鄒廷信，聶 程，毛擁軍，張 茂

(長沙礦冶研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012)

隨著電解錳行業(yè)的發(fā)展尤其是化學電源行業(yè)的迅猛發(fā)展，市場對錳產(chǎn)品的需求量急劇增長。當前，錳礦資源的貧乏正制約著我國錳系產(chǎn)品的生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展，電解錳用碳酸錳礦的品位已經(jīng)由含錳18%～20%降低到3%～15%。而國內(nèi)氧化錳礦由于品位低、雜質(zhì)含量高、處理成本高等而較少開采利用[1-2]。海外有儲量豐富、品位較高的優(yōu)質(zhì)氧化錳礦石，當前國內(nèi)進口氧化錳礦石主要用于鋼鐵工業(yè)，很少部分利用多管式豎爐焙燒還原用于電解錳行業(yè)，多管式豎爐焙燒還原存在單臺設(shè)備產(chǎn)能小、焙燒成本高的缺點，而回轉(zhuǎn)窯焙燒有單臺設(shè)備產(chǎn)能大、便于自動化控制等優(yōu)點。前人對國內(nèi)中低品位錳礦焙燒還原做了大量的研究[3-6]，對進口氧化錳礦焙燒還原也有研究[7]。對一種進口氧化錳礦進行馬弗爐靜態(tài)焙燒還原和小型回轉(zhuǎn)窯動態(tài)焙燒還原與浸出試驗研究，分別取得錳浸出率97.13%和96.59%的試驗結(jié)果，為回轉(zhuǎn)窯焙燒還原氧化錳礦提供了依據(jù)，為電解錳行業(yè)和化學電源行業(yè)高效利用進口氧化錳礦提供了思路。

1 試驗原料與設(shè)備

1.1 試驗樣品制備

試驗礦樣是由貴州某公司提供的進口氧化錳礦，礦樣粒度為6 mm左右，顏色為黑色，取10 kg礦樣破碎至全部通過3 mm標準篩并混合均勻后備用。煤為云南某地煙煤，取5 kg破碎至全部通過2 mm標準篩并混合均勻備用。小型回轉(zhuǎn)窯焙燒試驗，錳礦樣粒度6 mm以下，煙煤樣粒度3 mm以下。

1.2 試驗礦樣分析

錳礦樣品主要成分分析結(jié)果見表1，對礦樣中的錳進行物相分析，結(jié)果見表2。

表1 氧化錳礦樣多元素分析 %

表2 氧化錳礦樣錳物相分析 %

從表1、表2可以得出以下結(jié)果。

1)錳礦石的化學成分較為簡單，其主要有價金屬為錳，品位高達45.57%，含有一定量的鐵，其含量為7.45%。

2)錳礦石中除鐵以外，主要耗酸雜質(zhì)為Al2O3和K2O，兩者含量之和為2.77%，還含有7.57%的SiO2。

3)錳主要以氧化錳礦的形式存在，其分布率高達98.88%，氧化錳礦中錳主要以軟錳礦的形式存在，其分布率達88.08%。

1.3 試驗設(shè)備

試驗使用的主要設(shè)備見表3。

表3 主要試驗設(shè)備

2 試驗方法

2.1 馬弗爐焙燒還原試驗方法

稱取一定量的原礦，與煤按預定比例混合均勻，放入不銹鋼盒內(nèi)，將不銹鋼盒置入已升至預定溫度的馬弗爐中，待焙燒預定時間后，將焙燒礦取出直接水冷，水冷后的焙燒礦樣直接濕磨預定時間，磨好的礦漿在液固比9∶1、硫酸濃度為120 g/L、攪拌速度450 r/min的條件下浸出60 min，浸出液過濾洗滌，將濾液定容至2.5 L，取樣送分析，濾渣烘干稱重并送分析，以錳的浸出率考察還原效果。

2.2 小型回轉(zhuǎn)窯焙燒還原試驗方法

試驗在WH200C型回轉(zhuǎn)窯中進行，按選定焙燒條件試驗，試驗給礦量15 kg/h，物料在高溫區(qū)停留時間(焙燒時間)60 min，連續(xù)還原焙燒6 h為1個條件試驗?？紤]窯內(nèi)氣分穩(wěn)定性，取焙燒4 h樣混勻、縮分取樣，焙燒礦樣直接濕磨預定時間后，按預定條件浸出，浸出液過濾洗滌后，將濾液定容至2.5 L，分析溶液及浸出渣中的錳含量，以錳的浸出率考察還原效果。

2.3 浸出率計算方法

1)馬弗爐焙燒試驗浸出率計算方法

(1)

式(1)中，η為浸出率，%；N為浸出液濃度，g/L；V為浸出液體積，L；R0為原礦錳含量，%；m0為原礦試樣重量，g。

2)回轉(zhuǎn)窯焙燒試驗浸出率計算方法

在充分考慮回轉(zhuǎn)窯焙燒礦樣含水率的變化以及原礦重量推算有誤差的情況下，回轉(zhuǎn)窯試驗浸出率計算方法為：

(2)

式(2)中，η1為浸出率，%；N為浸出液濃度，g/L；V為浸出液體積，L；R為浸出渣錳含量，%；m為浸出渣重量，g。

3 試驗結(jié)果與討論

3.1 馬弗爐試驗結(jié)果與分析

1)焙燒溫度試驗

溫度是焙燒過程影響還原效果最主要的因素，選取800，850，900，950 ℃進行溫度條件試驗。稱取200 g原礦樣，焙燒時間60 min，配煤量15%，不同溫度下得到焙燒礦，焙燒礦直接濕磨預定時間后，按預定條件進行酸浸出，以錳的浸出率考察還原效果，試驗結(jié)果見表4、圖1所示。

