菱锰矿浸出工艺研究.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 0 6 年5 期 1 3 菱锰矿浸出工艺研究 朱茂兰，衷水平，梁杰 贵州大学材料科学与冶金工程学院，贵州贵阳5 5 0 0 0 3 摘要通过单因素试验及正交试验方法对菱锰矿的硫酸浸出工艺条件进行了研究。在矿酸比1 0 ．6 5 、 8 0 ℃、和搅拌速度9 0r ／m i n 下浸出3 ．5h ，菱锰矿的实际浸出率达到9 2 ％左右。 关键词菱锰矿；硫酸；浸出；硫酸锰 中图分类号T F 8 0 3 ．2 1文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 6 0 5 0 0 1 3 0 3 S t u d yo nt h eL e a c h i n go fR h o d o c h r o s i t e Z H UM a o l a n ，Z H O N GS h u i p i n g ，L I A N GJ i e S c h o o lo fM a t e r i a l sS c i e n c ea n dM e t a l l u r g i c a lE n g i n e e r i n g ，G u iZ h o uU n i v e r s i t y ，G u i y a n g5 5 0 0 0 3 ，C h i n a A b s t r a c t T h ep r o c e s so fp r e p a r i n gm a n g a n e s ef r o mr h o d o c h r o s i t eb ya c i dl e a c h i n gi ss t u d i e db yu s i n gt h eo r ． t h o g o n a ld e s i g na n dt h eo p t i m u ml e a c h i n gc o n d i t i o ni so b t a i n e d ．T h el e a c h i n gr a t eo fr h o d o c h r o s i t ei sa p p r o x i m a t e l yu pt o9 2 ％o nt h ef o l l o w i n gc o n d i t i o n t h er a t i oo fo r et os u l f u r i ca c i di s1 0 ．6 5 ，8 0 ℃，3 ．5hw i t h9 0 r ／m i n ． K e y w o r d s R h o d o c h r o s i t e ；S u l f u r i ca c i d ；L e a c h i n g ；M a n g a n o u ss u l f a t e 我国的锰矿资源丰富，在全球占第七位。其特 点是贫矿多、杂矿多、矿层薄、矿物嵌布粒度细、难 采、难选，富矿严重短缺，氧化矿只占3 4 ．5 0 ％，含锰 平均品位2 4 ．5 6 ％，碳酸锰矿点6 6 ．5 ％，含锰平均品 位2 1 ．1 4 ％，成品矿锰品位平均不到3 0 ％，国外主要 产锰国家的锰矿石含锰量一般都比较高，一般在 3 5 ％以上，有的高达4 5 ％～5 0 ％0 - 3 1 贵州地区具有丰富的锰矿资源，已探明储量仅 次于广西和湖南，居全国第三位，具有经济意义的锰 矿有两种类型。一是遵义式锰矿，矿石以低磷高铁 酸性碳酸锰矿为主，是省内最主要的锰矿类型。二 是桃江式锰矿，矿石以高磷低铁碳酸锰贫矿为 主L 4 _ 5J 。菱锰矿浸出工艺影响因素分析主要是针 对遵义式锰矿展开的。 1反应原理 锰在菱锰矿中主要以碳酸锰形式存在，因此菱 锰矿与硫酸的反应是复分解反应，反应方程式为 M n C 0 3 H 2 S 0 4 2 M n S 0 4 H 2 0 C 0 2 g 作者简介朱茂兰 1 9 7 8 一 ，女，江西赣县人，硕士研究生 2 试验原料及方法 试验原料电解废液 H 2 S 0 41 6 ．8g ／L 、M n 2 1 3 ．7 5g ／L 、 N H a 2 S 0 41 1 0g ／L 、菱锰矿 M n 1 9 ．