（化学工程专业论文）由富锰渣制备氯化锰的工艺研究.pdf

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 富锰渣是由贫锰矿富集得到的，其锰含量约为3 5 4 5 ，我国富锰渣年产量 在2 0 2 5 万吨，目前主要是作为冶炼锰铁合金的原料。由于其用途单一，易受到 铁合金行业市场波动的影响。为拓展富锰渣的利用途径，本文对以富锰渣为原料、 盐酸作浸出剂，经酸浸、除杂、结晶、干燥制备无水氯化锰的工艺进行了探索。 对酸浸过程，主要研究了浸出时间、浸出温度、盐酸浓度和用量对浸出的影 响。研究表明：在正交试验设计水平条件下，上述因素对锰的浸出率产生影响 的大小顺序为：浸出温度 盐酸浓度 盐酸用量 浸出时间；当控制浸出条 件为：盐酸浓度2 m o l l 、浸取时间l h 、反应温度2 5 、盐酸用量为理论用量的 1 8 0 时，锰的最佳浸出率为8 7 7 4 。 除杂操作中，对铁的分离、中和剂的选择、锰、镁的溶剂萃取分离工艺进行了探 索。结果表明：酸浸液中f e 2 + 经m n 0 2 于8 0 氧化成f 矿，f e 3 何用0 9 m o l l 的p 2 0 4 煤油溶液于常温、o a = 1 0 ：1 、萃取时间= 2 0 r n i n 条件下经单级萃取f c 3 + 的萃取率为9 9 4 ，萃余相d o f e 3 + h c ic o n c e n t r a t i o n h c id o s a g e l e a c h i n gt i m e ；( 孕拍e h i g h e s tl e a c h i n gr a t eo fm a n g a n e s ei s8 7 7 4 ，w h e nh c ic o n c e n t r a t i o ni s2 m e l l , l e a c h i n gt i m el kt e m p e r a t u r e2 5 a n dh c ld o s a g e1 8t i m e s 船m u c h 尊st h e o r y i nt h eo p e r a t i o no f i m p u r i t yr e m o v i n g , f e a s i b i l i t yo f i r o ns e p a r a t i o nw a gs t u d i e d ，s oa s s e l e c t i n go fn e u t r a l i z e ra n dp r e c i p i t a n t ，t h e m e t h o do fm a n g a n e s eo rm a g n e s i u m s e p a r a t i o nb ys o l v e n te x t r a c t i o n i te o n c l u d e d ：( l ) p i c k l i n gs o l u t i o nw a so x i d a t e de n o u g h b ym n 0 2a t8 0 ，f 矿+ c o u l d b ec o m p l e t e l ye x t r a c t e df o r2 0m i n u t e sa tr o o m t 黜p 嗽t u r eb y0 9 m o i lp 2 0 4d i s s o l v e di nk e r o s e n e i ta l s oc o u l db eh y d r o l y z e da n d t h e np r e c i p i t a t e dw i t ha l u m i n u m ( p h = 5 - - 6 ) ；国) m a n g a n e s ec a r b o n a t ew a ss e l e c t e da s n e u t r a l i