湖南省某低品位二氧化锰矿的焙烧还原试验研究

田宗平，曹　健，周永兴，邓圣为，陈　铮，李超群

(湖南省地质测试研究院，湖南 长沙　410007)

湖南省某低品位二氧化锰矿的焙烧还原试验研究

田宗平，曹健，周永兴，邓圣为，陈铮，李超群

(湖南省地质测试研究院，湖南 长沙410007)

摘要：低品位二氧化锰矿的实验室焙烧还原多采用箱式电炉法、小型转炉法、微波炉法等，由于还原气氛的制约，还原率多在90%以下。借助最新研制的焙烧还原实验炉装置，通过对某低品位二氧化锰矿的焙烧还原试验研究，拟定了该二氧化锰矿的最佳焙烧条件，取得了还原率97.5%以上的效果。

关键词：低品位；二氧化锰矿；焙烧还原

湖南省某锰矿在20世纪60～80年代初期进行勘查，并提交了约750万t锰资源量的第四纪堆积氧化锰矿区，由于矿石中主要成分锰的含量低，矿石利用技术落后等原因，该矿至今仍处于零星洗选、土法焙烧的初级开发阶段。同时，随着我国电解金属锰、电解二氧化锰、硫酸锰等锰业的快速发展，我国又从国外大量进口锰矿[1]。为落实湖南省人民政府关于《湖南省矿产资源总体规划(2008-2015年)》的要求，确实提高我省锰矿资源的自给能力，在湖南省国土资源厅、湖南省地质矿产勘查开发局科研专项基金的资助下，在文献[2-4]的基础上，借助湖南省地质测试研究院最新研制的焙烧还原实验炉装置，开展了湖南省某低品位二氧化锰矿的焙烧还原试验研究，取得了较好的研究成果，可供同行借鉴。

1试验的样品

1.1　样品的采取

研究针对湖南省某低品位二氧化锰矿，由于该矿属第四纪堆积氧化锰矿，矿石具有含泥量大，主成分锰含量低等特点。为提高研究效益和研究的实用性，解决土法焙烧的环境隐患和利用率低的问题，本次研究采集的样品是在矿区中某小规模洗选厂的洗选矿中采取。

1.2　样品的制备与粒度

样品运达实验室后，经风干，并采用二段破碎和过筛，使试验样品全部加工破碎至-5 mm，再经混匀、缩分，制备成试验样品和分析测试样品。样品加工流程见图1。同时，采用同样的流程将无烟煤全部加工破碎至-1 mm，混匀，备用。为查清试验样品的破碎性能和经破碎后矿粉的粒度分布，为试验研究服务，本试验采用下表的粒级筛进行过筛测定，其结果见表1。

1.3　样品的矿物特征

使用荷兰PNAlytical公司生产的X’Pert PRO型X射线衍射仪，采用XRD的全谱拟合定量(Rietveld)相分析方法对试验样品进行测定，结果见图2。

从图2的测定结果可知，矿石中各矿物所占比例为：石英35.71%，针铁矿36.97%，氢氧化锰16.64%，软锰矿6.60%，白云母4.09%。

1.4　样品化学成分

使用日本理学集团公司生产的ZSXPrimus Ⅱ型X射线荧光光谱仪对原矿样品进行测定，其结果见表2。

1.5　样品锰物相与二氧化锰氧化系数

按照尹明等[5]的分析方法测定样品中的ω(TMn)，按照李力[6]提出的分析方法测定样品中的ω(MnO2)，再计算ω(MnO2)与ω(Mn)的比值，即得样品中二氧化锰氧化系数(η0)。样品测定结果见表3。

2焙烧还原试验

2.1　试验设备

试验使用的主要设备为本院最新研制的焙烧还原实验炉，其炉体结构见图3。

1 进料盆；2 进料口；3 通道式还原室(管)；4 硅碳棒；5 热电偶；6 电炉炉体；7 冷却水出口；8 冷却水箱；9 通道式冷却室(管)；10 钢支架；11 冷却水进口；12 接料皿；13 卸料手柄；14 卸料口；15 储(取)料盒

图3焙烧还原实验炉结构

2.2　试验方法

称取一定量矿粉和煤粉，采用堆锥法混匀，分装于试料盆中，然后缓慢分别装入实验炉的各通道中，开启电源缓慢加热，并按照设定时间卸料和补充进料，确保实验炉的各通道中物料满、实；当炉温达到设定温度后，开始记录出料次数，并根据试验测试的试验通道总管长的出料次数确定各试验条件下的弃样次数和有足够可信度的取样时间，再经多次取样获得足够的满足试验条件的焙烧砂样品。

为节省试验时间和提高试验效益，多种条件试验采用轮班制连续进行，当试验条件变换时，必须根据测试的试验通道总管长的出料次数确定各试验条件下的弃样次数和有足够可信度的取样时间，再经多次取样获得足够的满足试验条件的焙烧砂样品。

焙烧砂样品冷却至室温后，经细磨制备成分析样品，并及时测定焙烧砂中的ω1(TMn)、ω1(MnO2)，最后计算焙烧砂中二氧化锰焙烧还原率η1。

3结果与讨论

3.1　焙烧温度与还原煤用量试验

按照试验方法和使用实验设备在固定卸料时间20 min时，在不同温度和不同还原煤用量条件下，对湖南省某低品位二氧化锰矿进行焙烧温度与还原煤用量试验，试验结果见图4~5。