2 2 、S i 0 21 2 ．5 4 、F e 2 0 31 1 ．4 8 、A 1 2 0 31 0 ．3 2 、M g O 2 ．6 0 、C a O1 2 ．4 2 。硫酸为分析纯。 每次准确称取1 5 0g 菱锰矿，量取9 5 0m L 电解 废液，按不同矿酸比，先将量取得硫酸倒人2L 的烧 杯里，再将量取得电解废液倒入烧杯中，将烧杯放在 恒温箱中加热，同时调节搅拌器的搅拌频率，当烧杯 中溶液温度达到试验温度时，倒入全部菱锰矿，开始 计时。到达预定时间时，停止搅拌，尽快对浸出液进 行过滤。待滤液冷却后进行化学分析。滤渣经多次 洗涤过滤后烘干，然后称重，放干燥箱中保存，以备 分析成分和物相鉴定。 3 试验结果及讨论 3 ．1 矿酸b 匕的影响 菱锰矿粉1 5 0g ，在不同矿酸比下于8 0 0 C 浸出4 万方数据 1 4 有色金属 冶炼部分 2 0 0 6 年5 期 h 、搅拌速度为9 0r ／m i n ，结果如图1 所示。从图1 可知，硫酸用量愈大，反应进行得愈完全，锰的浸出 率也愈高；当硫酸用量增加到一定程度以后，锰的浸 出率并未显著提高。但反应终了酸过量较多，将造 成净化除杂工序中和剂用量增大。最适宜的硫酸用 量是矿酸比为1 0 ．6 5 时，这时锰浸出率高，且反应 结束时体系的p H 在2 左右。在p H 2 ～2 ．5 时，加 M n O ，氧化除铁效果最好。 9 5 9 J 曼8 5 督 瑟8 0 7 5 7 0 I J ．4UbU ．6I J ．，U ．H 酸矿比 图1 矿酸比对浸出率的影响 F i g ．1 E f f e c to ft h er a t i oo fo r et oa c i d o nl e a c h i n gr a t e 3 ．2 温度的影响 菱锰矿粉1 5 0g ，在矿酸比为1 0 ．6 5 下浸出4 h 、搅拌速度为9 0r ／m i n ，结果如图2 所示。从图2 可知，温度对浸出率的影响显著，升高温度，有利于 菱锰矿的浸出。但温度太高，容易使反应体系物料 中水分蒸发得较快，反应体系变稠，反而不利于反应 的进行，且提高温度会使汽耗增加，从而增加生产成 本。由图可知8 0 ～9 0 ℃是最佳的浸出温度。 3 ．3 反应时间的影响 菱锰矿粉1 5 0 ．0g ，在8 0 ℃、矿酸比为1 0 ．6 5 、 搅拌速度为9 0r ／m i n 时浸出，结果如图3 所示。由 图3 可知，浸出时间对浸出效率的影响较大，碳酸锰 的浸出需在3 ．5h 以上，因为碳酸锰的晶格除了与 硫酸接触一瞬间被破坏外，尚须硫酸的继续渗透，才 能使绝大部分锰被溶浸出来。在4h 以后，随着时 间的增加，曲线趋于平缓，曲线上各点的斜率减小， 这说明随着时间的增加，反应速度趋于下降。 3 ．4 搅拌速度的影响 菱锰矿粉1 5 0g ，在矿酸比1 0 ．6 5 、8 0 ℃下以不 同搅拌速度浸出4h 。结果表明，搅拌速度在试验范 围内 7 0 ～1 5 0r ／m i n 对浸出影响不大，以9 0 ～1 3 0 r ／m i n 为宜，过大的搅拌速度，既消费动力，又容易 引起冒槽事故，使操作不易控制，而过小的搅拌速度 又达不到预期的效果。 l H l 9 f 錾8 【l ＼ 斛 羽 聪7 0 6 0 5 0 6 07 08 0 温度／℃ 图2 温度对浸出率的影响 F i g ．2 E f f e c to ft e m p e r a t u r eo nl e a c h i n gr a t e l 0 8 0 摹6 0 瓣 墓4 0 2 0 0 图3 反应时间对浸出率的影响 F i g ．3 E f f e c to ft h et i m eo nl e a c h i n gr a t e 3 ．5 正交试验 由于浸出率实际上是受矿酸比、温度、时间和搅 拌速度4 个因素的综合影响，为了全面研究这4 个 因素的影响，设计了4 因素3 水平正交试验，选择矿 酸比 A 、温度 B 、时间 C 和搅拌速度 D 为考察 因数，以浸出率为考察指标，选用k 3 4 正交表，进 行正交试验。因素A 水平分别为1 0 ．4 5 、1 0 ．5 5 、 1 0 ．6 5 ，因素B 水平分别为 ℃ 6 0 、7 0 、8 0 ，因素C 水平分别为 h 2 ．