加纳某碳酸锰矿石两段浸出试验研究

周晓艳，汝振广，王雪婷，刘闺华，潘涔轩

（中国环境科学研究院 清洁生产中心，北京 100012）

目前，我国绝大部分电解锰企业均以碳酸锰矿石为主要原料，但我国锰矿资源贫乏，矿石品位低，一般为13%～18%。随着国内碳酸锰矿资源的日渐枯竭，从国外进口高品位碳酸锰矿石已越来越多［1］。从加纳进口的碳酸锰矿石锰品位为28%左右，杂质含量低，非常适合生产电解锰［2］。从该矿石中浸出锰，虽然总浸出率可以达到93．99%，但对设备要求高，能耗较大，较难实现大规模生产［2］；而采用传统的一段酸浸工艺，锰浸出率较低，浸出渣中其他重金属元素的存在对环境亦有一定威胁［3－4］。

目前，两段浸出工艺在锌生产中已得到应用，但在电解锰生产中的应用和研究还比较少。从锰渣中回收锰主要是回收水溶性锰（即MnSO4）［5－9］，而其他大量可浸出锰，如碳酸锰，未得到有效回收。现有研究［10－11］表明，采用两段浸出工艺回收锰渣中的锰是可行的。试验研究了采用两段浸出工艺从加纳某碳酸锰矿石中浸出锰，以期为从同类矿石中高效回收锰提供参考依据。

1 试验部分

1．1 材料及设备

试验所用加纳碳酸锰矿石粉（100目）取自湖南花垣县东方锰业有限公司，其主要物相组成见表1。矿石主要成分为碳酸锰，其次是三氧化二锰，还有少量二氧化锰和硅酸锰。

表1 加纳某碳酸锰矿石中各种形态锰的质量分数

试验所用试剂有浓硫酸、浓硝酸、浓磷酸、浓盐酸、高氯酸、六水合硫酸亚铁铵、重铬酸钾、氢氧化钠、甲基红和氮－苯代邻氨基苯甲酸等，均为国产、分析纯。

试验设备有2L玻璃反应釜（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－Ⅱ型电子调温万用炉（天津市斯泰特仪器有限公司）。

1．2 试验方法与工艺流程

一段酸浸：按一定液固体积质量比和矿酸质量比，将锰矿石粉、超纯水和浓硫酸加入到2L玻璃反应釜内，控制温度为41℃，浸出2h后冷却、过滤，测定滤液中锰质量浓度、残酸质量浓度及溶液体积，残渣烘干并测定总锰和硫酸锰质量分数，计算锰浸出率。

二段酸浸：按固液质量体积比1∶6，将烘干的一段酸浸渣和模拟锰电解阳极液（用硫酸和蒸馏水配置）加入到2L玻璃反应釜内，控制温度一定并恒温浸出2h后冷却、过滤，测定滤液中锰质量浓度、残酸质量浓度及滤液体积，残渣酸浸渣烘干并测定总锰和硫酸锰质量分数，计算酸浸渣锰浸出率及矿石锰浸出率。

1．3 分析方法

渣中总锰采用GB／T1506—2002方法测定。

渣中水溶锰的测定：称取烘干至恒重的酸浸渣3．0g，置于250mL烧杯中，加入50mL蒸馏水，搅拌至硫酸锰充分溶解，过滤后用少量蒸馏水洗涤滤渣，收集滤液并定容至100mL，测定水样中锰质量浓度，计算酸浸渣硫酸锰质量分数。

2 试验结果与讨论

2．1 一段酸浸

一段酸浸条件：温度41℃，搅拌速度60 r／min，浸出时间2h，用浓硫酸浸出。浸出渣组成及锰浸出率见表2。

表2 一段酸浸渣中各种形态锰的质量分数及浸出率

与矿石中各种形态锰质量分数相比［2］，大部分碳酸锰和少部分三氧化二锰、氧化锰被浸出，但锰浸出率较低，仅有80．77%，酸浸渣中锰质量分数仍高达12．13%（以 Mn计），而且其中未浸出锰占酸浸渣质量10．62%，占酸浸渣中总锰质量87．72%。未浸出锰主要为碳酸锰，占酸浸渣6．59%，占总锰53．58%；其次是三氧化二锰，占酸浸渣2．98%，占总锰24．57%。

