氧化锰矿泥湿法浸出试验研究-矿业114网 
首页 >> 文献频道 >> 矿业论文 >> 正文
氧化锰矿泥湿法浸出试验研究
2008-06-15
以大新锰矿氧化锰矿泥为对象,分别采用价格低廉的硫铁矿和甘蔗渣作还原剂,在酸性条件下进行 硫铁矿法还原浸出和甘蔗渣水解法还原浸出试验,结果表明,在适当的工艺条件下,两种方法均能获得95%以上的 锰浸出率。将两种浸出液除杂净化后,分别制备出了硫酸锰和碳酸锰产品,两种产品均达到工业合格品要求。动 力学研究结果显示:硫铁矿法浸出过程受颗粒表面化学反应控制;甘蔗渣水解法浸出过程前期受化学反应和扩散 联合控制,后期受扩散控制。
SeJurineesꢀN2o0. 03884ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 20总08第年 3第846期期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ METAL MINE 氧化锰矿泥湿法浸出试验研究 沈 慧 庭 ꢀ 张 延 军 ꢀ 林 乡 伟 ꢀ 周 ꢀ 波 ( 广 西 大 学 ) 摘 ꢀ 要 ꢀ 以 大 新 锰 矿 氧 化 锰 矿 泥 为 对 象 , 分 别 采 用 价 格 低 廉 的 硫 铁 矿 和 甘 蔗 渣 作 还 原 剂 , 在 酸 性 条 件 下 进 行 硫 铁 矿 法 还 原 浸 出 和 甘 蔗 渣 水 解 法 还 原 浸 出 试 验 , 结 果 表 明 , 在 适 当 的 工 艺 条 件 下 , 两 种 方 法 均 能 获 得 95% 以 上 的 锰 浸 出 率 。 将 两 种 浸 出 液 除 杂 净 化 后 , 分 别 制 备 出 了 硫 酸 锰 和 碳 酸 锰 产 品 , 两 种 产 品 均 达 到 工 业 合 格 品 要 求 。 动 力 学 研 究 结 果 显 示 : 硫 铁 矿 法 浸 出 过 程 受 颗 粒 表 面 化 学 反 应 控 制 ; 甘 蔗 渣 水 解 法 浸 出 过 程 前 期 受 化 学 反 应 和 扩 散 联 合 控 制 , 后 期 受 扩 散 控 制 。 关 键 词 ꢀ 氧 化 锰 矿 泥 ꢀ 硫 铁 矿 ꢀ 甘 蔗 渣 ꢀ 水 解 ꢀ 还 原 浸 出 ꢀ 浸 出 动 力 学 Research on Leaching of Manganese Oxide Slime Shen Huitingꢀ Zha(ng Yanjunꢀ Lin Xiangweiꢀ Zhou Bo Guangxi University) Abstractꢀ Tests on reduction - leaching of Daxin Mine's manganese oxide slime at acidic condition were carried out, with cheap pyrite and bagasse as the reductant respectively. The results show that in proper technical conditions, both methods can obtain a manganese leaching rate higher than 95% . Manganese sulfate and manganese carbonate were pre pared by purifying the two pregnant solutions from the above leaching tests, with both satisfying the requirements for quali fied industrial products. The study on the leaching kinetics of both processes indicates that the pyrite leaching process is controlled by the chemical reaction on the particle surface; and the bagasse hydrolysis leaching process is controlled jointly by chemical reaction and diffusion in the early period and by diffusion in the late period. Keywordsꢀ Manganese oxide slime, Pyrite, Bagasse, Hydrolysis, Reduction leaching, Leaching kinetics ꢀ ꢀ 氧 化 锰 矿 石 中 常 含 大 量 原 生 矿 泥 , 使 得 选 矿 过 表 1ꢀ 试 样 化 学 多 元 素 分 析 结 果 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ % TFe MnO MnO FeO Fe O SiO TiO [ 1] 。 