5 、3 ．5 、4 ．5 ，因素D 水平分别为 r ／m i n 9 0 、1 2 0 、1 5 0 。 结果表明，4 种因素对菱锰矿浸出率的影响与 单因素试验结果相同，从极差分析看，矿酸比对菱锰 矿浸出率影响最大，其次是温度、时间，搅拌速度对 浸出率的影响较小。方差分析结果也表明矿酸比具 有显著性影响 F F o ．o 】 ，温度也具有显著性影响 F F o ．0 1 ，浸出时间影响显著 F 0 ．0 5 F F o ．2 5 ， 搅拌速度影响甚微。方差分析比极差分析更详细地 说明了各因素的影响程度。得到最佳浸出条件为 下转第3 8 页 万方数据 3 8 有色金属 冶炼部分 2 0 0 6 年5 期 链烷基酰亚胺，而且它们都随链长的增长萃取能力 不断增强。支链烷基酰亚胺的萃取效果虽然差于直 链烷基酰亚胺，但其萃取稀土的分离系数大，即其选 择性优于直链烷基酰亚胺。 参考文献 [ 1 ] 刘宝芬．近年来稀土萃取剂和工艺的研究进展[ J ] ．湿 法冶金，1 9 9 3 1 5 7 6 1 ． [ 2 ] 郑晓玲，倪兆艾．取代酰胺萃取稀土元素的研究[ J ] ．福 州大学学报 自然科学版 ，1 9 9 8 ，2 6 1 ．9 8 1 0 2 ． [ 3 ] P l a t a s I g l e s i a aC a r l o s ，C o r a lD a n i d eM ．，V a n d e rE l s t L u t e ，e ta 1 ．S t a b i l i t y ，s t r u c t u r ea n dd y n a m i c so fc a t i o n i c l a n t h a n i d e I I I c o m p l e x e so fN ，Np r i m e b i s p r o p y - l a m i d e e t h y l e n e d i a m i n e N ，Np r i m e d i a c e t i ca c i d [ J ] ． J o u r n a lo ft h eC h e m i c a lS o c i e t y ，D a l t o nT r a n s a c t i o n s ，2 0 0 3 4 7 2 7 7 3 7 ． [ 4 ] L iD e q i a n ，Z u oY o n g ，M e n gS h u l a n ．S e p a r a t i o no ft h o r i u m I V a n de x t r a c t i n gr a r e 朗r t } 1 Sf r o ms u l f u r i ca n dp h o s p h o r i ca c i ds o l u t i o n sb ys o l v e n te x t r a c t i o nm e t h o d [ J ] ．J o u r n a l o fA l l o y sa n dC o m p o u n d s ，2 0 0 4 ，3 7 4 1 2 4 3 1 4 3 3 ． [ 5 ] P e p p a r dDF ，M a s o nG ，L e w e ySA ．T e t r a dE f f e c ti nL i q u i d L i q u i dE x t r a c t i o nO r d e r i n go fL a n t h a n i d e s 3 [ J ] ．J I n o r gN u c lC h e m ，1 9 6 9 ，3 1 2 2 7 1 2 2 7 2 ． 上接1 4 页 矿酸比1 O ．6 5 、8 0 “ 1 2 、3 ．5h 和搅拌速度9 0r ／r a i n 。 4结论 1 菱锰矿的最佳浸出条件为矿酸比1 0 ．6 5 、 8 0 “ C 、3 ．5h 和搅拌速度9 0r ／m i n ，菱锰矿的实际浸 出率达到9 2 ％左右； 2 矿酸比对菱锰矿浸出率影响最大，其次是温 度、时间，搅拌速度对浸出率的影响较小。 参考文献 [ 1 ] 丁楷如，余逊贤．锰矿开发与加工技术[ M ] ．长沙湖南 科学技术出版社，1 9 9 1 ． [ 2 ] 姚培慧．