2．2 二段酸浸

2．2．1 温度对锰浸出率的影响

在电解锰生产中，电解阳极液的温度为40℃左右，因此试验选择温度范围为40～80℃。温度对锰矿石及锰矿石酸浸渣中锰浸出率的影响试验结果如图1所示。

图1 温度对锰浸出率的影响

从图1看出：温度对酸浸渣的锰浸出率影响较大，锰浸出率随温度升高而升高，这是由于较高的温度能改善锰离子在固液两相中的传质效果，同时也促进碳酸锰与H＋的反应速率；低速搅拌（＜150r／min）条件下，温度的影响更为显著，而高速搅拌条件下，温度升至60℃以后，酸浸渣的锰浸出率变化趋于平稳，变化不大；温度对矿石总锰浸出率影响较大，在一定搅拌速度下，温度升高，锰浸出率增大。

2．2．2 搅拌速度对锰浸出率的影响

搅拌速度对酸浸渣锰浸出率和矿石锰浸出率的影响试验结果如图2所示。可以看出：提高搅拌速度可以有效提高酸浸渣的锰浸出率，但提高幅度随温度升高而降低；低温（40～50℃）条件下，搅拌速度由70r／min升至180r／min，锰浸出率提升显著，而高温条件下，搅拌速度超过150 r／min以后，锰浸出率变化不大；搅拌速度对矿石总锰浸出率也有明显影响，在温度40℃条件下，搅拌速度从70r／min提高到180r／min，锰总浸出率从90．89%提高到93．78%，而在80℃条件下，锰总浸出率仅从97．4%提高到98．53%，变化不大。

图2 搅拌速度对锰浸出率的影响

2．2．3 浸出时间对锰浸出率的影响

搅拌速度150r／min，不同温度下浸出2h；在温度60℃下，以不同搅拌速度浸出2h。浸出时间对酸浸渣中锰浸出率的影响试验结果如图3所示。可以看出：随反应时间延长，溶液中锰离子浓度逐渐升高，表明锰浸出率逐渐增大；浸出前20 min，溶液中锰离子质量浓度提高很快；20min后，锰离子质量浓度增长缓慢。在搅拌速度150 r／min、低温（图3（a），40℃和50℃）条件下浸出100min后，锰离子质量浓度的变化趋于平稳，反应接近平衡；而高温（图3（a），50℃以上）条件下浸出80min后，锰离子质量浓度变化不大，表明反应达到平衡。在60℃条件下，低搅拌速度（图3（b），＜150r／min）下浸出100min后，锰离子质量浓度变化不大，反应接近平衡；高搅拌速度（图3（b），150、180r／min）下浸出80min，浸出反应达到平衡。因此，对于锰矿石一段酸浸渣，用锰电解阳极液二段浸出时，在浸出温度60℃、搅拌速度150r／min条件下浸出80min，浸出效果最好。

图3 不同温度（a）和搅拌速度（b）条件下浸出时间对酸浸渣锰浸出率的影响

3 结论

加纳某锰矿石经一段酸浸，锰浸出率仅为80．77%，可以用锰电解阳极液进一步浸出。试验结果表明，在温度60℃、搅拌速度150r／min、浸出时间80min、液固体积质量比6∶1条件下，对一段酸浸渣用锰电解液进行二段浸出，锰总浸出率可达96．59%。考虑到传统一段酸浸渣的量较大，二段浸出所需浸出剂的量也较大，而通过提高温度及搅拌速度加快锰的浸出能耗较高，不利于在电解锰企业推广，因而实际生产中的第二段浸出可在40℃、搅拌速度70r／min条件下浸出2 h，此条件下，锰总浸出率为90．89%。

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［2］周晓艳，潘涔轩，张玉秀，等．从加纳某碳酸锰矿石中浸出锰的试验研究［J］．湿法冶金，2013，32（1）：24－26．

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