铁屑还原浸出低品位软锰矿工艺研究.pdf

第3 2 卷第1 期 2 0 1 1 年0 2 月 矿冶工程 ⅣⅡ删GA N DM E T A L L U R G I C A LE N G I N E E R I N G V 0 1 ．3 2 №l F e b m a r y2 0 1 2 铁屑还原浸出低品位软锰矿工艺研究① 施雯，颜文斌，熊邵锋 吉首大学化学化工学院，湖南吉首4 1 6 0 0 0 摘要对低品位软锰矿还原浸出工艺进行了研究，以铁屑作为还原剂，在硫酸存在的条件下还原浸出软锰矿。通过单因素实验 确定软锰矿铁屑还原浸出的最佳工艺条件为铁屑与软锰矿质量比 简称铁矿比 为0 ．2 5 l ，酸矿质量比为l 1 ，液固比为5 l ，反应 时间为lh ，初始反应温度为l O ℃。在最佳浸出工艺条件下，软锰矿中锰的浸出率达到9 8 ％以上。 关键词浸出；锰矿；软锰矿；还原；铁屑 中图分类号T F l l l文献标识码A文章编号0 2 5 3 - 6 0 9 9 2 0 1 2 0 1 - 0 0 8 4 0 3 T e c h n i c a lS t u d yo nL e a c h i n gL o w - g r a d eP y r o l u s i t e U s i n gS c r a pI r o na sR e d u c t a n t S H IW e n ，Y A NW e n - b i n ，X I O N GS h a o - f e n g C o l l e g eo fC h e m i s t r ya n dC h e m i c a lE n g i n e e r i n g ，J i s h o uU n i v e r s i t y ，J i s h o u4 1 6 0 0 0 ，H u n a n ，C h i n a A b s t r a c t S t u d i e so nr e d u c t i o nl e a c h i n gt e c h n o l o g yo fl o w g r a d ep y r o l u s i t ew e r ec a r r i e do u t ．S c r a pi r o nw a su s e da s r e d u c t a n tt ol e a c hl o w g r a d ep y r o l u s i t ei ns u l p h u r i ca c i d ．T h eo p t i m u mt e c h n i c a lc o n d i t i o n so fl e a c h i n gp y r o l u s i t eb y s i n g l e ．f a c t o rt e s tw e r ec o n f i r m e da sf o l l o w s t h em a s sr a t i oo fs c r a pi r o nt op y r o l u s i t ew a s0 ．2 5 1 。t h em a s sr a t i oo fs u l - p h u r i ca c i dt op y r o l u s i t ew a s1 1 ，t h el i q u i d s o l i dr a t i oW a s5 1 ，r e a c t i o nt i m eW a s1 ha n di n i t i a lr e a c t i o nt e m p e r a t u r e W a s1 0o C ．T h el e a c h i n gr a t eo fm a n g a n e s ei np y r o l u s i t er e a c h e da b o v e9 8 ％u n d e rt h eo p t i m u ml e a c h i n gc o n d i t i o n s ． K e yw o r d s l e a c h i n g ；m a n g a n e s eo r e ；p y r o h s i t e ；r e d u c t i o n ；s c r a pi r o n 到目前为止，国内外软锰矿还原工艺技术可分为 焙烧法还原与湿法还原两大类。 