碳酸锰矿化学选矿及机理研究

摘要

锰是钢铁工业发展的重要原料。碳酸锰型矿石作为我国锰矿资源的大类，其储量十分巨大，但品质大多偏低。现行的碳酸锰矿处理方法大多采用酸浸。该工艺方法简单，对矿石质量要求较低、灵活性大、经济适用。因此，对碳酸锰矿的浸出研究对提高锰矿石的有效利用具有重要意义。
　　 在查阅大量文献及结合实际经验的基础上，采用“酸浸—除杂”的联合工艺处理Mn品位为18.04％的某地碳酸锰矿，并分别对浸出和除铁方面进行了探索试验研究。通过确定其影响因素和探索各个因素的最佳条件，最终得到锰浸出率88.50％和除铁率99.44％的指标。研究得出的主要结论如下:
　　 (1)对原矿的工艺矿物学研究表明，原矿主要成分为主要的矿物是菱锰矿、石英、淡斜绿泥石、方解石等。原矿Mn品位为18.04％，锰主要赋存在碳酸锰矿物中，部分锰矿被其他矿物包裹覆盖，难以单体解离，为提锰除铁研究带来一定困难。
　　 (2)浸出初步研究表明，最佳浸出方法为硫酸直接浸出。影响碳酸锰硫酸浸出的主要因素及其影响大小为:酸用量＞液固比＞浸出时间＞浸出温度＞搅拌强度。研究发现在高浓度硫酸浸出过程中，锰浸出率会急剧降低。推测其原因是原矿中的方解石与硫酸生成的大量硫酸钙结晶会对颗粒状锰矿产生包裹的作用，阻碍了锰矿与硫酸的进一步反应。研究得出碳酸锰浸出的最佳条件为:矿样粒度-0.074mm65％，硫酸用量0.94mol/L;液固比10∶1;浸出时间180min;浸出温度25℃;搅拌强度800r/min，此时锰浸出率达到93％以上。对硫酸浸出碳酸锰的理论研究表明，浸出过程为固膜控制，用收缩核模型可较好地描述，反应过程的控制速率由碳酸锰矿固相膜层的向内和向外扩散速率所决定。
　　 (3)浸出液除铁药剂试验表明，最经济的氧化剂为软锰矿，最佳除铁条件为:每20g碳酸锰原矿需要氧化剂用量为0.4g;氧化剂的加入时间点为浸出结束前30min;矿浆终点pH值为3.5，此时锰浸出率为88.50％，除铁率为99.44％。在试验中，Na2O2作为氧化剂的除铁效率要优于软锰矿，且除铁时对锰浸出率的影响较小，而Na3PO4在沉降Fe3+时效果显著，可对其进行进一步的探索试验。对除铁过程的理论分析表明当矿浆pH达到2时，矿浆开始出现氢氧化铁沉淀;达到3.5以后铁离子几乎完全沉淀。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 锰的性质与应用

1．1．1 锰的发现

1．1．2 锰的物理和化学性质简介

1．1．3 锰的应用

1．1．4 锰的供需状况

1．2 锰矿资源简介

1．2．1 陆地锰矿资源

1．2．2 海洋锰矿资源

1．2．3 我国锰矿资源概述

1．3 锰矿化学选矿简介

1．3．1 锰矿选矿方法

1．3．2 氧化锰矿浸出方法

1．3．3 碳酸锰矿浸出方法

1．4 溶液中除铁研究现状

1．5 论文主要内容和意义

1．5．1 研究目的和意义

1．5．2 研究主要内容

1．5．3 技术路线

第2章 试验原料、试剂及研究方法

2．1 试验原料的分析与制备

2．1．1 原矿性质分析

2．2 试验药剂

2．3 实验设备

2．4 研究方法

2．4．1 试验流程

2．4．2 浸出单因素试验及正交试验安排

2．4．3 浸出和除铁的评估计算

2．4．4 具体操作步骤

2．5 分析方法

2．5．1 XRD分析

2．5．2 场发射扫描电镜EDS分析

2．5．3 浸出渣中锰含量的分析

2．5．4 浸出渣中铁含量的分析

第3章 浸出试验研究

3．1 嵌布粒度分析

3．2 磨矿细度条件试验

3．3 浸出单因素试验

3．3．1 硫酸用量

3．3．2 熟化浸出与直接浸出

3．3．3 液固比

3．3．4 浸出时间

3．3．5 浸出温度

3．3．6 搅拌强度

3．4 浸出正交试验与计算

3．4．1 浸出正交试验

3．4．2 正交试验结果极差分析

3．4．3 正交试验结果方差分析

3．5 浸出理论研究

3．5．1 浸出热力学分析

3．5．2 浸出动力学分析

3．6 本章小结

第4章 除铁试验研究

4．1 除铁药剂的选择与单因素试验

4．1．1 MnO2作为氧化剂

4．1．2 Na2O2作为氧化剂

4．1．3 Na3PO4作除铁药剂

4．2 除铁理论研究

4．2．1 除铁热力学分析

4．2．2 除铁动力学分析

4．3 本章小结

第5章 结论与建议

5．1 结论

5．2 建议

参考文献

致谢

附录