低品位锰矿锰富集试验研究

王 伟

(云南建水锰矿有限责任公司，云南 建水 654399)

云南省建水地区属全国主要的锰矿资源储备地区，但随着锰矿石的大量开采，优质锰矿石越来越少[1]。本地锰系铁合金企业外购矿石所占成本越来越高，为了提高自己的市场竞争力，就必须开发本地现储备较大的低品位锰矿石。建水地区低品位锰矿石多为碳酸锰、硫酸锰等复合锰盐组成，矿石锰的品位一般为18%～20%，存在铁合金冶炼难利用，酸浸回收硫酸锰的酸耗高，杂质难处理等特点。结合铁合金生产和硫酸锰生产需求，采用建水地区低品位锰块矿进行焙烧处理，能改变矿石的物理特性和化学组成，提高冶金性能。

1 试验原理

在自然环境下碳酸盐可以稳定存在，但在加热条件下碳酸盐分解为相应的金属氧化物和CO2；硫酸盐加热分解为金属氧化物和SO2；而碱性氢氧化物加热也可以分解为金属氧化物和水蒸汽。通过加热锰系矿物使气体元素挥发，矿物金属得到富集，矿石品位得到提升，原矿石组成改变，其化学方程式为[1]：

在本试验中，以建水自产的芦寨矿块矿为原料，在马弗炉中模拟芦寨矿在焙烧设备中的富集过程，找出因素影响规律，得到较佳的焙烧工艺控制条件。将同一批次芦寨矿块矿分为10份，取其中1份进行化验分析其化学成分，作为焙烧前对照数据，取其中6份分别在600，700，800，900，1 000，1 200℃下进行焙烧试验，剩余3份以备复查用。设定马弗炉升温功率恒定，进行焙烧试验，根据焙烧后的有用金属成分的富集情况，确定焙烧温度，为生产提供依据。

2 结果与讨论

2.1 锰元素品位变化

随着温度升高，碳酸锰、硫酸锰、氢氧化锰等锰系盐分解，锰元素品位提高[2-4]，但在1 000℃以后，锰元素品位变化不大。芦寨矿块矿锰元素品位随焙烧温度的变化情况如图1所示。

图1 不同焙烧温度下的锰元素品位

从图1可以看出，低于900℃时芦寨矿块的热分解不明显，对主要回收元素锰的富集不明显，但温度超过900℃时锰元素品位随焙烧温度的增加而增加，到达1 200℃时锰元素品位变化不大。所以控制焙烧温度是影响锰元素品位主要因素，需多方面考虑才能确定工艺的温度控制。

2.2 铁元素品位变化

铁元素是铁合金冶炼所必需添加的元素，但芦寨矿块矿铁元素含量较低，随焙烧温度变化富集情况不明显，且化验精度过于放大，化验结果有误差。铁元素随焙烧温度的变化情况如图2所示。

图2 不同焙烧温度下的铁元素品位

根据图2可得，考虑温度控制时，可以对铁元素品位变化忽略不计。

2.3 CaO品位变化

CaO品位的提升主要是气体挥发，其CaO品位随焙烧温度的变化情况如图3所示。

图3 不同焙烧温度下的CaO品位

从图3可以看出，焙烧温度在800～900℃时CaO的品位变化剧烈，超过900℃时变化不明显。控制焙烧温度大于900℃时，回收有利于冶炼的CaO品位达最大值40%，CaO品位的提高使矿石的碱度增加，有利于冶炼锰铁时减少高温下碱性氧化锰与酸性二氧化硅的结合，降低渣中的含锰量。所以，选择焙烧温度时需考虑温度对CaO品位影响。

2.4 烧损率变化分析

随着焙烧温度增加，锰系盐加热分解完全[5]，烧损率随温度的增加而增加，达到1 000℃时，芦寨矿块矿加热分解与合成达到动态平衡，烧损率不再提高。烧损率随温度变化如图4所示。

图4 不同焙烧温度下的烧损率

根据图4可得，温度达到1 000℃时，芦寨矿块矿热分解达到最大值，从而验证了焙烧温度超过1 000℃时，焙烧芦寨块矿各元素品位不会再发生变化，为选择合理焙烧温度提供依据。

根据锰元素、CaO、烧损率随焙烧温度的变化，芦寨矿块在900～1 000℃的焙烧时，需要回收的锰和CaO品位最高。

3 结 语

采用无碳焙烧的方式处理后的建水地区低品位锰矿石，其温度控制在900～1 000℃，锰的品位能提升10%，达到30%左右，这一品位能满足锰系铁合金生产需求。如果能利用焙烧块矿的余热，进行热料直接入炉生产铁合金，可减少铁合金冶炼电耗，降低成本。所以针对建水地区低品位锰矿石采用控制温度的无碳焙烧方式来指导铁合金生产，将产生巨大的经济价值，可以应用于实际生产。

参考文献：

[1] 谭柱中, 梅光贵, 李维健, 等. 锰冶金学[M]. 长沙：中南大学出版社, 2004.

[2] 粟海峰, 高家利, 文衍宣，等. 硫酸锰固相分解制备高纯Mn3O4[J]. 有色金属(冶炼部分), 2008(4): 47-50.

[3] 张杰，唐定国，刘浩文，等. 碳酸锰高温分解制备三氧化二锰研究[J]. 山东化工，2013(4): 1-4.

[4] 王成刚，朱军， 韩景智，等. 碳酸锰热解过程的动力学[J]. 中国有色金属学报, 2000, 10(1): 113-117.

[5] 高家利. 硫酸锰制备四氧化三锰及其热解动力学研究[D]. 南宁：广西大学, 2007.