本 研 究 根 据 酸 性 介 质 中 还 原 程 中 锰 损 失 严 重 TMn 2 2 3 2 2 剂 与 氧 化 锰 矿 发 生 氧 化 还 原 反 应 使 四 价 锰 转 化 为 二 价 锰 而 进 入 液 相 的 原 理 , 用 湿 法 浸 出 工 艺 处 理 氧 化 锰 矿 泥 , 实 现 锰 与 杂 质 的 分 离 , 并 利 用 浸 出 液 制 备 硫 酸 锰 和 碳 酸 锰 制 品 。 18. 82 1. 38 28. 09 8. 76 1. 92 10. 39 40. 19 0. 42 Al O CaO 0. 57 MgO 0. 35 K 0. 66 0. 044 0. 025 0. 15 O Na O S P Ig 2 3 2 2 7. 92 7. 28 表 2ꢀ 试 样 锰 物 相 分 析 结 果 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ % 可 用 于 湿 法 还 原 浸 出 氧 化 锰 矿 的 还 原 剂 有 硫 铁 矿 、 硫 酸 亚 铁 、 硫 代 硫 酸 钠 、 SO2 、 煤 、 过 氧 化 氢 、 草 酸 、 苯 胺 、 苯 酚 、 稻 草 、 木 屑 、 甘 蔗 渣 、 淀 粉 、 蔗 糖 以 及 某 些 微 生 物 等 29] 。 本 研 究 分 别 采 用 价 格 低 廉 、 原 料 来 源 广 泛 的 硫 铁 矿 和 甘 蔗 渣 作 为 还 原 剂 进 行 氧 化 锰 矿 泥 的 浸 出 试 验 , 考 察 工 艺 条 件 对 浸 出 效 果 的 影 响 , 并 对 浸 出 过 程 的 机 理 进 行 探 讨 。 锰 物 相 氧 化 锰 17. 75 94. 31 碳 酸 锰 0. 58 2. 66 硅 酸 锰 0. 57 3. 03 合 计 锰 含 量 18. 82 100. 00 锰 分 布 率 [ ꢀ ꢀ 试 样 肉 眼 下 呈 灰 黑 色 。 镜 下 鉴 定 和 X 射 线 衍 射 分 析 综 合 研 究 表 明 : 试 样 中 金 属 矿 物 主 要 为 硬 锰 矿 , 次 为 软 锰 矿 和 褐 铁 矿 ; 脉 石 矿 物 主 要 是 石 英 和 高 岭 石 , 次 为 伊 利 石 。 试 样 主 要 矿 物 含 量 见 表 3。 1 ꢀ 试 样 及 试 剂 . 1ꢀ 试 ꢀ 样 1 沈 慧 庭 ( 1959— ) , 男 , 广 西 大 学 资 源 与 环 境 学 院 , 教 授 , 博 士 生 导 师 , 锰 矿 泥 试 样 取 自 中 信 大 新 锰 矿 , 其 化 学 多 元 素 5 30004 广 西 壮 族 自 治 区 南 宁 市 大 学 东 路 100 号 。 分 析 结 果 列 于 表 1, 锰 的 物 相 分 析 结 果 列 于 表 2。 · 56· ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 沈 慧 庭 等 : 氧 化 锰 矿 泥 湿 法 浸 出 试 验 研 究 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2008 年 第 6 期 表 3ꢀ 试 样 主 要 矿 物 含 量 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ % 3ꢀ 试 验 结 果 与 讨 论 硬 锰 矿 38. 2 软 锰 矿 褐 铁 矿 石 英 高 岭 石 、 伊 利 石 3 3 3 . 1ꢀ 硫 铁 矿 法 还 原 浸 出 15. 4 11. 7 19. 1 15. 6 . 1. 1ꢀ 条 件 试 验 ꢀ 试 样 的 负 累 积 粒 度 特 性 曲 线 如 图 1 所 示 。 可 . 1. 1. 1ꢀ 硫 铁 矿 用 量 对 锰 浸 出 率 的 影 响 试 验 固 定 条 件 及 结 果 示 于 图 3。 