从图4的试验结果可知，对任一组别的焙烧温度，都随着还原煤用量比例的不断增加，二氧化锰的焙烧还原率不断升高，当还原煤用量达到12%以上后，还原率变化平缓。因此，该二氧化锰还原焙烧煤的最佳用量在12%以上。同时，由于750℃的焙烧温度过低，不同还原煤用量对还原率的变化不大；相反，由于900℃的焙烧温度过高，不同还原煤用量对还原率的变化也不大，故试验宜采用850℃的焙烧温度。

从图5的试验结果可知，对任一组别的还原煤用量，都随着焙烧温度的升高二氧化锰的焙烧还原率不断升高，当焙烧温度达到850℃以上后，还原率的变化趋向平缓。因此，该二氧化锰还原焙烧的最佳温度为850℃以上。同时，由于9%的还原煤用量偏低，还原率亦偏低；而15%、18%还原煤用量偏高，对还原率的影响不大，故试验宜采用12%还原煤用量。

3.2　焙烧时间与还原煤用量试验

按照试验方法和使用实验设备在不同温度和不同还原煤用量条件下，固定焙烧温度850℃时，对湖南省某低品位二氧化锰矿进行焙烧时间与还原煤用量试验，试验结果见图6~7。

从图6的试验结果可知，在焙烧温度固定在850℃时，对于任意一组的还原煤用量，都随着焙烧时间的增加，二氧化锰的焙烧还原率不断升高，当焙烧时间达到20 min以上后，还原率均达到了较高数据。因此，该二氧化锰还原焙烧最佳时间应控制在20 min以上。同时，6%、9%的还原煤用量偏低，还原率亦偏低；而对于15%还原煤用量，亦有超标之迹象，故试验宜采用12%还原煤用量。

从图7的试验结果可知，当固定焙烧温度850℃时，对于任意一组的焙烧时间，都随着还原煤用量的增加，二氧化锰的焙烧还原率不断升高，当还原煤用量12%以上后，还原率变化平缓。因此，该二氧化锰还原煤用量最佳为12%以上。同时，由于

5，10，15 min的焙烧时间偏低，导致还原率偏低，故试验宜采用20 min的卸料时间。

4结论

1) 在该锰矿采取的经洗选后的样品中ω(TMn)=22.59%、ω(MnO2)=34.10%，故该锰矿属于典型的低品位二氧化锰矿。

2) 该低品位二氧化锰矿原矿的氧化系数较高，达到了η0=1.509 7(理论值的η=1.582 5)。

3) 试验条件下，该低品位二氧化锰矿的最佳还原焙烧条件为：焙烧温度850℃、焙烧卸料间隔时间20 min、还原煤用量12%(按照矿粉重量计)。

4) 试验条件下，该低品位二氧化锰矿的焙烧还原率可达97.5%以上，达到了高效还原的效果。

参考文献：

[1]梅光贵，张文山，曾湘波，等. 中国锰业技术[M]. 湖南：中南大学出版社，2011：26-30.

[2]田宗平，游先军，彭顺连，等. 二氧化锰还原焙烧炉的研究与运用[J]. 中国锰业，2009，27(2)：24-26.

[3]田宗平，李建文，曹健. 新型二氧化锰还原炉的设计与应用[J]. 无机盐工业，2012，44(3)：47-49.

[4]田宗平，曾少乾，曹健，等. 某低品位碳酸锰矿选矿与利用途径研究[J]. 湖南有色金属，2013，29(3)：6-10.

[5]尹明，李家熙. 岩石矿物分析(第4版-第2分册)[M]. 北京：地质出版社，2011：805-807.

[6]李力. 锰矿中二氧化锰的快速测定[J]. 中国锰业，2013，31(3)：30-31.

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Experiment in Roasting Reduction of MnO2with Low Grade in Hunan

TIAN Zongping, CAO Jian, ZHOU Yongxing, DENG Shengwei, CHEN Zheng, LI Chaoqun

(HunanProvinceGeologicalTestingResearchInstitute,Changsha,Hunan410007,China)

Abstract:The low levels of manganese dioxide in reduction roasting laboratory will use more box-type furnace method, a small converter method, microwave method, due to the constraints of a reducing atmosphere, the reduction rate of more than 90% or less. This study was developed with the latest experimental reduction roasting furnace unit, by firing a low content of manganese dioxide reduction test study. It developed the optimum firing conditions of manganese dioxide with the reduction rate of more than 97.5% of the results.

Key words:Low grade; MnO2-ore; Roasting reduction

中图分类号：TF111.13

文献标识码：A

doi：10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2015.01.005

作者简介：田宗平(1963-)，男，湖南临澧人，副总工程师，教授级高级工程师，研究方向：湿法冶金、化工工艺、分析测试和环境保护研究工作，手机：18874817858，E-mail：hnxx-tianzongping@163.com.

基金项目：湖南省国土资源厅、湖南省地质矿产勘查开发局科研专项基金资助项目(2013-08)

收稿日期：2014-11-10