z e r ；( 茎) c a 2 + c o u l db ep r e c i p i t a t e db ym a n g a n e s es u l f a t e ；( 薹) h e a v ym e t a lc o u l db e p r e c i p i t a t e da tp i c k l i n gs o l u t i o np h = 1 8 ，t e m p e r a t u r e5 0 6 0 ca n d s o d i u ms u l f i d ea s v u l c a n i z a t i o np r e c i p i t a n t ；( 鸯a c i d i ce x t r a e t a n tp 2 0 4i ss u i t a b l ef o re x t r a c t i n gm a n g a n e s e a n dm a g n e s i u m s e p a r a t i n gm na n dm gc o u l db eo p e r a t e df o r2 0m i n u t e s 砒2 5 cw i t h 0 9 m o f lp 2 0 4d i s s o l v e di nk e r o s e n eb ym u l t i s t a g ec o u n t e r - c u r r e n te x t r a c t i o nm e t h o d t h ea v e r a g es e p a r a t i o nc o e f f i c i e n tw a s4 7 。2 3 ，a n dt h el o a d i n go r g a n i cp h a s ec o u l db e r e c o n s t i t u t e db ys t r i p p i n gw i t h2 m o l lh c i t h em a n g a n e s ec h l o r i d ec o u l db eo b t a i n e db yc o n c e n t r a t i n g ，e r y s a l i n ga n dd r y i n g d e c o n t a m i n a t e ds o l u t i o n , i nw h i c ht h ec o n t e n to fm a n g a i l e s ec h l o r i d ei s9 5 1 0 。, 6 弱糖 p r o d u c tc o u l da c h i e v ei n d u s t r i a ll e v e l 。 k e yw o r d s ：r i c h - m a n g a n o u ss l a g s ；p i c k l i n g ；i m p u r i t yr e m o v i n g ；m a n g a n e s ec h l o r i d e h 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重废塞堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：劳乏锰 签字日期：卯占年胡占日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重宏盍堂有关保露、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重废太堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( v ) 。 ( 请只在上述个括号内打“”) 学位论文作者签名： 苏乏锰 签字日期：2 占年1 2 月日 导师签名：阈么、盼 签字日期：加易年，声月目 重庆大学硕士学筏论文 1 绪论 1 绪论 我灞锰矿德爨程载葬器繁七链，已搽翳| l 冬鼹整这6 钇多缱，保鸯继爨5 钇多 吨，其特点是贫、杂、鲴，蹶矿平均品位约2 2 ，质爨磐遐较差，符合图际商品 级富矿石( m n 含量4 8 ) 的矿床极其缺芝【l l 。据资料统计，我国富锰矿石( 氧 化矿m n 会量3 0 碳酸缓矿m n 会量2 5 ) 健量缀少，保有储量3 9 7 4 a 万吨， 仪占全谶总储羹的6 7 1 。在融探嘎的储鬃中，碳酸锰矿石怒最主要的矿糟类型， 其m n 黼位一般在2 0 瑷下。我黧贫锰矿懿特燕是褰铰、瓷磷。按爨辫家烧定戆 工蚍要求，在已勘查的2 0 9 处锰矿区中，禽铁爨偏高( m n 与f e 含墩比7 ) 的矿 嚣露1 2 3 缝，保露籀爨4 3 2 0 5 3 万噫，专总锉鬣魏7 2 。9 8 ，毫铁碳酸键矿嚣2 7 4 4 9 。l 万越，占羰酸锾矿熬羽。7 3 ；舅井，锰矿蕊含磷量也偏舞，p 蓐i v l n 禽量比 o 。0 0 5 的矿区有7 1 处，保有储量2 9 3 6 1 2 万吨，占总储量的4 9 5 9 ，高磷碳酸锰矿石 2 3 8 5 8 。l 菇吨，菇碳酸锾矿豹6 0 。6 l 。 富镭渣法燕一种火法选矿方法，它是将不熊直接用乎冶炼的商铁高磷难选锰 矿器在海炉内或龟炉肉逶行逸择逶琢，在保诞铰、磷等嚣素兖分还淼鹣蔫撵下， 抑制锰的还原，从而得到高镟低磷，m ( m n ) m ( f e ) 值犬的富锰渣。 l 。l 塞缝渣筒贪 1 1 1 窝锰渣的生产 瑟藏冶炼富镶渣魏方法衣越妒法、奄妒法酾转炉滋三静，其孛舞妒法秘电炉 法是选撵性还原，丽转炉法憝选择栏氧化。转炉法实黪成用较少，稀仅将高炉法 和嘏炉法生产王麓分述如下： 岗炉法【2 】 嵩炉冶炼富键渣怒灾法蜜集簸淫赢铰蕊磷鼹选贫矿黥耋婺方法，瞧燕毽内拜 瘟照怨较多数努法。蠢妒法豹基本覆理是逡襻羧还骧( 铁、磷被还原进入生铁， 锰的高价氧化物还原为低价氧化物) 和高温作用下的碳酸盐分解与缩晶水的挥发， 麸掰遮裂锰富集鹃强豹。其孛聚芙键戆是逸耩髅还原。 高炉法生产富锰渣的工琶麓一般生铁搿炉掬似，其基本流程是，将含格的炉 料( 锰矿和焦炭) 从炉顶装入炉内，热风获下部风口戴入炉内，燃烧焦凝，生成 煤气( c o ，c 0 2 ，h 2 ，n 2 ) 上升，并放出大量的热。农筒炉内，煤气上升和炉料 下降这一糖对运动中，发生一系弼物理证学交识。矿石串的铁和磷遥瓣生成生铰， 瑟键魏离徐氧纯貔还艨秀羝徐氧纯谚，烈戮m n o 再与躲嚣巾s i 晓生成m n 2 s i 0 4 而进入炉渣。煤气从炉顶逸出经除尘净化艏，樽作热风炉的成别的燃料。冶炼好 熏庆大学硕士学位论文l 绪论 豹浚铁经铁日播蹬，在炉懿经分离后分别东铁摸彝渣焱铸块。 电炉法f 3 】 电炉冶炼寓锰渣基本原理与高炉冶炼富锰渣是一致的。所不同的是热源不同， 崭炉冶炼是焦炭燃料燃烧发热，而电炉冶炼是电能发热，加入少爨媳焦炭仅做还 原裁瘸，魏入少爱萤石或硅器作溶蘩，毫妒不是鼓最浚炼，藏潆气发生羹少。 电炉法冶炼富锰渣大都采用还原电炉( 矿热炉) ，怒将配合好的炉料( 锰矿石、 焦炭、萤石或礁石) 从炉顶装入炉内，按着把三根电檄插入炉料中，电流从电极 零入炉内，毫妒 芰靠产生豹毫毅熬窝电滚逶过炉辩、妒渣窝金属露绣产生靛毫瓣 热进行加热，傻矿石熔位避彳子冶炼。妒肉冶炼过程巾系列物理化学反应与高炉 相同。冶炼产擞的金属和炉涟集于炉底，通过出铁口嫩期排放。镟渣和铁水流出 詹，经分离嚣分别铸块，照餐炉料盼熔化，新豹炉料不断从炉顶加入，冶炼过穰 连续进行。 1 1 2 富锰渣的性质及矿物组成 富锰渣一般成块状、绿识，密度3 5 4 0 9 c r n 3 ，不溶于水，具有熔化性低、 爨凄较零秘稳定毪较好豹特患。由于蜜镰渣是在裹瀑熔融条磐下褥列熬，其襁皴 设能良好，强度好且不易因自然风湿而粉化，便于储存和运输。