室温下进行,浸出时间为2 h;液固比为4∶1,无搅拌。

从试验结果(表8)看,经焙烧后进行酸浸降磷效果较好,且 H2SO4的浸出效果比 HCl还要好。试验还表明,粒度的变化对浸出影响不大,考虑更适应生产需要,后面试验采用-2 mm的样品进行试验。

2.5.2 焙烧温度试验

在上述试验的基础上,又对焙烧温度进行了试验,采用样品粒度为-2 mm,浸出介质为 H2SO4,试验结果见表9。

表7 直接酸浸试验结果Table 7 Results of direct acid leaching

表8 焙烧-酸浸降磷试验结果Table 8 Preduction a roasting acid leaching technique

表9 不同焙烧温度样品浸出结果Table 9 Results of leaching from samples roasted to varied teperatures

从表9看出,随着焙烧温度增加,产品产率基本没什么变化,但锰矿降磷效果明显,规律性非常的强。由于条件所限,没有进行更高焙烧温度的试验。

2.5.3 介质酸度试验

浸出介质为硫酸,但浓度有所变化;采用样品粒度为-2 mm,其他条件均不变,浸出结果见表10。

表10 不同浓度 H2SO4的浸出结果Table 10 Results of leaching by H2SO4with varied concentration

从表10看出,随着浓度的降低,降磷的效果明显变差,可见浸出介质要保持一定的浓度。

2.5.4 浸出时间试验

在上述试验的基础上,对浸出时间进行了试验,在其他条件均无变化的情况下,试验结果表明(表11),浸出的时间对降磷效果影响不是很明显,当然浸出时间越短对生产越为有利。

表11 不同浸出时间的试验结果Table 11 Results of varied leaching time intervals

3 结论

(1)加蓬锰矿主要矿物为铁锰矿物,此外可见有少量石英及云母,但未发现独立的磷矿物。磷主要存在于铁的水合氧化物中呈高度的分散态,而在锰矿物中很少。

(2)通过试验研究,该矿采用焙烧-酸浸工艺可以有效地降低其中的磷含量,最终产品锰回收率达 到99%以上;w(P)从 0.27%降至 0.07%以下,使P/Mn<0.0015。

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