从锰矿制取锰铝中间合金的工艺研究

摘要

锰资源是战略性稀缺资源，我国是亚洲最大的锰矿与锰产品生产基地。西部地区是世界著名的“锰都”。但是我国锰资源的开发和利用，特别是单位产品能耗和环境指标与国际先进水平有较大的差距，高附加值产品和新材料尚不能满足国民经济发展要求。为满足这些需求，开展高附加值锰系合金制备及节能新工艺，对我国锰资源产业发展具有重要意义。
　　 论文先用分析纯的三氧化二锰和四氧化三锰(由二氧化锰分别在600℃和900％加热制取)为原料，金属铝粉为还原剂，氧化钙和氟化钙为添加剂，采用自蔓延高温合成法制取锰铝中间合金。通过正交试验，研究了铝粉加入量、铝粉粒度、添加剂加入量和氟化钙加入量对锰含量和收得率的影响，确定了最佳的制备工艺；然后采用焙烧浸取工艺对软锰矿进行除杂，通过单因素试验研究了酸浓度、浸取时间、浸取温度、矿浆比对锰浸取率的影响，得到了最佳的工艺条件；第三，对浸取液加入氨水，制取四氧化三锰，并通过自蔓延高温合成法制取锰铝中间合金：第四，对制取得到的锰铝中间合金进行了应用研究，熔炼制成AZ91合金，与国家相关标准进行综合比较，评价中间合金的应用性能。论文获得了以下主要结果：
　　 ①通过对Mn2O3-Mn3O4-Al反应体系进行的热力学计算，包括反应体系绝热温度和吉布斯自由能的计算，该反应体系的绝热温度为3160K，确定了该反应体系进行自蔓延反应的可能性。
　　 ②通过单因素试验确定了Mn2O3和Mn3O4的配比为3:2，氟化钙加入量为添加剂的60％时，锰含量(82.75％)和收得率(76.04％)均为最好；通过正交试验得到的自蔓延合成法制取锰铝中间合金的最佳的工艺条件为：铝粉粒度109-150μm，铝粉过量30％，添加剂为铝粉加入量30％，氟化钙为添加剂加入量的60％。
　　 ⑧通过对锰矿进行的化学浸取试验，得到最佳的浸取条件为：酸浓度0.8mol/L，矿浆比1:25，浸取温度在60～70％时，浸取时间1.5h。
　　 ④在浸取得到的硫酸锰溶液中加入氨水，生成沉淀，对得到的沉淀进行过滤、烘干，得到了纯净的四氧化三锰，并以此为原料制取得到了含锰量79.22％的锰铝中间合金。
　　 ⑤利用自制锰铝中间合金的熔炼制取AZ91合金，其成分达到了国家的标准，显微组织没有明显的异常，力学性能略低于国家的标准，未能达到标准的要求。可能是熔炼没有气氛保护导致杂质过多，若采用气氛保护熔炼，拉伸试样平行部分直径较大时，效果可能会更好。
　　 本文采用自蔓延铝热还原法制备锰铝中间合金的技术工艺简单、成本低廉；设备投资小，工艺流程短；反应本身放出的热量能够维持反应的进行，不需要外加热源，具有良好的社会效益和经济价值。