中国锰矿志[ M ] ．北京冶金工业出版社， 1 9 9 5 ． [ 3 ] H a r r i sM ．T h eh i s t o r yp r o d u c t i o na n du s e so fe l e c t r o l y t i c m a n g a n e s e ，M e t a l l u r g i e ，1 9 9 7 ，1 7 1 4 1 2 1 ． [ 4 ] 谭柱中，梅光贵，李维健，等．锰冶金学[ M ] ．长沙中南 大学出版社，2 0 0 4 ． [ 5 ] 熊万锋．遵义锰矿区锰资源综合评价[ J ] ．中国锰业， 2 0 0 1 ，1 9 1 3 2 3 4 ． [ 6 ] 钟竹前，梅光贵．化学位图在湿法冶金和废水净化中的 应用[ M ] ．长沙中南工业大学出版社，1 9 8 6 ． 上接第2 7 页 参考文献 [ 1 ] 赵清杰．中国氧化铝生产技术的发展方向[ J ] ．有色金 属 冶炼部分 ，2 0 0 0 6 3 1 3 4 ，4 5 ． [ 2 】杨重愚．氧化铝生产工艺[ M ] ．北京冶金工业出版社， 1 9 9 3 1 8 1 2 5 ． [ 3 】I l i e v a k iD ，W h i t eET ．A g g l o m e r a t i o nd u r i n gp r e c i p i t a t i o n A g g l o m e r a t i o nm e c h a n i s mi d e n t i f i c a t i o nf o rp d o H 3c r y s t a l si nc a u s t i ca l u m i n a t es o l u t i o n s [ J ] ．C h e m i c a lE n g i n e e r i n gS c i e n c e ，1 9 9 4 ，4 9 1 9 3 2 2 7 3 2 3 9 ． [ 4 ] V e e s l e rS ，B o i s t e l l eR ．A b o u ts u p e r s a t u r a t i o na n dg r o w t h r a t e so fh y d r a g i l l i t eA l O H 3i na l u m i n ac a u s t i cs o l u t i o n s [ J ] ．J o u r n a lo fc r y s t a lg r o w t h ，1 9 9 3 1 3 0 4 1 1 4 1 5 ． [ 5 ] M i s r aC ，w h i t eET ．C r y s t a l l i s a t i o no fB a y e rA a l u m i n i u m T r i h y d r o x i d e [ J ] ．J ．C r y s t a lG r o w t h ，1 9 7 1 8 1 7 2 1 7 8 ． 【6 ] W b j t eET ，B a t e m a nSH ．E f f e c to fc a u s t i cc o n c e n t r a t i o n o nt h eg r o w t hr a t eo fA i O H 3p a r t i c l e s [ J ] ．L i g h tM e t - s i s ，1 9 8 8 1 5 7 1 6 2 ． [ 7 ] S e y s s i e e qI ，V e e s l e rS ，B o i s t e l l eR ，e ta 1 ．A g g l o m e r a t i o no f g i b b s i t eA I O H 3c r y s t a l si nB a y e rl i q u o r s ，I n f l u e n c eo f p r o c e s sp a r a m e t e r s 【J ] ．C h e m i c a le n g i n e e r i n gs c i e n c e ， 1 9 9 8 。5 3 1 2 ；2 1 7 7 2 1 8 5 ． 万方数据