广西大新某低品位高硅菱锰矿酸浸工艺优化研究

梅靖琨，邓永光，叶恒朋，陈梦棋，杨 勇，杜冬云，李 佳，刘 惠

（1. 中南民族大学 资源与环境学院，湖北 武汉 430074；2.中信大锰矿业有限责任公司，广西 南宁 530022）

广西大新某低品位高硅菱锰矿酸浸工艺优化研究

梅靖琨1，邓永光2，叶恒朋1，陈梦棋1，杨 勇2，杜冬云1，李 佳1，刘 惠2

（1. 中南民族大学 资源与环境学院，湖北 武汉 430074；2.中信大锰矿业有限责任公司，广西 南宁 530022）

针对广西大新某低品位高硅菱锰矿，在分析其矿物组分的基础上，探讨了酸矿比、浸取温度、浸取时间、锰矿粒径等参数对锰浸出率的影响。研究结果表明:酸浸温度、反应时间、酸矿比对锰浸出率的影响较大，锰粉粒度对浸出率的影响不大；适宜的酸浸温度为55 ～ 60 ℃，反应时间为4 h，酸矿比（理论耗酸倍数）为110％，锰浸出率可达91％ ～ 93％。

高硅菱锰矿；锰；酸浸

0 前 言

我国锰矿资源中富锰矿仅占6.4％，贫锰矿占全国总储存量93.6％［1］。经过几十年的开采，全国锰矿平均采矿品位已由30％降至14％［2］。目前全国电解锰行业95％的原料是低品位高硅菱锰矿（主要成分为MnCO3），二价锰的浸出率为85％ ～ 90％，全锰综合利用率仅为70％左右，造成了锰矿资源的浪费［3］。研究结果表明，影响锰矿酸浸效率的主要影响因素有：酸矿比、浸取温度、浸取时间、锰矿粒径、搅拌强度等［4-5］。

广西大新某电解锰厂现场生产运行情况表明，该厂某酸浸车间碳酸矿浸出效果不好，车间认为，主要为碳酸矿粒度较粗浸出不好造成渣锰高，矿粉粒径可能对酸浸率影响较大。另一方面，在电解锰厂酸浸生产过程中，部分经验丰富的员工往往根据积累的经验进行操作，如：根据化合槽内液面泡沫的多少判断碳酸锰的浸出情况，根据硫化液的澄清程度判断硫化时间是否充足，通过观察静置液颜色判断搅拌是否均匀等，经验操作方式虽然带来一定的方便，但浸出效果不稳定。因此，有必要系统的研究高效浸出低品位高硅菱锰矿的影响因素，为生产提供依据。

本研究针对广西大新某低品位高硅菱锰矿，在分析其矿物组分的基础上，探讨了酸矿比、浸取温度、浸取时间、锰矿粒径等参数对锰浸出率的影响，获取了浸出最佳工艺技术参数。

1 实验材料与方法

1.1 大新锰矿不同品位矿样成分分析

矿样组分分析结果见表1。

表1 矿样组分分析结果％

1.2 矿粉浸出主要反应方程式

1.3 理论酸矿比的计算过程

矿粉中除SiO2外其他大部分杂质均能与硫酸反应，考虑到某些杂质如Co、Ni、Zn、Cu等含量很少，他们消耗的硫酸可忽略不计；在菱锰矿中，Fe、Al、Si结合形成较难浸出的晶体，Fe、Al的耗酸量也忽略不计；在计算过程中只取Mn2+、CaO、MgO进行计算，计算方法如下：

