CN103725871A

CN103725871A - 一种强化高铁锰矿石铁锰分离的添加剂和方法

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Publication number: CN103725871A
Application number: CN201410038273.5A
Authority: CN
Inventors: 张元波; 李光辉; 姜涛; 游志雄; 赵熠; 范晓慧; 黄柱成; 郭宇峰; 杨永斌; 李骞; 陈许玲; 甘敏; 苏子键; 刘兵兵; 周友连; 陈军; 孙阳
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2014-01-26
Filing date: 2014-01-26
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2034-01-26
Also published as: CN103725871B

Abstract

本发明公开了一种强化高铁锰矿石铁锰分离的添加剂和方法，所述添加剂由硫酸钠、硫代硫酸钠、碳酸钠和硫化钠按一定的质量比例组成。所述分离方法是将破碎、研磨至一定粒度的高铁锰矿与本发明所述的添加剂混匀后，依次经造块，干燥，还原焙烧，焙烧产品再经冷却后破碎、磨矿、磁选分离，得金属铁粉和富含MnO的非磁性物。本发明克服了现有高铁锰矿处理方法中铁锰分离不彻底的缺点，具有铁锰分离效率高、工艺流程简单、成本低等特点。本发明适用于处理含铁品位较高的锰矿石，特别适用于处理铁锰氧化物以类质同象存在、相互嵌布紧密的高铁氧化锰矿。

Description

一种强化高铁锰矿石铁锰分离的添加剂和方法

技术领域本发明属于冶金、化工等领域，涉及一种高铁锰矿还原分离铁锰的添加剂和方法。

背景技术随着钢铁工业的迅速发展，含铁资源的需求量不断增加，由于高铁锰矿中铁含量较高，综合利用其中的铁元素，可作为钢铁生产的部分原料。同时，锰是一种重要的金属元素，主要用于钢铁工业中，其用量仅次于铁，锰与氧、硫的亲合力较大，故锰在炼钢过程中是一种重要的固硫、脱氧剂，锰能强化铁素体和细化珠光体，故能提高钢的强度，可作为钢的合金元素，锰的用途已经越来越受到人们的重视。

锰矿资源主要分为氧化锰矿、碳酸锰矿和锰多金属矿。碳酸锰矿用于生产硫酸锰、电解锰等锰系产品时，由于碳酸锰可直接溶于酸，工艺相对简单、且技术成熟，在国内外得到了广泛应用。氧化锰矿石由于其锰品位相对碳酸锰矿石高，工业上可作为制备硫酸锰和电解锰的优质原材料。但是部分氧化锰矿中由于含铁量较高，经还原焙烧直接用于酸浸将使大量的铁元素进入溶液中，造成后序净化困难，同时未将铁有效地利用。

高铁氧化锰矿的处理工艺主要分为：还原-浸出分离铁锰、磁化焙烧-磁选分离锰铁、金属化焙烧-磁选分离铁锰。

1）还原-浸出分离铁锰

此类方法是重点考查从锰矿中回收金属锰，根据工艺流程不同，可将其划分为两大类：一是直接浸出法，二是预还原焙烧—浸出法。直接浸出法是在溶液中将高价锰还原为可溶性的二价锰，溶液经净化除杂，用以制取所需锰产品。直接浸出法无高温焙烧环节，所需能耗较低，且避免了焙烧过程对环境造成的污染。根据还原剂种类的不同，主要包括：两矿一步法、二氧化硫吸收法、硫酸亚铁和金属铁浸出去、有机质还原浸出法、过氧化氢还原浸出法等。预还原焙烧—浸出工艺主要包括两矿焙烧法、煤基还原法、硫酸化焙烧、生物质还原法，硫磺还原技术等。氧化锰矿作为锰系产品生产的重要原料，电解锰行业处理氧化锰时，无论是直接浸出法或者是预还原焙烧—浸出法，在酸浸的过程中浸出锰的同时，大量的铁也进入溶液中，给净化过程造成负担，未能真正实现铁锰的有效分离。

2）磁化焙烧-磁选分离铁锰

磁化焙烧分离铁、锰的方法是将原料中的三氧化二铁还原为具有磁性的四氧化三铁，高价锰氧化物还原为MnO，再通过磁选或溶出的方法将二者分离。无论是先铁后锰或是先锰后铁的方法能在一定程度上实现铁锰的分离，但是都存在铁锰分离不彻底或锰回收率低的情况，特别是当铁锰以类质同像的形式存在时，铁锰的分离更加困难。如果先对磁化焙烧产物进行酸溶，将使更多的铁进入溶液中，造成净化困难。

3）金属化还原焙烧-磁选分离铁锰

国内外很多学者采用无烟煤、烟煤等为还原剂，以硼砂、氯化物等为添加剂进行了高铁氧化锰矿直接还原—磁选分离锰铁的研究，优化试验条件下，铁锰分离效果得到了较好的提高：在还原温度1100℃，还原时间100min，添加硼砂量为4%的条件下，磁性产物中铁品位提高到81.93%，锰品位降低到11.22%。但是此方法仍未能实现锰、铁的有效分离，磁性产品中锰含量仍在11%以上。

