几种锰矿的冶炼及提纯技术分析

铁锰是生产优质钢材的重要原料，发展中国家对钢铁需求的增加导致了锰矿石消费的增加。每年95%的锰矿被钢铁工业消耗，其他5%被其他工业所使用，包括油漆、化学品、化肥和电池工业使用[1]。锰矿的使用主要以合金形式(Mn-Fe，Mn-Si等)、纯金属、氧化物(MnO，γ-MnO2等)和其他各种锰化合物(MnSO4、MnCl2、KMnO4等)，除此之外，锰在其他行业中也有一些独特的应用，例如净水器、人工光还原催化剂、化学循环燃烧过程中的氧载体以及食品杀菌等领域[2-3]。目前，具有高价值的锰化合物如γ-MnO2等有多种制备方法，例如共沉淀法、水热法、超声法、溶胶-凝胶法、机械合金化法、反胶束法、多元醇强迫水解法，甚至用蛋清作水介质的方法[4-9]。

本文简介了不同类型的锰矿石的重选、磁选、浮选和湿法冶金方法，评述了相关萃取分离技术，包括物理选矿、化学选矿等工艺和技术，总结了锰矿石的相关产品和矿石加工技术领域观察到的未来趋势，为合适的锰矿石资源的冶炼及提纯提供了指导。

1 硅质矿石的选矿

硅质矿石是主要以SiO2为主的脉石矿物。SiO2与Mn的结合主要有两种形式，一种锰矿石含有以锰化合物形式存在的化学结合态SiO2，如褐锰矿这种硅不能通过物理选矿去除，需要研磨和复杂的选矿过程。另一种类型的矿石含有石英和其他含硅脉石矿物，可通过重力分离或磁选与重力分离的组合方法进行选矿。

1.1 重力分离法

重力分离法是改造低品位锰矿最早也是最简单的方法。该方法适用于去除低密度硅和含泥矿物。许多文献报道了利用重选技术对低品位锰矿进行改造的各种研究[10-12]。早期有研究者对印度产硅质锰矿和铁质锰矿的选矿进行了详细的研究，发现石英、云母、黄铁矿和黏土矿物可通过重力分离的方法轻易地除去[13]。Pienaar和Smith对来自南非锰白云石进行了重力分离研究，发现方解石和锰白云石 (Ca (Mn,Mg) (CO3)2)矿物可通过重介质分离工艺轻松分离[14]。Malayoglu研究了土耳其低品位锰矿的重力选矿，报道了利用簸选和重力选法可从这些矿石中回收47%的Mn和20%的SiO2的精矿[15]。这一方法在世界各地都有商业应用。印度锰矿有限公司(MOIL)在中央邦巴拉哈特建立了一个锰矿加工厂，加工500万t的低品位锰矿。在这些矿床中发现的主要矿物有锰矿、低密度脉石英和其他硅酸盐矸石。该方法工艺流程中空气脉动跳汰机是分离低密度硅质脉石矿物的重要设备。由于铁合金冶炼炉更倾向于对块状原料矿的冶炼，所以大多数重选厂都采用粗跳汰选矿工艺，将25～75 mm的矿石以块状出售，6～25 mm的颗粒进行选矿。-6 mm细粒可根据解体程度和后续团聚过程的成本经济性，采用精密跳汰机、螺旋、重介质旋流器、分离器等设备进行加工。因此，重力选矿是一种完善的低品位硅锰矿选矿方法，考虑到最终用户的要求，粗粒度选矿是首选。

1.2 磁力分离法

在硅质锰矿物中还发现了杂质磁铁矿和赤铁矿，这些矿物可以用高强度和低强度磁选机进行分离。在硅质矿石中，磁选主要是作为一种预浓缩步骤来去除高磁性的含铁矿物[16]。Mishra等人尝试了一种跨带磁选机来提升硅质锰矿石[17]。据报道，在795.7kA/m的磁场强度下，采用69%锰回收率的干带式磁选机可将26%的锰提高到>45%的锰；此外研究者们还研究了印度Bonai-Keonjhar带低品位硅质锰矿的矿石岩石学，并试图将矿物组构对其选矿的影响联系起来。结果表明，海绵粒状矿石具有良好的更新换代能力。锰含量22%的饲料矿石可提高到44%，回收率49%。对海绵颗粒样品选矿的良好响应可能是由于锰矿物的大的正多面体晶体和糖晶石英的脆性。Grieco等人从土耳其的Eskisehir地区的丰富的褐锰矿进行磁选研究，可以通过处理显著的富集出1～10 mm大小的粒子，使用低强度磁选机分离高磁性磁铁矿，使用954.8kA/m的磁通强度可以去除顺磁性针铁矿[18]。首选的有效磁选尺寸是<5 mm，但是该方法存在的超细粉末(-50 μm)不利于选矿效率的提升。磁选是选矿含硅锰矿的一种不常用的方法，但对含铁杂质较高的矿石资源还具有强有力的应用。

1.3 湿法冶金的处理法

湿法冶金法应用不广泛，主要是由于硅酸盐矿物的特殊晶体结构，除非晶体结构改变，否则它们很难酸腐蚀。甘家乔等人研究了在不同浓度的硫酸中使用还原剂从高铁氧化锰矿石中对锰和铁进行浸出，探究了酸浓度、还原剂的用量大小、液固体积质量比、温度和浸出时间对锰、铁浸出率的影响,并借助不同的物相和结构表征手段对锰矿石浸出前后的变化进行研究，结果表明，高铁氧化锰矿石的主要物相为MnO2、FeO(OH)、SiO2及MnFe2O4等；锰和铁的浸出呈显著线性正相关；对于10 g锰矿石在还原剂为1.5 g、液固体积质量比5∶1、硫酸浓度7.36 mol/L、温度为90.0 ℃、反应时间180 min的条件下,锰和铁浸出率分别达93.3%和87.0%，浸出效果较好[19]。美国矿务局对锰硅酸盐岩的湿法冶金处理进行了调查，发现盐酸可以从矿石中滤出>95%的锰，但需要添加CaF2作为添加原料以提升该过程的动力学路径。从许多研究中可看出，锰硅酸盐矿的湿法冶金处理的经济性仍然不是很有吸引力，主要是由于浸出过程的复杂性，以及由于在国际市场上已有较便宜的矿石供应，湿法处理缺乏经济和环境友好等方面的竞争力。

文章来源：《湿法冶金》 网址: http://www.sfyjzz.cn/qikandaodu/2021/0420/453.html