总的耗酸量为：X1 + X2 + X3 = X，所以理论上的酸矿比为：

精矿：X1 + X2 + X3 = 0.374 5 + 0.062 2 + 0.129 2 = 0.565 9

中矿：X1 + X2 + X3 = 0.286 0 + 0.058 1 + 0.155 8 = 0.499 9

低矿：X1 + X2 + X3 = 0.244 5 + 0.136 3 + 0.112 2 = 0.493 0

1.4 酸浸过程投矿量和投酸量的计算

用电解锰阳极液制液，取阳极液1 L，按浸出终点滤液Mn 39 g/L计算矿粉投入量，再根据不同浸出酸矿比计算补加的酸量。

投矿量=（目标Mn浓度-阳极液Mn浓度）÷矿Mn2+品位÷Mn2+浸出率

投酸量=投矿量×酸矿比-阳极液H2SO4量

阳极液成分：Mn 14.93 g/L，H2SO437.46 g/L。

Mn2+浸出率按95％计。

1.5 锰浸出率的计算

锰浸出率=｛1-｛干渣量×干渣锰品位-（渣湿重-渣干重）×浸出液锰浓度｝÷（投矿量×矿粉锰品位）｝×100％

1.6 试验方法

在电解锰生产中，为了实现生产的稳定性和连续性，必须保证总锰、水等参数的平衡。本研究参照实际生产的工艺技术指标选择试验条件，将装有碳酸锰矿、阳极液和一定浓度硫酸的三口烧瓶置于带搅拌和变频无级调速的恒温水浴槽中，三口烧瓶的一口装有防止水分蒸发的冷凝管，达到反应时间则停止反应，过滤，测定滤液中锰的质量浓度、残酸质量浓度，以及滤液体积，残渣烘干后测定总锰和硫酸锰的质量分数，计算锰浸出率［6］。实验装置［7］见图1。

图1 浸出反应装置

1.7 测定方法

锰矿中的总锰、碳酸锰和二氧化锰含量分别采用硫酸亚铁铵滴定法、高氯酸浸取法和碘量法测定［6］。

2 结果与讨论

2.1 酸矿比的影响

酸矿比是碳酸锰矿浸出最重要的一个技术指标，若酸矿比过低，锰难以完全浸出，浸出率较低，若酸矿比过高，一方面，会增加杂质组分的溶出，另一方面，反应的余酸较高，会增加氨水中和的费用，也会影响到后续电解过程离子组分的平衡，为此，课题组针对大新矿区不同品位的菱锰矿均做了酸矿比影响试验，实验条件：反应时间4 h，温度60 ℃，粒径0.15 ～ 0.074 mm（100 ～ 200目），搅拌转速150 r/min，酸矿比对浸出率的影响见图2，不同酸矿比浸出各矿样后的余酸和Fe2+见表2。

图2 酸矿比对浸出率的影响

表2 不同酸矿比浸出各矿样后的余酸和Fe2+

由图2和表2数据可知：锰的浸出率在一定范围内随着酸矿比的升高而升高。对比各数据可知，按酸矿比为95％加酸时，余酸为1 ～ 3 g/L，酸量明显不够反应所用量，导致Mn2+的浸出率偏低，浸出率只有89％ ～ 91％；浸出渣中Mn含量偏高。随着硫酸用量加大，锰的浸出率升高。当酸矿比升到110％时，浸出液中余酸为5 ～ 8 g/L，此时锰的浸出率达到了91％ ～ 93％。当酸矿比升到120％时，Fe2+含量显著升高，达3 ～ 4 g/L，会增加后续除杂的成本和难度，因此，适宜的酸矿比为110％。

2.2 酸浸温度的影响

实验条件：低品位矿，酸矿比0.54（110％），反应时间4 h，粒径0.15 ～ 0.074 mm（100 ～ 200目），搅拌转速150 r/min，不同温度对低品位矿的浸出率及余酸的影响见图3。

图3 温度对浸出率的影响

由图3可知：温度对锰的浸出率影响较大，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；温度大于60 ℃后，锰浸出率的升高并不明显；另一方面，随着温度的升高，体系内的余酸量呈递减的趋势，分析其原因是温度升高，促进了矿样中杂质组分的溶出，增加了酸耗。因此，较适宜的酸浸温度可控制在55 ～ 60 ℃。

2.3 反应时间的影响

实验条件：低品位矿，酸矿比0.54（110％），温度60℃，粒径0.15 ～ 0.074 mm（100 ～ 200目），搅拌转速150 r/min，不同反应时间对低品位矿的浸出率的影响见图4。

图4 反应时间对浸出率的影响

由图4可知：随着反应时间的增加，锰的浸出率逐渐增加，在反应的前30 ～ 60 min，锰的浸出速率较高，在反应的180 ～ 240 min，浸出率增加较少，趋于平稳，在反应的240 min后，浸出率基本不变，表明锰的浸出达到平衡状态，因此，适宜的浸出时间可控制在4 h。

