吕东亚等：盐酸法富集低品位锰矿及酸介质高值再生工艺 583· 别为0.88%和0.84%. 表4硫酸加入量与锰精矿品位的关系 3.4.5最优条件实验 Table 4 Relationship between the amount of added sulfuric acid 通过以上条件实验，同时综合各种因素，可以 and the grade of the manganese concentrate 确定锰中矿的最优浸出条件为：浸出pH为3，浸出 Amount sulfuric acid / Grade of manganese concentrate/% 时间1.5h,搅拌转速200rmin,液固比4：1mLg. 70 52.85 在此条件下进行实验，产出锰精矿的元素化学分 80 52.16 析结果如表3所示.结果显示：最优条件下锰中矿 90 48.16 经盐酸直接浸出，锰矿品位可从33.32%提高到 95 46.18 54.50%,钙的相对质量分数从16.23%降低到0.57% 100 45.52 锰精矿中的C质量分数只有0.02%，对比原矿和中 矿，C的脱除较为彻底.这是因为主要存在于方 钙、硅的质量分数分别为1.39%和0.83%，符合高 解石中的C随方解石的溶解而转化为二氧化碳气 品位锰精矿标准（锰品位>49%），验证了本工艺流 体脱离反应体系，且方解石的溶解较为完全.其他 程的可行性.盐酸再生产出的硫酸钙晶须XRD分 杂质元素含量普遍较低，浸出效果良好，浸出渣经 析结果如图7(a)所示，硫酸钙晶须物相为二水硫 适当处理后可直接作为高品位锰精矿出售（锰品 酸钙，纯度高，结晶度较好.二水硫酸钙晶须光学 位>49%). 显微镜图片如图7(b)所示，晶须呈棒状或针状，形 貌较好，长径比可达50以上（晶须长度和直径分 表3最优条件产出的锰精矿化学分析（质量分数） 别为650um和12.5um) Table 3 Chemical analyses results of the synthesized 3.6产出锰精矿分析 manganese ore concentrate under optimal conditions % 产出的锰精矿X射线衍射分析结果如图8所 Mn Fe Ca Al Mg Ba Ni Cu Sr Si C 示.可以看出，锰中矿经盐酸浸出，方解石已完全 54.503.900.570.350.270.230.0680.0570.050.850.02 溶出，主要组成为软锰矿，此外还有很少量的褐铁 矿.图9为锰精矿扫描电镜图与能谱分析.图9(a) 3.5盐酸再生与再生盐酸浸出锰中矿 中点1处为软锰矿，主要以细粒、微粒单体形式产 使用不同硫酸加入量再生出的盐酸进行锰中 出，并含有少量的杂质硅；点2处为褐铁矿与高岭 矿浸出最优条件实验，产出的锰精矿品位如表4 石集合体，其中含有少量的锰.图9(b)中点3处为 所示，其中硫酸加入量表示其与理论完全反应所 高岭石和软锰矿集合体，在电镜下呈不规则颗粒 需硫酸量的比值.可以看出硫酸加入量越少，产出 状：点4处为软锰矿与褐铁矿集合体，以细粒单体 的锰精矿品位越高.这是因为硫酸的相对加入量 产出，锰含量高，并伴有少量铝、硅、钙等杂质.高 越少，再生盐酸浓度就越小，盐酸中溶解的硫酸钙 岭石难溶于盐酸，且部分呈微粒状夹带于软锰矿 也就越少.再生盐酸浸出锰中矿时，盐酸被消耗， 中.部分褐铁矿与软锰矿或高岭石共生关系较为 部分溶解在盐酸中的硫酸钙析出，降低锰精矿的 密切，或者包裹于软锰矿中.这些原因导致高岭石 品位.为了达到浸出要求，选择硫酸加入量为理论 与褐铁矿等杂质矿物未能在盐酸环境下溶出而残 量的80%.此条件下产出的锰精矿品位为52.16%， 留在锰精矿中，降低锰精矿品位 (a) (b) 60000 40000 12.5m 20000 10 20 3 40 50 60 200m 20M) 图7 二水硫酸钙品须分析.()X射线衍射图：(b)光学显微镜图 Fig.7 Analyses of calcium sulfate dihydrate whiskers:(a)XRD pattern;(b)Optical microscope image别为 0.88% 和 0.84%. 3.4.5 最优条件实验 通过以上条件实验，同时综合各种因素，可以 确定锰中矿的最优浸出条件为：浸出 pH 为 3，浸出 时间 1.5 h，搅拌转速 200 r·min−1，液固比 4∶1 mL·g−1 . 