可 见 , 硫 铁 矿 见 , 试 样 粒 度 较 细 , - 10 μm 含 量 达 53. 03% 。 用 量 对 锰 浸 出 率 有 显 著 影 响 , 合 适 的 用 量 应 为 锰 矿 泥 量 的 0. 3 倍 。 图 1ꢀ 试 样 负 累 积 粒 度 特 性 曲 线 1 . 2ꢀ 主 要 试 剂 试 验 所 用 主 要 试 剂 有 : 图 3ꢀ 硫 铁 矿 用 量 对 锰 浸 出 率 的 影 响 硫 铁 矿 , 取 自 南 宁 某 公 司 , S 含 量 33. 97% , Fe ( 硫 酸 用 量 60 g, 液 固 质 量 比 5∶ 1, 浸 出 温 度 95 ℃ , 浸 出 时 间 3 h) 含 量 53. 38% , As 含 量 ≤0. 07% , 粒 度 为 - 100 目 ≥ 9 5% ; 3. 1. 1. 2ꢀ 硫 酸 用 量 对 锰 浸 出 率 的 影 响 甘 蔗 渣 , 取 自 南 宁 糖 业 股 份 有 限 公 司 , 纤 维 素 含 试 验 固 定 条 件 及 结 果 如 图 4 所 示 。 可 见 : 硫 酸 用 量 对 锰 浸 出 率 有 一 定 影 响 。 随 着 硫 酸 用 量 的 增 加 , 锰 浸 出 率 有 所 提 高 ; 但 当 硫 酸 用 量 超 过 锰 矿 泥 量 的 0. 5 倍 时 , 锰 浸 出 率 变 化 不 大 。 量 47% , 总 木 素 含 量 22. 8% , 聚 戊 糖 含 量 22. 9% , 灰 分 含 量 5. 60% ; 浓 硫 酸 , 分 析 纯 , H2 SO4 含 量 95% ~ 98% 。 2 ꢀ 浸 出 试 验 方 法 浸 出 试 验 流 程 如 图 2 所 示 。 图 2ꢀ 试 验 工 艺 流 程 2 1 . 1ꢀ 硫 铁 矿 法 还 原 浸 出 试 验 图 4ꢀ 硫 酸 用 量 对 锰 浸 出 率 的 影 响 ( 硫 铁 矿 用 量 30 g, 液 固 质 量 比 5∶ 1, 浸 出 温 度 95 ℃ , 浸 出 时 间 3 h) 称 取 一 定 量 的 硫 酸 和 水 , 加 热 到 一 定 温 度 , 加 入 00 g 锰 矿 泥 试 样 和 一 定 量 的 硫 铁 矿 , 保 持 温 度 并 开 3 . 1. 1. 3ꢀ 液 固 质 量 比 对 锰 浸 出 率 的 影 响 启 搅 拌 进 行 浸 出 。 浸 出 完 成 后 过 滤 , 将 滤 渣 洗 涤 、 烘 试 验 固 定 条 件 及 结 果 如 图 5 所 示 。 可 以 看 出 , 干 、 称 重 后 化 验 TMn, 计 算 锰 浸 出 率 。 液 固 质 量 比 对 锰 浸 出 率 的 影 响 很 小 。 但 液 固 质 量 比 太 小 , 矿 浆 粘 度 增 大 , 液 固 分 离 困 难 ; 液 固 质 量 比 太 大 , 浸 出 液 中 锰 浓 度 低 。 因 此 适 宜 的 液 固 质 量 比 为 2 . 2ꢀ 甘 蔗 渣 水 解 法 还 原 浸 出 试 验 取 一 定 量 经 自 然 晾 干 的 甘 蔗 渣 加 入 到 500 g 一 定 浓 度 的 热 稀 硫 酸 中 水 解 一 定 时 间 , 然 后 过 滤 并 洗 涤 水 解 渣 2 次 。 将 滤 液 与 洗 液 合 并 , 向 其 中 加 入 一 定 量 的 浓 硫 酸 和 水 , 加 热 到 一 定 温 度 , 加 入 100 g 锰 矿 泥 试 样 , 保 持 温 度 并 开 启 搅 拌 进 行 浸 出 。 浸 出 完 成 后 过 滤 , 将 滤 渣 洗 涤 、 烘 干 、 称 重 后 化 验 TMn, 计 算 锰 浸 出 率 。 3 3 ∶ 1 ~ 5∶ 1。 . 1. 1. 4ꢀ 浸 出 温 度 对 锰 浸 出 率 的 影 响 试 验 固 定 条 件 及 结 果 如 图 6 所 示 。 可 见 , 浸 出 温 度 对 锰 浸 出 率 的 影 响 也 较 大 , 浸 出 时 温 度 不 宜 低 于 95 ℃。 · 57· 总 第 384 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2008 年 第 6 期 到 锰 浸 出 率 φ 随 时 间 t 的 变 化 曲 线 如 图 8 所 示 。 