2.4 粒径的影响

从锰粉厂取来低品位碳酸锰矿，对矿样按粒度0.15 mm（100目）、0.074 mm（200目）两个级别分别进行了粒度分析、化学成分分析，分析结果见表3～4。

表3 低品位碳酸锰粉粒度分析结果

表4 碳酸锰化学分析 ％

从不同粒级化学成分分析结果，0.15 ～ 0.074 mm之间锰品位最高，0.074 mm以下锰品位最低，而钙镁则是粒度越细品位越高。

按酸矿比在0.49左右，实验浸出温度保持60 ℃，按生产反应时间4 h进行浸出试验。浸出终点矿浆用真空泵抽滤固液分离，抽干后再用500 mL或1 000 mL清水淋在滤渣上继续抽滤洗渣。抽完后滤液量体积后摇匀取样去测锰和酸，滤渣称重后去烘干，干渣称重后制样去测锰相，得到锰浸出率。实验条件：低品位矿，酸矿比0.54（110％），反应时间4 h，温度60℃，搅拌转速：150 r/min，不同粒径下锰的浸出率见图5。

图5 粒径对浸出率的影响

从图5可以看出：大于0.15 mm的矿粉比小于0.15 mm的矿粉浸出率高；在小于0.15 mm的矿粉中，0.15 ～ 0.074 mm目部分比小于0.074 mm部分浸出率高。说明粒度粗的碳酸锰反而比粒度细的碳酸锰浸出率高，影响浸出的不全是粒度问题。

现场生产运行情况表明，某酸浸车间碳酸矿浸出效果不好，车间认为，主要为碳酸矿粒度较粗浸出不好造成渣锰高。结合实验室小试，并经与生产单位沟通，分析实验设备情况，我们认为影响浸出问题主要是生产上的化合搅拌问题：实验室搅拌机转速高，搅拌完全；生产单位搅拌机转速较实验室慢很多，矿粉粒度粗搅不起来，没能充分参与反应，造成浸出率较低渣锰较高。

解决措施：增加辅助搅拌设备让粒度粗矿粉能翻起来参与反应浸出；或是把粒度粗部分再磨细让搅拌设备能搅得起来让其参与反应浸出。

3 结 论

1） 酸浸温度、反应时间、酸矿比对锰浸出率的影响较大。

2） 适宜的酸浸温度为55 ～ 60℃，反应时间为4 h，酸矿比（理论耗酸倍数）为110％，锰浸出率可达91％ ～ 93％。

3） 锰粉粒度对浸出率的影响不大，生产过程中，渣锰高、锰浸出率低，可能是反应釜体积大，搅拌机搅拌、混合不够均匀所致，建议增加辅助搅拌设备让粒度粗矿粉能翻起来参与反应浸出；或是把粒度粗部分再磨细让搅拌设备能搅得起来让其参与反应浸出。

［1］ 李伟， 柳和平， 何利民， 等. 某国外进口菱锰矿的浸出试验研究［J］. 中国锰业， 2014， 32（4）： 15-17.

［2］ 李国栋， 方建军， 蒋太国， 等. 碳酸锰矿浸出工艺研究进展［J］. 中国锰业， 2015， 33（2）： 6-8， 16.

［3］ 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.湿法冶金， 2013， 32（1）： 24-26.

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Study on Acid Leaching of a Low-grade M anganese Carbonate Ore w ith High Silicon from Daxin， Guangxi

MEI Jingkun1，DENG Yongguang2，YE Hengpeng1，CHEN Mengqi1YANG Yong2，DU Dongyun1，LI Jia1，LIU Hui2
（1. Shool of Resource ＆amp; Environment， South-Central University for Nationalities，Wuhan，Hubei 430074，China； 2. CITIC Dameng Industries Limited，Nanning，Guangxi 530022，China）

In this study， a low-grade manganese carbonate ore w ith high silicon from Daxin， Guangxi， was acid leached to explore the leaching conditions which contained sulfuric acid to solid ratio， reaction temperature， reaction time and diameter of the ore. The results showed that the sulfuric acid to solid ratio， reaction temperature and reaction time have high inf uence on leaching eff cient. And the diameter of the ore （100～200 mesh） has little infuence. The optimum acid leaching characters are as follows: the sulfuric acid to liquid ratio， reaction temperature and reaction time was 110％， 55 to 60 ℃ and 4 h， respectively. While the leaching eff cient could be about 91％～93％.

Manganese carbonate ore w ith high silicon；Manganese；acid leaching

TF111.31

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.03.021

2016-05-30

国家科技支撑计划（2015BAB01B01，2015BAB01B03）

梅靖琨（1991-），男，硕士研究生，研究方向：资源高效利用；通讯作者：叶恒朋（1977-），男，副教授，研究方向：资源高效利用，电话：027-67841369，手机：15927065808，E-mail：yehengpeng@126.com.