综上可知，目前高铁氧化锰矿的各种处理方法均存在铁锰分离效果差的问题，研究开发一种从高铁氧化锰矿高效分离铁锰的添加剂和方法，对加快该类资源的大规模利用具有十分重要的现实意义。

发明内容

本发明旨在克服现有技术之不足，提供一种工艺流程简单、铁锰分离效率高的强化高铁锰矿石铁锰分离的添加剂和方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种强化高铁锰矿石铁锰分离的添加剂，由以下重量份的成分组成：

优选由以下重量份的成分组成：

一种强化高铁锰矿石铁锰分离的方法，包括以下步骤：

（1）将高铁锰矿石破碎、研磨至-0.074mm占80%以上，得细磨矿；将权利要求1或2所述添加剂各组分按重量份配比混合后细磨至-0.074mm粒级占添加剂总质量的百分数不低于80%，得研磨后的添加剂；

（2）将所述研磨后的添加剂加入所述细磨矿中，所述添加剂的用量占细磨矿质量用量的2%～6%，混合均匀后，造块，干燥，得干团块；

（3）以固体还原剂或气体还原剂为介质，将干团块加热焙烧，还原焙烧温度为1000℃～1100℃，焙烧时间为30min～90min；焙烧产品冷却后破碎，磨矿，磁选分离，获得金属铁粉和富含MnO的非磁性物。

步骤（1）中所述高铁锰矿石优选为总铁质量含量大于20%，总锰质量含量大于30%的铁锰矿石。

步骤（2）所述添加剂的用量优选占细磨矿质量用量的4%～5%。

步骤（3）所述还原焙烧温度优选为1040℃～1070℃，焙烧时间优选为40min～60min。

步骤（3）所述固体还原剂优选为烟煤、褐煤、泥炭、生物质炭和提质煤中的一种或几种。步骤（3）所述气体还原剂也可以为还原性气体，例如CO、H₂、水煤气等。

本发明的原理简述如下：

添加剂中硫酸钠、硫代硫酸钠组分在还原过程中可被还原成Na₂O、SO₂、S等，碳酸钠组分高温加热后分解为Na₂O，新生的Na₂O一方面易与高铁锰矿中的SiO₂、Al₂O₃等脉石组分发生反应，破坏锰铁氧化物相互嵌布紧密的结构，另一方面，可促进铁氧化物快速还原为金属铁晶粒；Na₂S组分和新生的S、SO₂等，能加速高价锰氧化物还原为MnO，为锰铁的分离创造物质条件。添加剂中的各种组分共同作用，协同增效，具有显著分离铁锰的效果。

与现有处理高铁氧化锰矿的方法相比，本发明具有如下突出优点：

1）本发明的添加剂四种成分之间产生了协同增效作用，具有显著促进铁锰分离的效果。

2）采用本发明方法，铁锰分离效果显著，且铁、锰回收率高，优选条件下，获得的磁性物金属铁粉中Fe的含量大于88%，Mn的含量低于5%，铁回收率高于95%；非磁性物富锰料中Mn的含量大于55%，Fe的含量小于2%，锰回收率高于90%。

3）采用本发明获得的磁性铁粉可用作优质炼钢炉料，非磁性物可作为生产硫酸锰或电解锰的富锰原料。实现了高铁锰矿的高效分离和回收利用。

综上所述，本发明的添加剂具有显著促进铁锰分离的效果，本发明的方法，工艺流程简单，锰铁分离效果彻底、铁锰回收率高，易于工业化生产，特别适用于处理铁锰氧化物嵌布粒度细、结合紧密的高铁氧化锰矿。

附图说明

图1是本发明一种强化高铁锰矿石铁锰分离的方法的工艺流程图。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明做进一步解释和说明，实施例中所述百分含量均为质量百分含量。

实施例1：

首先将高铁锰矿（TFe23.48%，TMn34.73%）破碎、磨矿至-0.074mm占89%；然后按占锰矿粉质量百分比的2%配入添加剂（按照质量百分含量，添加剂由60%硫酸钠、15%硫代硫酸钠、10%碳酸钠、15%硫化钠混合组成），所述添加剂中-0.074mm粒级大于80%，然后依次经混匀、造球、干燥后，以烟褐煤作为还原剂，在1075℃的温度下还原40min，还原产物破碎、磨矿至-0.074mm占80%，以1000Gs的磁场强度进行磁选。所得精矿中铁品位86.50%，铁回收率93.16%，锰品位6.28%；尾矿中锰品位54.11%，锰回收率87.71%，铁品位3.46%。

实施例2：

首先将高铁锰矿（TFe23.48%，TMn34.73%）破碎、磨矿至-0.074mm占83%，然后按占锰矿粉质量百分比的5%配入添加剂（按照质量百分含量，添加剂由55%硫酸钠、19%硫代硫酸钠、13%碳酸钠、13%硫化钠混合组成），所述添加剂中-0.074mm粒级大于80%；然后依次经混匀、造球、干燥后，以烟煤作为还原剂，在1050℃的温度下还原45min，还原产物破碎、磨矿至-0.074mm占80%，以1000Gs的磁场强度进行磁选。所得精矿中铁品位88.30%，铁回收率95.41%，锰品位4.35%；尾矿中锰品位55.81%，锰回收率90.46%，铁品位1.62%。

