某高镁低品位软锰矿锰镁分离试验

周宇照 冯雅丽 朱宝华 国亚宁 蔡震雷

(1.中材建设有限公司，北京 100176；2.北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083)

某高镁低品位软锰矿锰镁分离试验

周宇照1冯雅丽2朱宝华1国亚宁1蔡震雷2

(1.中材建设有限公司，北京 100176；2.北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083)

高镁低品位软锰矿石传统的锰镁分离工艺均存在污染严重、锰镁离子分离效率低等问题。为了实现高镁低品位软锰矿的高效、低污染开发利用，以广西某高镁低品位软锰矿为原料，对采用酸化还原焙烧+尾气(SO2)还原软锰矿矿浆—还原产物合并浸出—浸出液除杂工艺制得的高纯MnSO4与MgSO4混合溶液，进行了NH4HCO3沉Mn2+(锰镁高效分离)工艺条件研究。结果表明，在NH4HCO3与MnSO4物质的量之比为2.25，反应时间为60 min，反应温度为30 ℃，搅拌速度为120 r/min情况下，锰镁分离率可达96.96%。该锰镁分离工艺既解决了酸化还原焙烧尾气(SO2)的高效回收利用问题，又高效地实现了浸出液中锰镁离子的分离。

高镁低品位软锰矿 酸化还原焙烧 高纯硫酸锰镁溶液 锰镁分离率

试验采用酸化还原焙烧—浸出—除杂—碳酸氢铵沉锰工艺对高镁低品位软锰矿进行了开发利用研究。

1 矿石成分

试验用高镁低品位软锰矿石采自广西某地，其主要化学成分分析结果见表1，XRD分析结果见图1。

表1 矿石主要化学成分分析结果

Table 1 Chemical analysis results of main elements in the raw ore %

成 分MnOMgOSiO2Fe2O3Al2O3CaO含 量14.402.3736.5025.3211.205.05成 分K2OTiO2SO3P2O5Na2O含 量3.220.570.270.200.10

图1 矿石XRD图谱

从表1可知，矿石中SiO2、Fe2O3、MnO、Al2O3含量较高，分别为36.50%、25.32%、14.40%、11.20%，MgO、CaO、K2O含量次之，分别为2.37%、5.05%、3.22%，其他成分含量较低。

从图1可知，矿石中主要矿物为石英、赤铁矿、高岭石和二氧化锰，其他矿物含量较低。

2 试验装置、流程及方法

2.1 试验装置

矿石还原焙烧装置见图2，锰镁分离试验装置见图3。

图2 矿石还原及尾气资源化利用装置示意

图3 锰镁分离装置示意

2.2 试验流程及方法

《鲁迅小说》频率最高的前10字：“的、了、一、是、不、他、我、有、在、来”占《鲁迅小说》全部语料的18.68%；前100字占53.4045%。《北语字表》频率最高的前10字“的、一、他、我、是、了、不、在、这、人”占全部语料的17.46%；前100字占48.92%。

将50 g矿样(-0.074 mm占80%)与5 g分析纯单质硫粉末、11.86 g浓硫酸混合均匀后置于回转炉中，在400 ℃下焙烧2 h，回转炉尾气吸收瓶中均为由10 g矿样、50 mL水组成的矿浆，吸收瓶所在的水浴磁力搅拌锅内温度为80 ℃，回转炉及尾气吸收瓶中经还原的软锰矿(锰还原率均达98%以上)按液固比为6∶1水浸2 h，温度为80 ℃、搅拌速度为105 r/min，得到含多种可溶性金属离子的溶液，滤去浸渣后进行净化除杂，可得到高纯度的硫酸锰与硫酸镁混合溶液；利用反应罐控制系统的蠕动装置，将浓度为20%的NH4HCO3溶液和浓度为15%的氨水溶液分别缓慢加入装有高镁硫酸锰净化液的反应罐中，在六叶涡轮式搅拌器作用下充分反应，氨水用于稳定溶液的pH=7，NH4HCO3用于沉淀锰，从而实现锰镁高效分离。试验流程见图4，除杂流程见图5，除杂后净化液的主要成分见表2，碳酸氢铵沉锰反应式为

MnCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O.

2.3 锰镁分离率的定义

锰镁分离率w为锰回收率α与镁回收率β的乘积，即

w=α×β,

(1)

(2)

(3)

图4 试验流程

图5 净化除杂流程

成分Mn2+Mg2+SO2-4Ca2+FeNa+Si4+Al3+含量38.628.21108.260.030.060.070.090.01

式中，w为锰镁分离率，%；α为锰回收率，%；β为镁回收率，%；m为碳酸锰的质量，g；c为碳酸锰中锰的质量分数，%；ρ为净化液的密度，g/mL；V为净化液体积，mL；a为净化液中锰的浓度，%；ρ1为脱锰滤液的密度，g/mL；V1为脱锰滤液的体积，mL；d为脱锰滤液中镁的含量，%；b为净化液中镁的浓度，%。