图 5ꢀ 液 固 质 量 比 对 锰 浸 出 率 的 影 响 ( 硫 铁 矿 用 量 30 g, 硫 酸 用 量 50 g, 浸 出 温 度 95 ℃ , 浸 出 时 间 3 h) 图 8ꢀ 不 同 温 度 下 硫 铁 矿 法 浸 出 过 程 φ 的 变 化 ( 锰 矿 泥 100 g, 硫 铁 矿 30 g, 硫 酸 50 g, 液 固 质 量 比 5∶ 1) ● - 75 ℃ ; ■ - 85 ℃ ; - 95 ℃ ▲ 对 图 8 数 据 进 行 处 理 , 作 1 - ([ 110]- φ) 1 / 3 和 1 - 2 / 3 2 / 3φ - ( 1 - φ) 与 t 的 关 系 曲 线 。 结 果 发 现 , 两 种 关 系 曲 线 都 几 乎 呈 直 线 , 但 不 同 的 是 1 - ( 1 - 1 / 3 φ) - 与 t 的 关 系 曲 线 接 近 过 原 点 ( 图 9) , 而 1 - 2 / 3φ 2 / 3 ( 1 - φ) / 3 与 t 的 关 系 曲 线 不 过 原 点 , 说 明 1 - ( 1 - φ) 1 与 t 的 关 系 曲 线 服 从 化 学 反 应 控 制 的 特 征 方 图 6ꢀ 浸 出 温 度 对 锰 浸 出 率 的 影 响 程 。 ( 硫 铁 矿 用 量 30 g, 硫 酸 用 量 50 g, 液 固 质 量 比 4∶ 1, 浸 出 时 间 3 h) 3 . 1. 1. 5ꢀ 浸 出 时 间 对 锰 浸 出 率 的 影 响 试 验 固 定 条 件 及 结 果 如 图 6 所 示 。 可 见 , 浸 出 时 间 以 3 ~ 4 h 为 宜 。 图 9ꢀ 不 同 温 度 下 硫 铁 矿 法 浸 出 时 1 - ( 1 - φ) 1 / 3 与 t 的 关 系 ● - 75 ℃ ; ■ ▲ - 85 ℃ ; - 95 ℃ 对 1 - ( 1 - φ) 1 与 t 的 关 系 曲 线 进 行 线 性 回 归 , 求 得 各 温 度 下 的 反 应 速 度 常 数 k, 结 果 如 表 4 所 示 。 / 3 图 7ꢀ 浸 出 时 间 对 锰 浸 出 率 的 影 响 表 4ꢀ 硫 铁 矿 法 浸 出 时 各 温 度 下 的 反 应 速 度 常 数 ( 硫 铁 矿 用 量 30 g, 硫 酸 用 量 50 g, 温 度 T/ K k × 10 lnk 348 1. 853 1 - 6. 290 90 358 2. 615 1 - 5. 946 45 368 4. 149 3 - 5. 484 82 液 固 质 量 比 5∶ 1, 浸 出 温 度 95 ℃ ) 以 上 试 验 结 果 表 明 , 硫 铁 矿 法 还 原 浸 出 的 适 宜 3 工 艺 条 件 为 : 矿 泥 质 量 ∶ 硫 铁 矿 质 量 ∶ 浓 硫 酸 质 量 = ꢀ ꢀ 以 lnk 对 1 / T 作 图 , 结 果 如 图 10 所 示 。 可 见 lnk 1 ∶ 0. 3∶ 0. 5, 液 固 质 量 比 3∶ 1 ~ 5∶ 1, 浸 出 温 度 不 低 于 5 ℃, 浸 出 时 间 3 ~ 4 h。 在 此 条 件 下 , 锰 浸 出 率 可 与 1 / T 呈 较 好 的 线 性 关 系 。 9 对 图 10 结 果 进 行 线 性 回 归 , 得 到 直 线 方 程 达 95% 以 上 。 3 lnk = - 5. 153 2 × 10 ( 1 / T) + 8. 494 4. 3 3 . 1. 2ꢀ 硫 铁 矿 法 还 原 浸 出 过 程 动 力 学 研 究 . 1. 2. 1ꢀ 改 变 温 度 法 3 将 斜 率 - 5. 153 2 × 10 代 入 阿 累 尼 乌 斯 方 程 - E + B, 分 别 在 75、 85、 95 ℃下 进 行 硫 铁 矿 法 还 原 浸 出 , lnk = RT 每 隔 一 定 时 间 取 少 量 矿 浆 分 析 溶 液 中 的 锰 含 量 , 得 · 58· ꢀ ꢀ ꢀ 沈 慧 庭 等 : 氧 化 锰 矿 泥 湿 法 浸 出 试 验 研 究 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2008 年 第 6 期 中 的 四 价 锰 还 原 成 二 价 锰 进 入 液 相 , 浸 出 过 程 比 较 复 杂 。 从 热 力 学 角 度 来 说 , 无 论 在 常 温 还 是 高 温 条 件 下 , 硫 铁 矿 还 原 浸 出 氧 化 锰 都 是 可 行 的 , 采 用 较 高 的 浸 出 温 度 主 要 是 出 于 动 力 学 的 需 要 , 并 且 高 温 浸 出 有 利 于 FeS2 中 的 铁 以 Fe O3 形 式 留 在 渣 中 11] 。 [ 2 用 FeS 作 还 原 剂 来 还 原 MnO 时 , FeS2 的 变 化 2 2 2 + 2 - 4 3 + 趋 势 为 FeS →Fe + S( 包 括 H S) →SO + Fe → 2 2 图 10ꢀ 硫 铁 矿 法 浸 出 时 lnk 与 1 / T 关 系 2 - SO + Fe O · nH O。 酸 用 量 和 硫 铁 矿 用 量 不 同 , 4 发 生 的 反 应 和 产 物 也 不 同 。 归 纳 起 来 , 会 发 生 的 主 2 3 2 有 - E / R = - 5. 153 2 × 103 , 要 反 应 如 下 : 式 中 , R 为 气 体 常 数 , 8. 314 5 J/ ( mol· K) 。 因 此 , 反 应 的 活 化 能 E = 42. 845 8 kJ/ mol。 由 此 可 以 看 出 , 硫 铁 矿 法 浸 出 过 程 受 化 学 反 应 步 骤 控 制 而 不 受 内 扩 散 控 制 。 FeS + MnO + H SO = 2 2 2 4 MnSO + FeSO + H O + 2S, ( 1) ( 2) ( 3) ( 4) ( 5) ( 6) 4 4 2 2 FeS + 3MnO + 6H SO = 2 2 2 4 3 MnSO + Fe ( SO ) + 6H O + 4S, 4 2 4 3 2 3 . 1. 2. 2ꢀ 改 变 搅 拌 强 度 法 FeS + 7MnO + 6H SO = 2 2 2 4 分 别 在 800 和 1 300 r/ min 搅 拌 速 度 下 进 行 硫 7 MnSO + FeSO + 6H O, 铁 矿 法 还 原 浸 出 , 每 隔 一 定 时 间 取 少 量 矿 浆 分 析 溶 液 中 的 锰 含 量 , 得 到 锰 浸 出 率 φ 随 时 间 t 的 变 化 曲 线 如 图 11 所 示 。 4 4 2 2 FeS + 9MnO + 10H SO = 2 2 2 4 9 MnSO + Fe ( SO ) + 10H O + 2S, 4 2 4 3 2 2 FeS + 15MnO + 14H SO = 2 2 2 4 1 5MnSO + Fe ( SO ) + 14H O, 4 2 4 3 2 2 FeS + 15MnO + 11H SO = 2 2 2 4 1 5MnSO + Fe O + 11H O. 4 2 3 2 ꢀ ꢀ 可 以 看 出 , 按 ( 6) 式 反 应 制 备 硫 酸 锰 溶 液 是 比 较 经 济 的 , 但 是 实 际 生 产 中 反 应 并 不 能 完 全 按 照 ( 6) 式 进 行 。 假 设 浸 出 过 程 按 照 反 应 ( 1) 进 行 , 即 硫 铁 矿 中 的 硫 以 元 素 S 形 式 产 出 , 则 可 求 得 理 论 物 料 配 比 为 锰 矿 泥 质 量 ∶ 硫 铁 矿 质 量 ∶ 硫 酸 质 量 = 1∶ 图 11ꢀ 不 同 搅 拌 速 度 下 硫 铁 矿 法 浸 出 过 程 φ 的 变 化 ( 锰 矿 泥 100 g, 硫 铁 矿 30 g, 硫 酸 50 g, 液 固 质 量 比 5∶ 1, 浸 出 温 度 95 ℃ ) 0 . 387 3∶ 0. 632 5。 而 通 过 试 验 发 现 , 实 际 物 料 配 比 以 锰 矿 泥 质 量 ∶ 硫 铁 矿 质 量 ∶ 硫 酸 质 量 = 1∶ 0. 3∶ 0. 5 ■ - 1 300 r/ min; ▲ - 800 r/ min 为 宜 , 即 实 际 物 料 配 比 中 硫 铁 矿 和 硫 酸 用 量 较 反 应 由 图 11 可 见 , 在 试 验 范 围 内 , 搅 拌 强 度 对 锰 浸 ( 1) 的 理 论 值 低 , 说 明 浸 出 过 程 中 有 相 当 一 部 分 硫 出 率 的 影 响 很 小 。 根 据 图 11 数 据 作 2 种 搅 拌 强 度 2 - - 1 / 3 以 SO 和 HSO4 形 式 产 出 , 从 而 在 一 定 程 度 上 降 4 低 了 酸 耗 。 下 1 - ( 1 - φ) 与 t 的 关 系 曲 线 , 发 现 它 们 平 行 且 几 乎 重 合 , 说 明 搅 拌 强 度 对 反 应 速 度 常 数 无 影 响 。 因 此 可 以 推 断 , 硫 铁 矿 法 浸 出 过 程 不 受 外 扩 散 控 制 。 