表4 不同還原焙燒溫度下錳/鐵浸出結(jié)果

圖1 不同焙燒溫度下錳/鐵浸出率

由表4、圖1可知：當還原溫度分別為850，900，950 ℃時，錳浸出率均在95%以上，隨著焙燒溫度的升高，鐵的浸出率增大明顯，而錳的浸出率900 ℃后趨于平緩。由此可以得到：在還原溫度為850，900 ℃時，浸出效果較好，當溫度為900 ℃時，渣錳品位只有5.82%，因此選定900 ℃為最佳反應(yīng)溫度并進行后續(xù)試驗。

2)焙燒時間試驗

在焙燒溫度900 ℃，還原劑配比15%的條件下，選擇焙燒時間20，30，60，80 min得到焙燒礦，焙燒礦直接濕磨預定時間后，按預定條件進行酸浸出，以錳的浸出率考察還原效果，試驗結(jié)果見表5、圖2所示。

圖2 不同焙燒時間下錳、鐵浸出率

表5 不同還原焙燒時間下錳/鐵浸出試驗結(jié)果

從表5、圖2可知：在時間超過30 min時，錳的浸出率就已經(jīng)超過95%，隨著時間的增加，錳的浸出率變化很小，但是渣量在反應(yīng)時間60 min時最小，只有33.03 g。隨著焙燒時間的增加，鐵的浸出率不斷增大，因此最佳反應(yīng)時間為30～60 min，選定焙燒時間60 min進行后續(xù)試驗。

3)還原劑煤用量試驗

在焙燒溫度900 ℃，時間60 min，選擇還原劑配比6%、8%、10%、12%、15%、20%得到焙燒礦，焙燒礦直接濕磨預定時間后，按預定條件進行酸浸出，以錳的浸出率考察還原效果，試驗結(jié)果見表6、圖3所示。

表6 不同還原劑用量下錳/鐵浸出試驗結(jié)果

圖3 不同焙燒配煤量下錳/鐵浸出率

由表6、圖3可知：在配煤量為6%、8%時，渣量很大，錳的浸出率很低，當配煤量大于10%時，錳的浸出率超過95%，隨著配煤量的繼續(xù)增大，錳浸出率的變化很小，鐵的浸出率隨著配煤量的增大而不斷增大，考慮到焙燒成本，認為最佳配煤量是12%。

3.2 回轉(zhuǎn)窯焙燒試驗結(jié)果和分析

在馬弗爐焙燒試驗的基礎(chǔ)上進行小型回轉(zhuǎn)窯連續(xù)焙燒還原擴大試驗，試驗在WH200C型回轉(zhuǎn)窯中進行，選定焙燒溫度850 ℃、配煤量10%和焙燒溫度900 ℃、配煤量15%做2個條件試驗，試驗給礦量15 kg/h，物料在高溫區(qū)停留時間(焙燒時間)60 min，連續(xù)還原焙燒6 h為1個條件試驗?？紤]窯內(nèi)氣分穩(wěn)定性，取焙燒后4 h樣混勻、縮分取樣，焙燒礦樣直接濕磨預定時間后，磨好的礦漿在液固比9∶1、硫酸濃度為120 g/L、攪拌速度450 r/min的條件下浸出60 min，過濾洗滌后，將濾液定容至2.5 L，分析溶液及浸出渣中的錳含量，以錳的浸出率考察還原效果，試驗結(jié)果見表7所示。

表7 回轉(zhuǎn)窯連續(xù)還原焙燒試驗結(jié)果

由表7可知：焙燒溫度為900 ℃、配煤量15%還原焙燒，錳浸出率達到96.59%，與馬弗爐還原焙燒結(jié)果相近，由此說明小型回轉(zhuǎn)窯焙燒還原氧化錳礦可行。

對焙燒溫度900 ℃、配煤量15%還原焙燒礦樣進行了錳物相和鐵物相分析，分析結(jié)果見表8～9。

表8 焙燒礦錳物相分析 %

從表8可知：焙燒礦的成分主要為MnO，其分布率占總錳含量的70.34%，MnO2含量極少，其分布率只占總錳含量的1.52%，Mn2O3及Mn3O4占總錳含量的27.85%。說明焙燒還原較徹底。

表9 焙燒礦鐵物相分析 %

由表9可知：焙燒礦中的鐵主要以磁鐵礦及赤褐鐵礦的形式存在，金屬鐵含量極少。

4 結(jié) 論

1)試驗礦石的主要有價金屬是錳，品位為45.57%，含有一定量的鐵，為7.45%。錳主要以氧化錳礦的形式存在，其分布率高達98.88%，氧化錳礦中錳主要以軟錳礦的形式存在，其分布率達88.08%。

2)馬弗爐焙燒試驗表明：在溫度850，900，950 ℃下，還原時間30～60 min，配煤量大于10%條件下，錳的浸出率均在95%以上。在還原溫度900 ℃，還原時間60 min，配煤量12%時，錳的浸出率達97.13%，渣錳品位為6.54%。鐵的浸出隨著溫度升高，時間增長，配煤量加大而不斷增大。

3)小型回轉(zhuǎn)窯連續(xù)焙燒試驗表明：在焙燒溫度900 ℃，配煤量15%，給礦量15 kg/h，焙燒時間60 min，錳的浸出率為96.59%。焙燒礦中的錳主要為MnO，其分布率占總錳含量的70.34%，Mn2O3及Mn3O4占總錳含量的27.85%，焙燒礦中的鐵主要以磁鐵礦及赤褐鐵礦的形式存在，金屬鐵含量極少。