软锰矿还原焙烧一般是在7 0 0 ～10 0 0 ℃下，用二 氧化锰与还原剂产生反应，将四价锰还原成二价锰，还 原剂可选择C 、C O 、H 、C H 。等。焙烧装置主要采用反 射炉、焙烧窖等，也有采用微波焙烧的报道。2J 。由于 不同软锰矿的化学成分差异，其还原反应的特性亦有 很大的差异，从而每一种软锰矿的还原焙烧的工艺参 数都需通过实验后才能确定。还原反应后所生成的 M n O 可用酸溶解，再经过各种净化过程，得到纯净的 含锰溶液，用于制取各种最终锰产品。目前处理高品 位锰矿最通行的生产工艺就是还原焙烧法，其缺点主 要有设备投资较大、耗能高、焙烧过程产生的烟气对 环境有污染。 软锰矿的湿法还原是国内外最近几年的研究热 点。与传统的还原焙烧工艺相比，湿法还原工艺具有 对环境污染小、耗能低等优点。软锰矿的湿法还原工 艺主要有两矿一步法“ o 、二氧化硫浸出法J 、硫酸亚 铁浸出法‘53 和农林副产物直接浸出法‘6 。1 等。 针对国内储量丰富的低品位软锰矿，本文以廉价 的工业废铁屑为还原剂，采用湿法还原浸出。通过单 因素实验来探索铁屑还原浸出软锰矿的最佳工艺条 件，为低品位软锰矿的利用提供一定的实验依据。 1 实验原料及实验原理 1 ．1 实验原料 软锰矿取自湘西某企业，其主要化学组成如表1 所示。实验铁屑为机械加工厂废弃铁屑，含铁量为 9 3 ．6 0 ％。硫酸为分析纯。 表1 软锰矿中主要元素成分 质量分数 ／％ ①收稿日期2 0 1 l 旬8 - 2 3 基金项目湖南省科技计划项目 2 0 1 0 F J I O I l 一3 作者简介施雯 1 9 8 5 一 ，男，湖南常德人，硕士研究生，主要研究方向为矿产资源加T 与应用。 通讯作者颜文斌 1 9 6 5 一 ，男，湖南邵东人，教授，主要从事矿产加工与功能材料研究工作。 万方数据 第1 期 施雯等铁屑还原浸出低品位软锰矿工艺研究 1 ．2 反应原理 F e ．H 0 体系的电极电势图如图l 所示‘8 1 。由图1 可知在酸性条件下，F e 2 和H 都具有还原M n O 的能 力，且H 具有更强的还原性。随着p H 值的增大，F e 2 的还原性不变，H 的还原性增大。发生的主要反应有 p E I 值 图1F o - 1 4 O 体系的电极电势图 F e 2 H F e 2 H 2 2 F e 2 M n O ， 4 H 2 F e 3 M n 2 2 H ，0 M n 0 2 2 H H 2 M n “ 2 H 2 0 F e 2 F e 3 一3 F e 2 其总反应为 2 F e 3 M n 0 2 6 H 2 S 0 4 一 3 M n S 0 4 F e 2 S 0 4 3 6 H 2 0 经过计算，铁屑与软锰矿质量比 简称铁矿比 为 0 ．1 2 7 1 ，理论酸矿质量比为0 ．6 2 1 l 。 2 实验结果及分析 2 ．1 铁矿比与锰浸出率的关系 在室温 1 0 ℃ 条件下，酸矿质量比为1 ．5 1 ，液 固比为5 1 ，反应时间为2h 时，M n 浸出率与铁矿质量 比之间的关系如图2 所示。 图2 铁矿比与锰浸出率的关系 由图2 可知，在铁矿质量比较小时，锰浸出率随着 铁屑用量的增加迅速上升，当铁矿质量比达到0 ．2 5 l 时，浸出率已达到9 8 ．4 ％，继续增加铁屑用量对软锰 矿的浸出影响不大。故最佳铁矿比为0 ．2 5 l ，约为理 论铁矿比的2 倍。其原因为反应中铁屑没有经过粉 碎，颗粒较大，比表面积较小，反应不是很完全，部分铁 屑未参与反应；反应有氢气溢出，即反应中有部分生成 的氢气还没来得及与软锰矿反应就已经从溶液中溢出 了。基于以上两个原因，实际的铁矿质量比大于理论 铁矿质量比。 2 ．2 酸矿比与锰浸出率的关系 在室温 1 0 ℃ 条件下，铁矿质量比为0 ．2 5 1 ，液 固质量比为5 1 ，反应时间为2h 时，M n 浸出率与酸矿 质量比之间的关系如图3 所示。 酸矿比 图3 酸矿比与锰浸出率的关系 由图3 可知，在酸矿质量比较小时，M n 浸出率随 酸矿质量比的增大迅速上升，当酸矿质量比达到1 1 时，M n 浸出率达到了9 8 ．5 ％，之后M n 的浸出率随酸 矿质量比的增加略有下降。故最佳酸矿比为1 1 。理 论酸矿比为0 ．6 2 1 1 ，小于实际的酸矿比，这是因为实 际的铁矿质量比大于理论的铁矿质量比。