在此条件下进行实验，产出锰精矿的元素化学分 析结果如表 3 所示. 结果显示：最优条件下锰中矿 经盐酸直接浸出，锰矿品位可从 33.32% 提高到 54.50%，钙的相对质量分数从 16.23% 降低到 0.57%. 锰精矿中的 C 质量分数只有 0.02%，对比原矿和中 矿 ，C 的脱除较为彻底. 这是因为主要存在于方 解石中的 C 随方解石的溶解而转化为二氧化碳气 体脱离反应体系，且方解石的溶解较为完全. 其他 杂质元素含量普遍较低，浸出效果良好，浸出渣经 适当处理后可直接作为高品位锰精矿出售（锰品 位>49%）. 3.5    盐酸再生与再生盐酸浸出锰中矿 使用不同硫酸加入量再生出的盐酸进行锰中 矿浸出最优条件实验，产出的锰精矿品位如表 4 所示，其中硫酸加入量表示其与理论完全反应所 需硫酸量的比值. 可以看出硫酸加入量越少，产出 的锰精矿品位越高. 这是因为硫酸的相对加入量 越少，再生盐酸浓度就越小，盐酸中溶解的硫酸钙 也就越少. 再生盐酸浸出锰中矿时，盐酸被消耗， 部分溶解在盐酸中的硫酸钙析出，降低锰精矿的 品位. 为了达到浸出要求，选择硫酸加入量为理论 量的 80%. 此条件下产出的锰精矿品位为 52.16%， 钙、硅的质量分数分别为 1.39% 和 0.83%，符合高 品位锰精矿标准（锰品位>49%），验证了本工艺流 程的可行性. 盐酸再生产出的硫酸钙晶须 XRD 分 析结果如图 7（a）所示，硫酸钙晶须物相为二水硫 酸钙，纯度高，结晶度较好. 二水硫酸钙晶须光学 显微镜图片如图 7（b）所示，晶须呈棒状或针状，形 貌较好，长径比可达 50 以上（晶须长度和直径分 别为 650 μm 和 12.5 μm）. 3.6    产出锰精矿分析 产出的锰精矿 X 射线衍射分析结果如图 8 所 示. 可以看出，锰中矿经盐酸浸出，方解石已完全 溶出，主要组成为软锰矿，此外还有很少量的褐铁 矿. 图 9 为锰精矿扫描电镜图与能谱分析. 图 9（a） 中点 1 处为软锰矿，主要以细粒、微粒单体形式产 出，并含有少量的杂质硅；点 2 处为褐铁矿与高岭 石集合体，其中含有少量的锰. 图 9（b）中点 3 处为 高岭石和软锰矿集合体，在电镜下呈不规则颗粒 状；点 4 处为软锰矿与褐铁矿集合体，以细粒单体 产出，锰含量高，并伴有少量铝、硅、钙等杂质. 高 岭石难溶于盐酸，且部分呈微粒状夹带于软锰矿 中. 部分褐铁矿与软锰矿或高岭石共生关系较为 密切，或者包裹于软锰矿中. 这些原因导致高岭石 与褐铁矿等杂质矿物未能在盐酸环境下溶出而残 留在锰精矿中，降低锰精矿品位. 表 3 最优条件产出的锰精矿化学分析（质量分数） Table 3 Chemical analyses results of the synthesized manganese ore concentrate under optimal conditions % Mn Fe Ca Al Mg Ba Ni Cu Sr Si C 54.50 3.90 0.57 0.35 0.27 0.23 0.068 0.057 0.05 0.85 0.02 表 4 硫酸加入量与锰精矿品位的关系 Table 4 Relationship between the amount of added sulfuric acid and the grade of the manganese concentrate Amount sulfuric acid /% Grade of manganese concentrate /% 70 52.85 80 52.16 90 48.16 95 46.18 100 45.52 650 μm 12.5 μm 200 μm Intensity (counts) 60000 (a) (b) 40000 20000 0 10 20 30 40 50 60 2θ/(°) 图 7 二水硫酸钙晶须分析. （a） X 射线衍射图；（b） 光学显微镜图 Fig.7 Analyses of calcium sulfate dihydrate whiskers: (a) XRD pattern; (b) Optical microscope image 吕东亚等： 盐酸法富集低品位锰矿及酸介质高值再生工艺 · 583 ·