从加纳某碳酸锰矿石中浸出锰的试验研究

周晓艳，潘涔轩，张玉秀，汝振广，刘闺华

（1.中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院，北京 100083；2.中国环境科学研究院 清洁生产中心，北京 100012）

我国电解锰工业在近10a得到了飞速发展［1－2］。然而我国锰矿资源贫乏、矿石品位低，可用锰矿资源只占保有资源总量的43%，现有锰矿储量仅能保证12a，因此，需要进口高品位锰矿石以满足国内电解锰生产需要［3－4］。进口的加纳某碳酸锰矿石锰品位在28%左右，且杂质含量较低，是难得的适合电解锰生产的高品位碳酸锰矿石。近几年国内部分企业将加纳碳酸锰矿石用于生产电解锰，生产中一个较为突出的问题是在传统的一段酸浸中锰浸出率较低，渣中锰残留较高。

用硫酸可以从加纳碳酸锰矿石中浸出锰，酸浓度、矿石粒度、浸出温度都对锰浸出率有影响［5］。试验根据加纳碳酸锰矿石的物相组成，研究了浸出锰的条件，为加纳碳酸锰矿石在国内生产中应用提供参考依据。

1 试验部分

1.1 试验原料

加纳某碳酸锰矿石（100目）由湖南花垣县东方锰业有限公司提供，物相组成见表1，主要成分是碳酸锰，其锰质量分数为21.89%，占总锰质量的83.61%；其次是三氧化二锰，锰质量分数为3.65%，占总锰质量的13.94%；还有少量二氧化锰和硅酸锰，锰质量分数分别为0.3%和0.34%，分别占总锰质量的1.15%和1.3%。

表1 加纳某碳酸锰矿石中各种形态锰的质量分数

试验所用试剂为浓硫酸，国产，分析纯；水为去离子水。

1.2 试验仪器

试验所用仪器主要有：玻璃反应釜，2L（BILON）；恒速搅拌器（BILON）；温度控制系统，德国Huber；AL104型电子天平，梅特勒－托利多；DW100型超纯水机，上海和泰仪器有限公司；DHG－9123A型电热恒温鼓风干燥箱，北京北方利辉试验设备有限公司；DK－98－ll型电子调温万用炉，天津市斯泰特仪器有限公司。

1.3 试验方法

按照一定的液固体积质量比和酸矿质量比，将锰矿石、水和浓硫酸加入到2L玻璃反应釜内，控制温度一定并恒温，浸出4h后过滤，测定滤液中锰的质量浓度、残酸质量浓度以及滤液体积；残渣烘干后测定总锰和硫酸锰的质量分数，计算锰浸出率。

1.4 分析方法

根据《锰矿石 锰含量的测定 电位滴定法和硫酸亚铁铵滴定法GB／T1506—2002》测定固体或水样中的总锰。

称取烘干至恒重的锰渣3.0g置于250mL烧杯中，加入50mL蒸馏水，搅拌至硫酸锰充分溶解，过滤，再用少量蒸馏水洗涤滤渣，收集滤液并定容至100mL，测定滤液中锰质量浓度，计算锰渣中硫酸锰质量分数。

2 试验结果与讨论

2.1 温度对锰浸出率的影响

控制酸矿质量比为1∶0.7，搅拌速度为180 r／min，在不同温度下浸出4h。温度对锰浸出的影响如图1所示。渣中锰的组成见表2。

图1 锰浸出率和残酸质量浓度随浸出温度的变化曲线

由图1可见：随浸出温度升高，锰浸出率升高，残酸质量浓度降低；温度提高至60℃后，锰浸出率提高幅度不大，残酸质量浓度亦趋于稳定。综合考虑，选择浸出温度为60℃即可。

表2 不同浸出温度下浸出渣的组成 %

从表2可知：浸出温度对硅酸锰的浸出没有影响，其基本没有浸出；对于其他型态的锰的浸出影响较大，尤其是三氧化二锰，其随浸出温度升高，浸出率显著提高。

2.2 酸矿质量比对锰浸出率的影响

控制温度分别为41℃和50℃，酸矿质量比分别为1∶0.63、1∶0.7和1∶0.67、1∶0.7，浸出反应4h，考察酸矿质量比对锰浸出率的影响。结果见表3。

表3 矿酸质量比对锰浸出的影响

从表3可知：相同温度下，增大酸矿质量比、提高浸出残酸质量浓度对提高锰的浸出率有一定帮助，但较高的残酸质量浓度会使中和阶段消耗大量中和剂，甚至影响溶液平衡。因此，控制残酸质量浓度为3～5g／L较为适宜。

2.3 浸出时间对锰浸出率的影响

控制残酸质量浓度为3～5g／L，不同温度下浸出反应4h，考察锰浸出率与浸出时间的关系。试验结果如图2、3所示。

图2 不同温度下锰浸出率与浸出时间的关系

图3 残酸质量浓度与浸出时间的关系

由图3、4看出：不同温度下，锰浸出率随浸出时间延长而提高；浸出前0.5h，浸出速率很快；随浸出温度升高，反应趋于稳定所需时间缩短。在残酸质量浓度为3～5g／L条件下，选择浸出温度60℃、浸出时间4h较为适宜。

3 结论

加纳碳酸锰矿石的主要成分是碳酸锰，其次是三氧化二锰，其他的含锰化合物含量很少。其中硅酸锰不被浸出，其他含锰矿物的浸出率均随浸出温度升高而升高。提高浸出温度对提高锰浸出率较为有利，而提高酸矿质量比即提高浸出残酸质量浓度虽然可以提高浸出率，但在生产实践中，过高的残酸会导致中和费用增加，甚至破坏溶液平衡。提高锰浸出率的最佳条件为浸出温度60℃，酸矿质量比1∶0.7，浸出时间4h。最佳条件下，锰浸出率可达93.99%，残酸质量浓度为4.08 g／L。

［1］周柳霞.中国电解金属锰工业50多年发展回顾与展望［J］.中国锰业，2010，28（1）：1－6.

［2］谭柱中.“十一五”中国电解金属锰工业的发展和“十二五”展望［J］.中国锰业，2011，29（1）：1－4.

［3］张琳.世界锰铁合金形式分析［J］.冶金管理，2008（9）：25－27.

［4］徐明哲.中国锰矿石贸易供需现状及趋势［J］.国际市场，2011（4）：78－81.

［5］Momade W Y.Sulphuric Acid Leaching of the Nsuta Manganese Carbonate Ore［J］.Hydrometallurgy，1996，40（1／2）：123－134.