在酸矿质量 比大于l l 后，随酸用量的增加M n 浸出率出现了略微 的下降，可能是因为硫酸与水混合时放出大量的热，酸 矿质量比越大放出越多的热，浸出反应的速率越快，更 多的氢气还来不及反应就已经溢出，故在酸矿质量比 大于l 1 以后，M n 浸出率出现了下降。 2 ．3 液固比与锰浸出率的关系 在室温 1 0 ℃ 条件下，铁矿质量比为0 ．2 5 1 ，酸 矿质量比为l 1 ，反应时间为2h 时，M n 浸出率与液固 质量比之间的关系如图4 所示。 由图4 可知，液固比对M n 的浸出率影响不是太 大，当液固比在3 1 7 l 之间时，浸出率都能达到 9 6 ％以上。液固比为5 1 时浸出率最高，达到9 8 ．5 ％。 故最佳固液比为5 l 。 2 ．4 反应时间与锰浸出率的关系 在室温 1 0 ℃ 条件下，铁矿质量比为0 ．2 5 1 ，酸 矿质量比为l 1 ，液固比为5 1 时，M n 浸出率与反应时 间之间的关系如图5 所示。 万方数据 矿冶工程 第3 2 卷 液固比 图4 液固比与锰浸出率的关系 时问／h 图5 反应时间与锰浸出率的关系 由图5 可知，在反应时间低于1h 时，M n 浸出率随 反应时间的增长而升高，但lh 以后，延长反应时间对 M n 浸出率影响不大。在反应时间为lh 时，M n 浸出率 已经达到9 8 ．5 ％。故反应最佳时间为1h 。 2 ．5 反应起始温度与锰浸出率的关系 在铁矿质量比为0 ．2 5 l ，酸矿质量比为1 1 ，液固 比为5 1 ，反应时间为1h 时，M n 浸出率与反应起始温 度之间的关系如图6 所示。 温度／℃ 图6 反应起始温度与锰浸出率的关系 由图6 可知，随着温度的升高，M n 浸出率下降。 在室温下，M n 浸出率较高，为9 8 ．5 ％。故最佳浸出温 度为室温。 不同起始温度下反应体系温度随时间变化情况如 图7 所示。由图7 可以看出此反应为放热反应，随着 反应起始温度的升高，反应体系越快达到最高温度，反 应时间越短，反应速率越快。反应速率越快就会导致 来不及反应就溢出的氢气增多，从而随着反应初始温 度升高，M n 浸出率下降。 时间／s i n 图7 不同起始温度下反应体系温度随时问变化图 3 结论 1 通过单因素实验确定了软锰矿的最佳浸出工 艺条件为铁矿质量比为O ．2 5 1 ，酸矿质量比为1 l ， 液固比为5 1 ，反应时间为1h ，反应温度为室温 1 0 ℃ ，在最佳工艺条件下M n 浸出率达到9 8 ％以上。 2 此浸出反应的速度在常温下就已经很快，如果 提高温度使反应速度进一步加快，则会因为氢气溢出 量增大而使得M n 浸出率下降。 3 酸耗量过大，以及除杂过程中除铁工作量大是 此工艺最大的缺点。 参考文献 。’ 【1 ] W e l h a mNJ ．A c t i v a t i o no ft h eC a t b o t h e r m i cP t e a e t i o no f 批哪畔咖 [ J ] ．I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo fM i n e r a lP r o c e s s i n g 。2 0 0 2 ，6 7 1 8 7 1 9 8 ． [ 2 ]王海川，周云，吴宝国，等．微波辅助加热氧化锰矿还原动力 学研究[ J ] ．中国稀土学报．2 0 0 4 ．2 2 专辑 2 1 2 - 2 1 5 ． [ 3 ] 卢宗柳，都安治．两矿法浸出氧化锰矿的几个工艺问题[ J ] ．中 国锰业，2 0 0 6 。2 4 1 3 9 4 2 ． [ 4 ]韩效钊，朱艳芳，姚卫棠，等．软锰矿吸收s 0 2 制备碳酸锰[ J ] ． 矿冶工程，2 0 0 3 ，2 3 3 5 1 5 6 ． [ 5 ] 朱道荣．软锰矿- 硫酸亚铁的酸性浸出[ J ] ．中国锰业。1 9 9 2 。1 0 1 3 0 3 1 ． [ 6 ]张小云，田学达．纤维素还原低含量软锰矿制备硫酸锰[ J ] ．精 细化工，2 0 0 6 ，2 3 2 1 9 5 1 9 7 ． [ 7 ] 余丽秀，张然，宋广毅，等．生物质还原浸锰液净化制备硫酸锰 工艺研究[ J ] ．矿冶工程，2 0 1 1 3 7 3 7 5 ． [ 8 ] 李淑妮，崔斌，唐宗薰．电势一p H 图及其应用[ J ] ．宝鸡文理学 院学报 自然科学版 ，2 0 0 1 ，2 1 2 1 2 0 1 2 4 ． 万方数据