富锰濂主要由m n o 、 s i 0 2 和a 1 2 0 3 缀成，同时也食有少量的c a o m g o ，f e o m n s 镣，富锰渣中锯 会爨最低为3 0 5 ，最高为5 0 8 ，通常农3 3 4 2 之翘1 4 】。高炉鬻锾渣豹矿物成 分主要由锰椽筏石、锰蔷薇耨葛、锰石穗子石窥玻璃缓等组成，箕矿物维成帮熔 化温度如下表： 表1 1 蜜锰渣魏矿耪缌残移_ 黪纯滠瘦瓣 化合物理论成分， 熔化温度， 名称化学组成m n os i 0 5 a 1 2 0 3 方锾矿m n o1 0 01 7 8 5 锰檄榄石2 m n o s i 0 2 7 0 429 61 3 2 7 锰蔷薇辉石m n o s i 0 2 5 4 24 5 81 2 6 5 锤嚣穗子石 3 m n o a 1 2 0 3 3 s 1 0 2 4 3 ，o3 6 2 0 61 2 0 5 锰萤脊石 2 m n o + 2 a | 2 0 3 5 8 i 0 2 2 2 o4 6 53 1 5 锰尖晶石 m n - a 1 2 0 3 4 1 15 8 91 5 6 0 筐是在不弼静冶炼条件下，形成静矿纺成分也不阕。蕹j e 京镪铁辑究院的资 料吼新余钢铁厂生产的富锰渣主要由锰橄榄石、锰尖懿石、锰微辉石和玻璃体等 2 羹痰丈学硬学德论文 1 绪谂 成分缀成，星镶褴绥藩盈分裙臻匀，熔轰较离。露潦浮富镟渣磊裁整缨妖条与玻 璃薅稠瓣，嬉点较低。 1 2 富锰渣的利用现状 目前，富鬣渣农铁合金方筒的月途煮要有以下凡个方磷；餍作生产锰硅含 余的原拳率孵，夜电炉冶炼锰稔台鑫时，富鬣渣酝院一般为3 0 4 0 ，嚣酶是谲貉 入炉镁原料的m ( m n ) m ( f e ) 和r e ( p ) m c m n ) 。由于富镟渣禽s i 0 2 商，主要用于缴 产镶硅含金。夔产离硅锰硅念金，蠹予餮求会锾原耩巾魏锾含量夫子4 0 ，铁拳 - 3 = 1 ，磷夸予o 犸，足乎怒全部谩雳窝镰漆才戆冶炼懋会撂产菇。 翅子火滚 擞产金属锰的服剃3 1 ，采用电硅热法生产金属锰时，全部使用富锰渣( m ( m n ) 4 0 ，聪0 铝 锰 硅。 由此可知：由于反应( 2 5 ) 、( 2 6 ) 和( 2 7 ) 是化合物直接和酸进行的反应，反应 速度较快，在加入盐酸之后，铁率先进入液相；锰和铝则是以m n a 1 2 0 3 形式存在， 与盐酸的反应速度小于前者，因此在开始阶段锰的浸出率并不高。 ( 3 ) 盐酸用量 富锰渣5 0 9 ，浸出温度为7 5 ( 2 ，浸出时间为4 h ，盐酸浓度为3 0 m o l l ，采用定 量分次加酸法，试验结果见图2 8 ( 图中的盐酸用量为实际用酸量与理论用酸量的 百分比) 。 1 7 重庆人学硕士学位论文2 富锰渣的浸出 芒 * 丑 崩 1 0 d1 5 0 盐酸用置 图2 8 盐酸用量对浸出的影响 f i g2 8e f f e c to f h c ! c o n s m p o no nl e a c h i n gr a t e 由图2 8 可知，铁、锰和铝的浸出率均在盐酸用量为理论用量的2 0 0 时开始 下降，硅的浸出率基本保持不变这是由于随着盐酸用量的增加，矿渣中的铝逐 渐进入液相，而硅的形态也发生变化，当酸用量超过理论用量的2 0 0 时，硅和 铝形成凝胶，导致不溶渣量增加。同时凝胶包裹大量的铁、锰，致使不溶渣颜色 发黄。酸用量超过理论用量的1 8 0 时虽然锰浸出率较高，但铝也大量进入液相， 这将增加水解除铝时的碱用量。从浸出率和酸耗两方面考虑，酸用量应控制在 1 5 0 1 8 0 。 ( 4 ) 盐酸浓度 富锰渣5 0 9 ，盐酸用量为理论用量的1 8 0 ，浸出温度为7 5 c ，浸出时间为 4 h ，采用定量分次加酸法，试验结果见图2 9 。 盐酸浓度t o o l l - 1 图2 9 盐酸浓度对浸出的影响 f i g2 9e f f e c to f h c ic o n c e n t r a t i o no nl e a c h i