微波强化黄铁矿还原软锰矿湿法研究

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锰是国家重要的战略储备资源,广泛应用于冶金、电池、化肥等领域,在社会生产和国民经济中发挥着不可替代的作用。然而,我国丰富的低品位软锰矿(Mn%<30%)资源却由于其开采成本高、矿石利用率低、单位能耗比高并且污染严重等问题导致其工业化利用困难。相较于常规加热,微波加热不仅具有快速加热的特性并且可以提高还原过程的反应速率;同时,黄铁矿作为生产硫酸的原料之一,在还原软锰矿的工艺中不仅可以作为还原剂,还能减少硫酸的用量。因此,基于当前对开发环境友好型且经济有效型低品位软锰矿还原技术的迫切性,本文提出一种微波加热黄铁矿湿法还原低品位软锰矿的新工艺,以广西某矿石企业提供的低品位软锰矿为研究对象,围绕黄铁矿还原浸出软锰矿以及微波加热过程,进行了如下研究:(1)以黄铁矿作为还原剂在不同加热方式下,分别进行湿法浸出实验。实验结果表明,在相同实验条件下,微波能够强化低品位软锰矿中锰的浸出,并且在同等浸出率下,能够降低25%的黄铁矿的用量以及减少10%以上的硫酸用量;与此同时,在最优条件下,微波加热下锰的浸出率相较于常规加热提高了19%以上;随后,通过对浸出动力学分析表明,微波强化低品位软锰矿还原浸出过程是受表面化学反应控制,表观活化能为45.03k J/mol,控制方程为:1-(1-x)1/3=3425.32/r0·[H2SO4]1.316·[FeS2/Mn O2]0.907·exp(-45.03/(RT))·t。并且分析浸出渣的物相表明,微波能够减少单质硫的产生,从而降低单质硫在矿物颗粒表面的吸附,使得体系中存在Mn O2/Fe2+以及FeS2/Fe3+腐蚀电位之间电子通道保持畅通,进而提高低品位软锰矿中锰的浸出率;同时,微波的电磁辐射在一定程度上加剧溶液的扰流运动,在一定程度上加速氧化还原反应的进程。(2)软锰矿-黄铁矿-硫酸体系介电研究表明,单一的硫酸体系的介电常数为(36.886(F/M))低于两矿加酸的混合体系介电常数(37.787(F/M)),表明矿物的加入使得混合体系的吸波性能得到强化并且表明微波不仅单纯加热液体,也能直接作用于其内部矿物,进而实现低品位软锰矿的高效还原。通过对比常规加热以及微波加热后矿物的形貌可以发现:微波加热下的矿渣具有疏松多孔的结构且表面出现许多裂缝和孔洞,这归因于微波具有选择性加热的特性。(3)元素硫生产机理及影响。基于实验所得物相分析表明,黄铁矿在被氧化过程中硫的氧化过程主要有Sx2-、S0、SxOy2-等不同价态硫化物,其中单质硫形成的钝化层是导致目前工业上两矿加酸中锰浸出率低的一个重要原因。实验分析表明,微波加热可以有效缓解硫单质的生成,促进低价硫的氧化还原反应,进而大幅提高锰浸出效率。综上所述,微波加热黄铁矿还原低品位软锰矿可以极大地提高低品位软锰矿中锰的浸出,降低处置成本,为今后实现低品位软锰矿的低能耗生产和高效清洁利用提供了新方向。
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