微波辅助高价锰还原浸出研究

摘要

生产锰系产品的湿法冶金过程要求将软锰矿中的MnO2还原为酸溶性的MnO，软锰矿的还原工艺对锰系产品的成本、能耗和操作环境具有很大的影响。因此，软锰矿的还原工艺技术一直是国内外锰矿加工产业的一项重要研究课题。锰还原工艺的关键是寻找一种廉价、高效、易得的，且对环境影响较小的还原剂。葡萄糖等一系列碳水化合物已被一些学者实验证实是非常有应用前景的还原剂。同时，基于微波独特的选择性加热，快速加热，均匀辐射等特点，微波加热技术在湿法冶金中已取得广泛的应用，其作为一种新的冶金手段，潜在优势十分明显。
　　 论文以电解二氧化锰(EMD)为研究对象，对水浴加热和微波加热两种方式下锰浸出率进行了对比，实验结果表明：相同温度下，水浴加热的锰浸出率要高于微波加热。通过对微波仪器控温机制以及浸出反应的热力学进行分析，解释了造成此现象的主要原因；其次，通过对两种加热方式下锰浸出动力学的对比，并计算浸出过程的表观活化能，结果发现：水浴加热浸出过程在低温时受化学反应控制，随温度升高，控制步骤转为混合控制，而微波加热浸出过程基本属化学反应控制。论文对C粉在溶液中还原EMD进行了探索性实验，通过对影响锰浸出率的反应温度、反应时间、硫酸浓度、C/MnO2质量比等因素的研究，得到了C还原EMD的最佳浸出条件：反应时间3 h，反应温度100℃，C/MnO2质量比为5∶1，硫酸浓度2.5 mol·L-1，锰浸出率可达到97％；在浸出过程中加入铁盐后，锰浸出率得到提高，说明铁盐对浸出反应产生了催化作用。论文采用葡萄糖作为还原剂，在微波辐射辅助下还原浸出软锰矿。通过对浸出条件的优化，得到最佳的还原浸出工艺为：葡萄糖/锰矿的质量比为0.5，硫酸浓度1mol·L-1，H2SO4/MnO2摩尔比为2∶1，反应温度80℃，微波功率为600 W、反应时间30 min，锰浸出率可达94％；通过对不同温度下锰浸出率与时间关系的研究发现，该浸出过程是一个由化学反应控制和扩散控制混合控制的过程。反应温度较低时，反应速率较小，整个过程受化学反应步骤控制，随着温度的升高，化学反应速度迅速增加，以致超过扩散速度，因而过程转为受扩散步骤控制。通过对表观活化能的计算也证实了上述结论。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1锰矿物资源

1.1.1锰矿物概述

1.1.2锰矿分布与储量

1.1.3我国锰矿资源的特点

1.2软锰矿还原浸出工艺的研究现状

1.2.1软锰矿预还原浸出法

1.2.2软锰矿直接浸出法

1.3 微波冶金

1.3.1微波简介

1.3.1微波加热原理与特点

1.3.2微波加热在湿法浸出中的应用

1.3.3微波应用存在的问题

1.4课题的提出和课题研究内容

1.4.1课题的提出

1.4.2课题研究内容

2实验试剂、仪器及分析方法

2.1实验试剂

2.2实验仪器

2.3实验方法

2.3.1锰的测定方法

2.3.2铁的测定方法

2.3.3磷的测定方法

2.3.4镍的测定方法

3葡萄糖还原EMD实验

3.1微波加热与水浴加热对锰浸出率的影响

3.1.1实验材料

3.1.2实验过程

3.1.3微波加热与水浴加热浸出率的对比

3.2 EMD还原浸出的动力学

3.2.1浸出的基本历程及其一般方程

3.2.2化学反应控制动力学方程

3.2.3内扩散控制动力学方程

3.2.4混合控制

3.2.5浸出过程控制步骤的判别

3.2.6微波加热与水浴加热下动力学的对比

3.3本章小结

4 EMD微波水热碳还原实验探索

4.1浸出反应的热力学

4.2 EMD水热碳还原浸出条件的优化

4.2.1反应时间对锰浸出率的影响

4.2.2 C／EMD质量比对锰浸出率的影响

4.2.3温度对锰浸出率的影响

4.2.4硫酸浓度对锰浸出率的影响

4.2.5铁催化剂对锰浸出的影响

4.3本章小结

5软锰矿浸出实验研究

5.1矿石的性质

5.2试验方法及流程

5.3实验结果及分析

5.3.1反应温度对锰浸出率的影响

5.3.2反应时间对锰浸出率的影响

5.3.3葡萄糖量对锰浸出率的影响

5.3.4硫酸浓度对锰浸出率的影响

5.3.5 H2SO4／MnO2摩尔比对浸出率的影响

5.3.6微波功率对浸出率的影响

5.4软锰矿还原浸出的动力学实验验证

5.5本章小结

6结论与建议

6.1结论

6.2建议

致 谢

参考文献

附 录