实施例3：

首先将高铁锰矿（TFe23.48%，TMn34.73%）破碎、磨矿至-0.074mm占86%，然后按占锰矿粉质量百分比的6%配入添加剂（按照质量百分含量，添加剂由50%硫酸钠、20%硫代硫酸钠、15%碳酸钠、15%硫化钠混合组成），所述添加剂中-0.074mm粒级大于80%；然后依次经混匀、造球、干燥后，以生物质炭作为还原剂，在1100℃的温度下还原30min，还原产物破碎、磨矿至-0.074mm占80%，以1000Gs的磁场强度进行磁选。所得精矿中铁品位87.20%，铁回收率94.05%，锰品位5.18%；尾矿中锰品位55.07%，锰回收率89.11%，铁品位2.16%。

实施例4：

首先将高铁锰矿（TFe23.48%，TMn34.73%）破碎、磨矿至-0.074mm占80%，然后按占锰矿粉质量百分比的3%配入添加剂（按照质量百分含量，添加剂由60%硫酸钠、20%硫代硫酸钠、15%碳酸钠、5%硫化钠混合组成），所述添加剂中-0.074mm粒级大于80%；然后依次经混匀、造球、干燥后，以提质煤作为还原剂，在1000℃的温度下还原90min，还原产物破碎、磨矿至-0.074mm占80%，以1000Gs的磁场强度进行磁选。所得精矿中铁品位85.42%，铁回收率92.42%，锰品位6.89%；尾矿中锰品位53.89%，锰回收率86.67%，铁品位3.87%。

对比例1：（未使用添加剂）

首先将高铁锰矿（TFe23.48%，TMn34.73%）破碎、磨矿至-0.074mm占80%；将细磨后的锰矿粉造球、干燥后，以烟煤作为还原剂，在1100℃的温度下还原120min，还原产物破碎、磨矿至-0.074mm占80%，以1000Gs的磁场强度进行磁选。所得精矿中铁品位62.31%，铁回收率88.39%，锰品位16.36%；尾矿中锰品位48.30%，锰回收率70.67%，铁品位9.06%。

对比例2-5：

其它试验条件同实施例2，只改变添加剂组成，获得的分离指标如下表所示。

备注：所述5%是指添加剂的用量占细磨矿质量用量的5%。

由以上数据可见，本发明的添加剂之间产生了协同增效作用，采用本申请所述的添加剂效果优于只添加任意一种组分时的分离效果。

对比例6-8

固定添加剂组分（按照质量百分含量，添加剂由55%硫酸钠、19%硫代硫酸钠、13%碳酸钠、13%硫化钠混合组成，同实施例2），仅改变添加剂的用量，其它试验条件同实施例2。

由以上数据可见，在分离方法中，添加剂的使用以及添加剂的用量是一个较关键的控制因素，从实施例2和对比例6-8可以看出，是否使用添加剂对最终的分离效果有很大的影响，但是添加剂也不是添加的越多越好，所述添加剂的用量占细磨矿质量用量的2%～6%时分离效果最佳。

Claims

1.一种强化高铁锰矿石铁锰分离的添加剂，其特征是，由以下重量份的组分组成：

硫酸钠 50份-60份，

硫代硫酸钠 15份-20份，

碳酸钠 10份-15份，

硫化钠 5份-15份。

2.根据权利要求1所述强化高铁锰矿石铁锰分离的添加剂，其特征是，由以下重量份的组分组成：

硫酸钠 53份-55份，

硫代硫酸钠 17份-19份，

碳酸钠 12份-13份，

硫化钠 10份-13份。

3.一种强化高铁锰矿石铁锰分离的方法，其特征是，包括以下步骤：

（2）将所述研磨后的添加剂加入所述细磨矿中，所述添加剂的用量占细磨矿质量用量的2%~6%，混合均匀后，造块，干燥，得干团块；

（3）以固体还原剂或气体还原剂为介质，将干团块加热焙烧，还原焙烧温度为1000℃~1100℃，焙烧时间为30 min ~90 min；焙烧产品冷却后破碎，磨矿，磁选分离，获得金属铁粉和富含MnO的非磁性物。

4.根据权利要求3所述强化高铁锰矿石铁锰分离的方法，其特征是，步骤（2）所述添加剂的用量占细磨矿质量用量的4%~5%。

5.根据权利要求3所述强化高铁锰矿石铁锰分离的方法，其特征是，步骤（3）所述还原焙烧温度为1040℃~1070℃，焙烧时间为40 min ~60 min。

6.根据权利要求3所述强化高铁锰矿石铁锰分离的方法，其特征是，步骤（3）所述固体还原剂为烟煤、褐煤、泥炭、生物质炭和提质煤中的一种或几种。

7.根据权利要求3所述强化高铁锰矿石铁锰分离的方法，其特征是，步骤（3）所述气体还原剂为CO、H₂和水煤气中的一种或几种。