湿法提取富锰渣中锰的研究

赵 峰，蒋训雄，汪胜东，李 达，冯林永，张登高

（矿冶科技集团有限公司，北京 100160）

锰矿作为一种非常重要的战略矿产资源，尤其是富锰矿和优质锰矿资源，已经被中国列入紧缺的矿种。资源分布地以广西和湖南为主，其锰矿资源量占全国的一半以上。中国锰矿资源量较大，但劣质低品位锰矿较多，绝大部分锰矿中Fe、P 含量高，且含有Pb、Zn 等金属[1-4]。近年来，随着新材料和新能源技术的快速发展，锰盐类需求大增，锰湿法冶炼工艺也成为研究的焦点。富锰渣通常产生于火法工艺，含锰量较高，富锰渣的成分和性质会因工艺不同而有所差别。钢铁行业消耗的锰占其产量的比例超过90%，富锰渣主要作为冶炼锰合金的原料[5-6]。富锰渣湿法冶金研究不但可以增加富锰渣的附加值，而且能够为难选贫锰矿的利用提供有效途径。

1 试验原料

试验用富锰渣为大洋多金属结核还原-磁选后获得的富锰中间产品，主要化学成分如表1 所示。原料的X 射线衍射（XRD）分析结果如图1 所示。分析结果显示，磁选尾矿含有硫锰矿、锰橄榄石、萤石、锰尖晶石、霞石和针铁矿，与工业富锰渣类似。

图1 富锰渣X 射线衍射分析

表1 主要化学成分

2 硫酸浸出机理

根据富锰渣成分和物相组成，硫酸浸出过程的主要化学反应有两类。一是独立相的金属氧化物与酸的反应，具体反应如式（1）所示，其中Me 是指Mn、Mg、Ca 等金属。二是硅酸盐与酸的反应，具体反应如式（2）所示，其中Me 是指Mn、Fe 等金属。

锰的主要化学反应如式（3）、式（4）所示。经热力学计算，前者的标准自由能变ΔGθ=-120 793.604+62.805T，后者的标准自由能变ΔGθ=-96 273.453+63.776T。其中，标准自由能变的单位为J/mol，T表示温度，单位为℃。反应研究的温度为20～100 ℃时，ΔGθ＜0，说明反应在热力学上是可行的。

3 试验结果与分析

3.1 酸矿比对锰浸出的影响

在浸出温度90 ℃、液固比10 mL/g、浸出时间120 min 的条件下，调节酸矿比，使其分别为0.6 g/g、0.7 g/g、0.8 g/g、0.9 g/g、1.0 g/g，考察酸矿比对锰浸出的影响，结果如图2 所示。由试验结果可知，随着酸矿比增大，磁选尾矿中锰的浸出率增加，酸矿比达到0.9 g/g 后，锰的浸出率维持在95%左右，不再增加。经综合考虑，选取酸矿比0.9 g/g 较适宜。

图2 酸矿比对锰浸出的影响

3.2 浸出温度对锰浸出的影响

在酸矿比0.9 g/g、液固比10 mL/g、浸出时间120 min 的条件下，调节浸出温度，使其分别为25 ℃、50 ℃、70 ℃、90 ℃，考察浸出温度对锰浸出的影响，结果如图3 所示。由试验结果可知，在室温至90 ℃的温度条件下，锰的浸出率都大于90%，但是温度较低的情况下硅浸出增加导致白色胶状物产生，浸出矿浆固液分离困难。经综合考虑，选取浸出温度90 ℃较适宜。

图3 浸出温度对锰浸出的影响

3.3 浸出时间对锰浸出的影响

在浸出温度90 ℃、酸矿比0.9 g/g、液固比10 mL/g的条件下，调节浸出时间，使其分别为30 min、60 min、90 min、120 min、150 min，考察浸出时间对锰浸出的影响，结果如图4 所示。由试验结果可知，随着浸出时间由30 min 延长至90 min，磁选尾矿中锰的浸出率增加，90 min 后，锰的浸出率维持在95%左右，不再增加。经综合考虑，选取浸出时间90 min较适宜。

图4 浸出时间对锰浸出的影响

3.4 液固比对锰浸出的影响

在浸出温度90 ℃、酸矿比0.9 g/g、浸出时间90 min 的条件下，调节液固比，使其分别为6 mL/g、8 mL/g、10 mL/g、12 mL/g，考察液固比对锰浸出的影响，结果如图5 所示。由试验结果可知，适当增大液固比可以提高锰的浸出率，液固比小，矿浆浓度大，黏度大，不利于后续液固分离。经综合考虑，选取液固比10 mL/g 较适宜。

图5 液固比对锰浸出的影响

3.5 浸出渣物相分析

对锰浸出渣开展XRD 分析，结果如图6 所示。由图6 可知，浸出渣主要物相为硫酸钙和硅酸镁，浸出过程破坏了原富锰渣的物相结构，锰矿物相消失。

图6 浸出渣X 射线衍射分析

4 结论

大洋多金属结核还原-磁选后获得富锰渣，本文通过试验明确其最佳硫酸浸出条件。试验结果表明，最佳条件下，酸矿比为0.9 g/g，浸出温度为90 ℃，浸出时间为90 min，液固比为10 mL/g。优化条件下，锰的浸出率大于95%，富锰渣中的锰能够很好地实现湿法提取分离。