锰矿中氯离子的去除工艺研究

张 帆，王 芳，解 雪，刘贵清

（江苏北矿金属循环利用科技有限公司，江苏 徐州 221002）

锰是一种重要的工业原料，广泛应用于国民生产的各个领域，而锰矿是电解法生产金属锰的主要原材料[1]。近年来，我国新疆、甘肃等西北地区锰矿和锰行业快速发展。该地域的锰矿含有0.5%～1.5%的氯，在硫酸浸出过程中，氯离子进入溶液中。在电解过程中，电解液中的氯离子趋向阳极，它的标准氧化电位E0为1.36 V，低于氧的析出电位（1.22 V+超电势），因而它在阳极比氧更易放电，得到电子后生成氯气。氯气能腐蚀金属极板，存在严重的烧板现象；同时氯气属于高危害的有毒气体，生成的氯气扩散到车间后，对工人健康及生产环境危害很大；氯气具有氧化性，会使电解出来的锰又被氧化成锰离子而复溶，使产品损失严重[2]。因此，含氯锰矿需进行脱氯处理，以减少对后续工艺造成的危害。

目前，工业上常用的溶液中氯离子脱除方法有沉淀法、离子交换法、萃取法以及氧化还原法等，关于锰矿直接除氯的报道较少[3]。

1 试验部分

1.1 试验原料

试验原料为国内某企业寄来的高氯锰矿，含水率较低，仅为0.51%，真比重为3.290 g/cm3。取矿样100 g 进行湿式筛分，其粒径分布结果如表1所示。

由粒度分布结果可知，矿样中38 μm（400 目）以下粒级所占比例最大，为67.6%，150 μm（100 目）以上粒级所占比例较小，仅有1%。

表1 矿样粒度分布

对矿中主要元素进行定量分析，结果如表2所示。其中，氯的含量为0.23%。矿样，于坩埚中尽量摊薄，在马弗炉中焙烧，到达预定温度后，保温一定时间，随后将坩埚从马弗炉中取出，于室温自然冷却，如图1、图2所示。称量矿样焙烧后的质量，取样分析焙烧后样品中氯含量，计算除氯率。

表2 主要元素定量分析结果

图1 马弗炉

图2 坩埚与物料

1.2 试验研究方法与设备

水洗试验：取一定量矿样置于烧杯中，加入一定体积的自来水，进行搅拌洗涤，洗涤结束后过滤，滤渣用一定体积自来水洗涤，滤液和滤渣（烘干后）分析氯含量，计算除氯率。

焙烧试验：试验在马弗炉中进行，称取一定量的

2 结果与讨论

2.1 水洗温度的影响

水洗试验主要考察了在室温、40℃、80℃、90℃下的脱氯效果。其他条件不变，即矿样30 g，时间20 min，液固比5:1（搅拌洗涤洗水90 mL，过滤洗涤洗水60 mL）。试验结果如表3所示。

表3 不同温度下洗涤试验结果

由试验结果可以看出，经常温水洗后，除氯率可达72.88%，提高水洗温度后，除氯率有所提高，但水洗温度达80℃后，再提高温度，除氯效果提高不明显。经90℃热水洗涤后，除氯率达到86.31%，表明渣中大部分氯以可溶性状态存在。

试验期间分析了MXD-3 滤液中钠和钾的含量，结果如表4所示。

表4 试验结果

洗涤后，钠浸出率较高，表明矿中部分氯与钠结合，形成了可溶性钠盐，水洗过程中钠盐进入溶液中。钾浸出率很低，表明氯未与钾形成可溶性钾盐。

2.2 焙烧时间的影响

下面主要考察了焙烧温度为600℃、650℃、680℃、700℃下，焙烧时间为2 h、2.5 h、3 h、4 h下的除氯效果。

2.2.1 600℃焙烧

试验结果如表5 和图3所示。

表5 600℃下不同焙烧时间的除氯结果

图3 时间对除氯效果的影响（一）

由试验结果可以看出，在600℃焙烧条件下，随着时间的延长，除氯率逐渐升高，经4 h 焙烧后，除氯率可达42.68%。

2.2.2 650℃焙烧

试验结果如表6 和图4所示。

表6 650℃下不同焙烧时间的除氯结果

图4 时间对除氯效果的影响（二）

由试验结果可以看出，在650℃焙烧条件下，随着时间的延长，除氯率逐渐升高，3h 后除氯率不再变化，除氯率可达47.97%。

2.2.3 680℃焙烧

试验结果如表7 和图5所示。

表7 680℃下不同焙烧时间的除氯结果

图5 时间对除氯效果的影响（三）

由试验结果可以看出，在680℃焙烧条件下，随着时间的延长，除氯率逐渐升高，经4 h 焙烧后，除氯率可达57.91%。

2.2.4 700℃焙烧

试验结果如表8 和图6所示。

表8 700℃下不同焙烧时间的除氯结果

图6 时间对除氯效果的影响（四）

由试验结果可以看出，在700℃焙烧条件下，随着时间的延长，除氯率逐渐升高，经4 h 焙烧后，除氯率可达65.11%。

2.3 焙烧温度的影响

下面主要考察在一定的焙烧时间下，不同焙烧温度对除氯效果的影响。试验结果如表9 和图7所示。

表9 不同焙烧温度下的除氯结果

图7 焙烧温度对除氯效果的影响

由试验结果可以看出，随着焙烧温度的升高，焙砂的渣率略有下降，650℃之后稳定在80%左右。

一定的焙烧时间下，随着焙烧温度的升高，除氯率逐渐升高，表明提高焙烧温度可以提高除氯 效果。

3 结论

经水洗试验、焙烧试验，笔者主要得出以下结论：水洗可除去锰矿中大部分氯，表明渣中大部分氯以可溶性状态存在，而提高温度可以提高除氯效果，经液固比为5:1、90℃洗涤后，除氯率可达86.31%；采用焙烧挥发法除氯，提高温度和延长时间可以提高除氯率，经700℃、4 h 焙烧后，除氯率可达65.11%。