动 力 学 研 究 结 果 表 明 硫 铁 矿 法 还 原 浸 出 过 程 受 颗 粒 表 面 化 学 反 应 控 制 , 而 根 据 化 学 反 应 控 制 的 动 力 学 特 征 , 提 高 温 度 和 浸 出 剂 的 浓 度 均 可 以 提 高 反 应 速 度 , 这 与 条 件 试 验 的 结 果 是 一 致 的 。 3 3 3 . 2ꢀ 甘 蔗 渣 水 解 法 还 原 浸 出 . 2. 1ꢀ 条 件 试 验 . 2. 1. 1ꢀ 水 解 液 硫 酸 浓 度 对 锰 浸 出 率 的 影 响 试 验 固 定 条 件 及 结 果 如 图 12 所 示 。 可 见 , 在 % ~ 2% 的 水 解 液 硫 酸 浓 度 范 围 内 , 锰 浸 出 率 随 着 1 硫 酸 浓 度 的 增 加 而 增 加 , 而 硫 酸 浓 度 大 于 2% 后 对 3 . 1. 3ꢀ 硫 铁 矿 法 还 原 浸 出 机 理 探 讨 锰 浸 出 率 影 响 很 小 , 故 适 宜 的 水 解 液 硫 酸 浓 度 为 硫 铁 矿 法 还 原 浸 出 的 主 要 原 理 是 硫 铁 矿 和 氧 化 2 % 。 锰 矿 在 酸 性 条 件 下 发 生 氧 化 还 原 反 应 , 使 氧 化 锰 矿 · 59· 总 第 384 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2008 年 第 6 期 g 增 加 到 50 g 时 , 锰 浸 出 率 快 速 提 高 。 也 就 是 说 , 降 低 pH 有 助 于 提 高 锰 的 浸 出 率 和 浸 出 速 度 。 Mn - [ 12] H O 系 的 电 势 - pH 图 也 表 明 , pH 降 低 , MnO 的 2 稳 定 区 域 变 小 , 更 容 易 与 还 原 剂 反 应 。 因 此 , 浸 出 时 2 较 为 适 宜 的 浓 硫 酸 用 量 为 50 g。 图 12ꢀ 水 解 液 硫 酸 浓 度 对 锰 浸 出 率 的 影 响 ( 蔗 渣 用 量 50 g, 水 解 温 度 100 ℃ , 水 解 时 间 2 h, 浸 出 硫 酸 用 量 50 g, 浸 出 液 固 质 量 比 7∶ 1, 浸 出 温 度 95 ℃ , 浸 出 时 间 2 h) 3 . 2. 1. 2ꢀ 水 解 时 间 和 浸 出 时 间 对 锰 浸 出 率 的 影 响 试 验 固 定 条 件 及 结 果 如 图 13 所 示 。 可 见 , 水 解 图 15ꢀ 浸 出 硫 酸 用 量 对 浸 出 率 的 影 响 时 间 3 h 为 宜 , 浸 出 时 间 2 h 为 宜 。 ( 蔗 渣 用 量 60 g, 水 解 液 硫 酸 浓 度 2% , 水 解 温 度 100 ℃ , 水 解 时 间 3 h, 浸 出 液 固 质 量 比 7∶ 1, 浸 出 温 度 95 ℃ , 浸 出 时 间 2 h) . 2. 1. 5ꢀ 浸 出 液 固 质 量 比 对 锰 浸 出 率 的 影 响 试 验 固 定 条 件 及 结 果 如 图 16 所 示 。 可 见 , 浸 出 3 液 固 质 量 比 对 锰 浸 出 率 的 影 响 不 大 。 考 虑 到 要 对 水 解 后 蔗 渣 进 行 洗 涤 , 取 浸 出 液 固 质 量 比 为 7∶ 1。 图 13ꢀ 水 解 时 间 和 浸 出 时 间 对 锰 浸 出 率 的 影 响 ( 蔗 渣 用 量 50 g, 水 解 液 硫 酸 浓 度 2% , 水 解 温 度 100 ℃ , 浸 出 硫 酸 用 量 50 g, 浸 出 液 固 质 量 比 7∶ 1, 浸 出 温 度 95 ℃ , ) ■ - 水 解 4 h; ● - 水 解 3 h; ▲ - 水 解 2 h; ! - 水 解 1 h 3 . 2. 1. 3ꢀ 蔗 渣 用 量 对 锰 浸 出 率 的 影 响 试 验 固 定 条 件 及 结 果 如 图 14 所 示 。 可 见 , 蔗 渣 用 量 对 锰 浸 出 率 有 很 大 影 响 , 适 宜 的 蔗 渣 用 量 为 60 图 16ꢀ 浸 出 液 固 质 量 比 对 锰 浸 出 率 的 影 响 g。 ( 蔗 渣 用 量 60 g, 水 解 液 硫 酸 浓 度 2% , 水 解 温 度 100 ℃ , 水 解 时 间 3 h, 浸 出 硫 酸 用 量 50 g, 浸 出 温 度 95 ℃ , 浸 出 时 间 2 h) . 2. 1. 6ꢀ 浸 出 温 度 对 锰 浸 出 率 的 影 响 3 试 验 固 定 条 件 及 结 果 如 图 17 所 示 。 