3 试验结果及分析

3.1 NH4HCO3与MnSO4物质的量之比对锰镁分离的影响

根据NH4HCO3与MnSO4的反应式可知，NH4HCO3与MnSO4反应的理论物质的量之比为2，因此，在物质的量之比为1.5～2.5范围内进行试验。NH4HCO3与MnSO4物质的量之比试验的反应温度为30 ℃，搅拌速度为120 r/min，反应时间为60 min，试验结果见图6。

图6 NH4HCO3与MnSO4物质的量之比对锰镁分离的影响

从图6可知，随着NH4HCO3与MnSO4物质的量之比的增大，锰镁分离率和锰回收率上升，当NH4HCO3与MnSO4物质的量之比大于2.25以后，锰镁分离率和锰回收率不再上升；镁回收率则随NH4HCO3与MnSO4物质的量之比的增大而下降。综合考虑，确定NH4HCO3与MnSO4物质的量之比为2.25。

3.2 反应时间对锰镁分离的影响

反应时间对锰镁分离影响试验的NH4HCO3与MnSO4物质的量之比为2.25，反应温度为30 ℃，搅拌速度为120 r/min，试验结果见图7。

图7 反应时间对锰镁分离率的影响

从图7可知，锰镁分离率在反应的前60 min范围内，随着反应时间的延长而显著上升，超过60 min后，锰镁分离率随着反应时间的延长而小幅下降；反应的前60 min锰回收率快速上升至99%以上，然后维持在高位；镁回收率则随着反应时间的延长小幅下降。综合考虑，确定反应时间为60 min。

3.3 反应温度对锰镁分离的影响

NH4HCO3与MnSO4的反应属吸热反应，需要在一定温度下进行，否则既影响反应速度，又影响碳酸锰颗粒的长大，使碳酸锰因颗粒过细而难以过滤。反应温度对锰镁分离影响试验的NH4HCO3与MnSO4物质的量之比为2.25，反应时间为60 min，搅拌速度为120 r/min，试验结果见图8。

图8 反应温度对锰镁分离率的影响

从图8可知，随着反应温度的升高，锰镁分离率和锰回收率均先升后降，高点在30 ℃；随着反应温度的升高，镁回收率呈下降趋势。综合考虑，确定反应温度为30 ℃。

3.4 搅拌速度对锰镁分离的影响

搅拌速度对锰镁分离影响试验的NH4HCO3与MnSO4物质的量之比为2.25，反应时间为60 min，反应温度为30 ℃，试验结果见图9。

图9 搅拌速度对锰镁分离率的影响

从图9可知，随着搅拌速度的提高，锰镁分离率和锰回收率均先上升后下降，高点在搅拌速度为120 r/min时；随着搅拌速度的提高，镁回收率微幅下降。综合考虑，确定搅拌速度为120 r/min，对应的锰镁分离率为96.96%。

4 结 论

(1)广西某软锰矿主要矿物成分为二氧化锰、石英、赤铁矿和高岭石，MnO、MgO含量分别为14.40%和2.37%，属典型的高镁低品位软锰矿。

(2)试验所采用的锰镁分离工艺既高效地实现了酸化还原焙烧尾气的回收利用，又高效地实现了浸出液中锰镁离子的分离。

(3)除杂后的高纯硫酸锰与硫酸镁混合溶液在NH4HCO3与MnSO4物质的量之比为2.25，反应时间为60 min，反应温度为30 ℃，搅拌速度为120 r/min时，锰镁分离率达96.96%。

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(责任编辑 罗主平)

High Efficient Separation and Recycling of Mg and Mn for a Rich Magnesia Low-grade Pyrolusite

Zhou Yuzhao1Feng Yali2Zhu Baohua1Guo Yaning1Cai Zhenlei2

(1.CBMI Construction Co.,Ltd，Beijing 100176,China；2.School of Civil and Environmental Engineering,University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083,China)

The traditional separation process to treat the rich magnesia low-grade pyrolusite usually results in such problems as worse pollution and lower efficiency in separation of manganese and magnesia.In order to solve these problems and achieve development and utilization of high magnesium low-grade pyrolusite,and taking a rich magnesium low grade pyrolusite in Guangxi as raw material,mix solution of high pure MnSO4and MgSO4prepared by the process of acidizing reduction roasting +reduction of pyrolusite pulp by tail gas (SO2)-combined leaching of reduction products-impurity removal from leaching solution was adopted to make conditioning tests for Mn2+concentration by NH4HCO3.The results showed that with mole ratio of NH4HCO3and MnSO4as 2.25,the reaction time for 60 min,the reaction temperature at 30 ℃,and stirring speed of 120 r/min,separation rate of magnesium and manganese reached 96.96%.The Mn-Mg separation process not only achieve comprehensive utilization of tail gas (SO2) from acidizing reduction roasting,but also effectively separates from manganese and magnesia in leaching solution.

Rich magnesia low-grade pyrolusite,Acidizing reduction roasting,High pure magnesium manganese sulfate solution,Separation rate of manganese and magnesia

2014-05-11

国家自然科学基金项目(编号：21176026，21176242)，中国大洋矿产资源研究开发计划项目(编号：DY125-15-T-08)，中央高校基础研究基金项目(编号：FRT-TP-09-002B)。

周宇照(1988—)，男，硕士。

TF792

A

1001-1250(2014)-11-088-04