可 见 , 浸 出 温 度 对 锰 浸 出 率 也 有 较 大 影 响 , 相 同 时 间 内 , 锰 浸 出 率 随 温 度 升 高 而 增 大 。 因 此 , 浸 出 温 度 应 不 低 于 95 ℃ 。 根 据 以 上 试 验 结 果 , 甘 蔗 渣 水 解 法 还 原 浸 出 较 图 14ꢀ 蔗 渣 用 量 对 锰 浸 出 率 的 影 响 ( 水 解 液 硫 酸 浓 度 2% , 水 解 温 度 100 ℃ , 水 解 时 间 3 h, 浸 出 硫 酸 用 量 50 g, 浸 出 液 固 质 量 比 7∶ 1, 浸 出 温 度 95 ℃ , 浸 出 时 间 2 h) 为 合 理 的 工 艺 条 件 为 : 矿 泥 质 量 ∶ 蔗 渣 质 量 ∶ 浸 出 浓 硫 酸 质 量 = 5∶ 3∶ 2. 5, 水 解 液 硫 酸 浓 度 2% , 水 解 温 度 100 ℃, 水 解 时 间 3 h, 浸 出 液 固 质 量 比 7∶ 1, 浸 出 温 度 不 低 于 95 ℃, 浸 出 时 间 2 h 左 右 。 在 此 条 件 下 , 锰 浸 出 率 可 达 95% 以 上 。 3 . 2. 1. 4ꢀ 浸 出 硫 酸 用 量 对 锰 浸 出 率 的 影 响 试 验 固 定 条 件 及 结 果 如 图 15 所 示 。 可 以 看 出 , 硫 酸 用 量 对 锰 浸 出 率 也 有 很 大 影 响 , 硫 酸 用 量 由 30 · 60· ꢀ ꢀ ꢀ 沈 慧 庭 等 : 氧 化 锰 矿 泥 湿 法 浸 出 试 验 研 究 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2008 年 第 6 期 3 . 2. 3ꢀ 甘 蔗 渣 水 解 法 还 原 浸 出 过 程 机 理 探 讨 蔗 渣 是 制 糖 工 业 的 副 产 物 , 富 含 纤 维 素 和 半 纤 维 素 , 纤 维 素 大 分 子 在 适 当 的 氢 离 子 浓 度 和 温 度 下 , 其 糖 苷 键 断 裂 , 聚 合 度 下 降 , 水 解 成 具 有 还 原 性 的 各 种 单 糖 。 而 单 糖 之 所 以 具 有 还 原 性 , 是 因 为 其 分 子 中 含 有 自 由 醛 基 或 酮 基 。 方 宏 等 人 13] 曾 采 用 高 效 液 相 色 谱 法 测 定 蔗 渣 稀 酸 水 解 液 中 单 糖 的 种 类 和 含 量 , 结 果 表 明 , 水 解 液 中 的 单 糖 主 要 为 木 糖 、 葡 萄 糖 、 阿 拉 伯 糖 、 果 糖 等 。 这 些 具 还 原 性 的 糖 分 在 酸 性 条 件 下 可 与 氧 化 锰 矿 在 酸 性 条 件 下 发 生 氧 化 还 原 反 应 , 将 四 价 锰 还 原 成 二 价 锰 进 入 液 相 。 以 葡 萄 糖 和 木 糖 为 例 , 发 生 的 主 要 反 应 为 [ 图 17ꢀ 浸 出 温 度 对 锰 浸 出 率 的 影 响 ( 蔗 渣 用 量 60 g, 水 解 液 硫 酸 浓 度 2% , 水 解 温 度 100 ℃ , 水 解 时 间 3 h, 浸 出 硫 酸 用 量 50 g, 浸 出 液 固 质 量 比 7∶ 1) ■ - 95 ℃ ; ● ▲ - 85 ℃ ; - 75 ℃ 3 . 2. 2ꢀ 甘 蔗 渣 水 解 法 还 原 浸 出 过 程 动 力 学 研 究 由 图 17 可 以 看 出 , 各 温 度 下 , 浸 出 过 程 前 20 C C 6 5 H H 12 10 O O 6 5 + MnO + MnO 2 2 + H + H 2 2 SO SO 4 4 → MnSO → MnSO 4 4 + CO + CO 2 2 + H + H 2 2 O, min 左 右 的 反 应 速 度 要 明 显 高 于 后 期 。 对 图 17 中 的 试 验 数 据 进 行 处 理 , 求 得 各 浸 出 温 度 下 浸 出 过 程 前 20 min 和 20 min 以 后 的 反 应 速 度 常 数 k 如 表 5 所 示 。 根 据 表 5 结 果 , 由 阿 累 尼 乌 斯 公 式 O. ꢀ ꢀ 单 糖 不 是 很 稳 定 的 化 合 物 , 甘 蔗 渣 中 的 纤 维 素 水 解 所 生 成 的 单 糖 进 入 水 溶 液 后 , 在 高 温 和 有 氢 离 子 存 在 时 , 将 继 续 被 分 解 14] , 生 成 有 机 酸 类 、 糖 醛 等 。 这 样 一 来 , 单 糖 就 不 是 水 解 的 最 后 产 物 , 水 解 液 中 单 糖 的 含 量 取 决 于 纤 维 素 和 半 纤 维 素 水 解 成 单 糖 的 速 度 与 单 糖 分 解 的 速 度 之 差 。 因 此 , 需 要 控 制 好 水 解 条 件 , 以 便 以 最 低 的 成 本 达 到 最 大 的 锰 浸 出 率 。 [ E a . 303RT lgk = lgA - 2 和 k k E a 1 2 1 1 lg = - , ( ) 2. 303RT T T 4ꢀ 浸向出浸液出的液除中杂加净少化量及过产氧品化制氢备, 将 Fe + 全 部 氧 化 2 1 2 计 算 出 甘 蔗 渣 水 解 法 浸 出 反 应 前 20 min 和 20 min 成 Fe3 , 然 后 加 中 和 剂 调 pH 为 5. 2 左 右 , 加 适 量 硫 + 以 后 不 同 温 度 范 围 内 的 表 观 活 化 能 E 如 表 6 所 示 。 a 3 + 3 + 表 5ꢀ 水 解 法 各 温 度 下 不 同 时 间 段 内 的 反 应 速 度 常 数 化 铵 , 控 制 温 度 为 90 ℃ 反 应 1 h, 将 Fe , Al 连 同 时 间 段 / 反 应 速 度 常 数 k 85 ℃ 重 金 属 离 子 一 并 去 除 。 min 75 ℃ 95 ℃ 两 种 浸 出 液 中 Ca2 + 、 Mg2 + 的 去 除 方 法 略 有 不 同 。 硫 铁 矿 法 浸 出 液 通 过 预 浓 缩 去 除 Ca2 + ; 蔗 渣 法 浸 出 液 略 有 浑 浊 , 加 适 量 氟 化 铵 后 溶 液 清 亮 , 同 时 可 去 除 Ca2 + 、 Mg2 + [ 12] 。 0 ~ 20 2. 418 5 0. 096 0 2. 936 8 3. 443 1 0. 100 3 2 0 ~ 300 0. 098 7 表 6ꢀ 水 解 法 各 温 度 范 围 不 同 时 间 段 内 的 表 观 活 化 能 kJ/ mol 表 观 活 化 能 E 时 间 段 / a min 75 ~ 85 ℃ 20. 115 9 2. 873 5 85 ~ 95 ℃ 17. 424 3 1. 761 7 平 均 以 硫 铁 矿 为 还 原 剂 浸 出 所 得 硫 酸 锰 溶 液 经 除 杂 后 , 通 过 浓 缩 结 晶 可 制 备 出 硫 酸 锰 , 产 品 含 Mn 0 ~ 20 18. 770 0 2. 317 6 2 0 ~ 300 3 2. 04% , 达 到 工 业 要 求 。 以 蔗 渣 水 解 液 为 还 原 剂 浸 ꢀ ꢀ 由 表 6 可 见 , 温 度 在 75 ~ 85 ℃ 和 85 ~ 95 ℃ 范 出 所 得 硫 酸 锰 溶 液 由 于 混 有 某 种 有 机 成 分 而 不 易 生 产 工 业 硫 酸 锰 , 但 可 以 制 备 出 碳 酸 锰 , 产 品 含 Mn 44. 76% , 也 达 到 工 业 要 求 。 围 内 变 化 时 , 浸 出 过 程 前 20 min 的 表 观 活 化 能 均 大 于 12 kJ/ mol, 而 20 min 后 的 表 观 活 化 能 都 比 较 小 。 结 合 动 力 学 控 制 步 骤 的 特 征 , 可 以 判 断 , 甘 蔗 渣 水 解 法 浸 出 过 程 前 20 min 受 化 学 反 应 和 扩 散 混 合 控 制 , 5ꢀ 结 ꢀ 论 ( 1) 以 硫 铁 矿 法 还 原 浸 出 大 新 锰 矿 锰 矿 泥 的 适 宜 条 件 为 : 矿 泥 质 量 ∶ 硫 铁 矿 质 量 ∶ 浓 硫 酸 质 量 = 1∶ 0. 3∶ 0. 5, 液 固 质 量 比 3∶ 1 ~ 5∶ 1, 浸 出 温 度 不 低 于 95 ℃, 浸 出 时 间 3 ~ 4 h。 以 甘 蔗 渣 水 解 法 还 原 浸 出 大 ( 下 转 第 66 页 ) 2 0 min 以 后 受 扩 散 控 制 。 因 此 , 浸 出 前 期 提 高 浸 出 剂 浓 度 和 浸 出 温 度 、 减 小 初 始 颗 粒 粒 度 等 都 能 有 效 提 高 锰 的 浸 出 率 和 浸 出 速 度 , 浸 出 后 期 可 采 取 降 低 矿 粒 粒 度 的 措 施 来 提 高 浸 出 效 率 。 · 61·
  • 中矿传媒与您共建矿业文档分享平台下载改文章所需积分:  5
  • 现在注册会员立即赠送 10 积分


皖公网安备 34050402000107号