锰及锰矿石性能介绍.doc

锰及锰矿石性能介绍（编者：梅虹）一 锰的基本知识1简要说明金属锰，是化学元素周期表中第四周期的第七族元素，原子量为54.94，元素符号为Mn，英文名称为“manganese”，在1774年由瑞典的甘恩，用软锰矿和木炭在坩埚中共热，发现一纽扣大的锰粒，由此发现了锰。锰为银白色金属，质坚而脆。密度7.20g/cm3，熔点1244+3，沸点1962。化合价+2、+3、+4、+6和+7。其中以+2价（Mn2+的化合物）、+4价（二氧化锰，为天然矿物）和+7价（高锰酸盐，如KMnO4）为稳定的氧化态，在固态状态时它以四种同素异形体存在。锰的电离能为7.435电子伏特，在空气中易氧化，生成褐色的氧化物覆盖层。它也易在升温时氧化，氧化时形成层状氧化锈皮，最靠近金属的氧化层是MnO，而外层是Mn3O4。在高于800的温度下氧化时，MnO的厚度逐渐增加，而Mn3O4层的厚度减少。在800度以下出现第三种氧化层Mn2O2。在约450以下最外面的第四层氧化物MnO2是稳定的。能分解水且溶于稀酸，并有氢气放出，生成二价锰离子。锰在加热条件下，粉状的锰与氯、溴、磷、硫、硅及碳元素都可以化合。锰在地球岩石圈中以及硅酸盐相的陨石中表现有强烈的亲石性质，但在岩石圈上部则有强烈的亲氧性质，锰与铁在岩石圈中以及陨石中虽有许多相似的化学性质，但锰并不亲铁。2锰矿石基本分类详述锰元素广泛存在于各种矿石中，但有工业开发价值的含锰矿石则锰含量至少必须在6%以上，并统称为“某锰矿石”。锰矿石的分类方法很多，按矿矿床成因类型分为沉积型、变质型、风化型等锰矿石；按矿石中的铁、锰含量分为锰矿石和铁锰矿石；按工业用途分为冶金用锰矿和化工用锰矿。近几年，国内又提出一种以矿石工业特性为依据的新分类方法。此外，还有一种按矿物的自然类型和所含伴生元素分为碳酸锰矿石、氧化锰矿石、混合型矿石及多金属矿石。本方法是对锰矿石的类基本上是采用公认的按矿物的自然类型和所伴生元素的分类方法，其详细分类如下：碳酸锰矿石：是指矿石中所含以各种碳酸盐锰矿物形态存在的锰，其含量占矿石中锰含量总量的85%以上者。氧化锰矿石：是指矿石中以各种氧化锰矿物形态存在的锰，其含量占矿石中含锰总量的85%以上者。混合锰矿石：是指矿石中以各种碳酸盐锰或氧化锰矿物形态存在的锰，其含量占矿石中含锰量均小于85%以下者。多金属锰矿石：从锰矿物类型而言它无异于前三种锰矿类型，其主要特点除锰矿物外还含有其他金属和非金属矿物。 常见的含锰矿物列表说明类别矿物名称化学分子式理论含锰量（%）实际含锰量（%）氧化物类软锰矿MnO25663.25563硬锰矿mMnOMnO2H2O35604560偏锰酸矿MnO2H2O44524045水锰矿Mn2O3H2O62.55062褐锰矿Mn2O369.56069黑锰矿Mn3O472.06572方锰矿MnO77.4碳酸盐类菱锰矿MnCO347.84045钙菱锰矿（Mn，Ca）CO33033锰方解石（Ca，Mn）CO3725锰菱铁矿（Mn，Fe）CO32332硅酸盐类蔷薇辉石MnSiO33236钙蔷薇辉石（Ca，Mn）SiO31220锰橄榄石2MnO2SiO32354.3锰石榴石3MnOAl2O33SiO31533.3硫化物类硫锰矿MnS63褐硫锰矿MnS246.241.80硼酸盐类锰方硼石Mn3（B7O12）O-Cl3锰的矿物原料特征在自然界中已知的含锰矿物约有150多种，分别属氧化物类、碳酸盐类、硅酸盐类、硫化物类、硼酸盐类、钨酸盐类、磷酸盐类等，但含锰量较高的矿物则不多。现就几种常见的锰矿物叙述如下：(1)软锰矿（MnO2）：主体为二氧化锰，四方晶系，晶体呈细柱状或针状，通常呈块状、粉末状集合体。颜色和条痕均为黑色。光泽和硬度视其结晶粗细和形态而异，结晶好者呈半金属光泽，硬度较高，而隐晶质块体和粉末状者，光泽暗淡，硬度低，极易污手。比重在5左右。软锰矿主要由沉积作用形成，为沉积锰矿的主要成分之一。在锰矿床的氧化带部分，所有原生低价锰矿物也可氧化成软锰矿。软锰矿在锰矿石中是很常见的矿物，是炼锰的重要矿物原料。(2)硬锰矿（BaMn2+Mn94+O203H2O）：是钡和锰的氧化物。与很多在地下形成的矿物不同，硬锰矿是在地表条件下形成的次生矿物，它们原来一般是锰的碳酸盐或硅酸盐矿物，后来在某种条件下又变成了现在这种矿物。硬锰矿色泽从深灰到黑色，表面光滑，半金属光泽，葡萄或钟乳状块体。属单斜晶系，晶体比较少见，硬度为46，比重为4.44.7。硬锰矿主要是外生成因，见于锰矿床的氧化带和沉积锰矿床中（是褐锰矿，黑锰矿以及含锰碳酸岩和硅酸盐风化的产物），亦是锰矿石中很常见的锰矿物，是炼锰的重要矿物原料。其在世界范围内广泛分布，重要的产地有德国Saxony的Schneeberg、法国的Romanechc和中印度的TekraSai等地。(3)水锰矿【MnO2Mn(OH)2；MnOOH,MnO 40.4%，MnO2 49.4%，H2O 10.2%】：单斜晶系，晶体呈柱状，柱面具纵纹。在某些含锰热液矿脉的晶洞中常呈晶簇产出，在沉积锰矿床中多呈隐晶块体，或呈鲕状、钟乳状集合体等。矿物颜色为黑色，条痕呈褐色，半金属光泽。硬度为34，比重为4.24.3。水锰矿既见于内生成因的某些热液矿床，也见于外生成因的沉积锰矿床，是炼锰的矿物原料之一。水锰矿是碱性的锰氧化物矿物，是次于软锰矿和硬锰矿的可以用来提炼锰的矿石。水锰矿呈暗灰色到黑色，它一般为一束束平行排列的晶束状或纤维状块体，也有呈粒状或钟乳状的。(4)黑锰矿（MnMn2O4）：又称“四氧化三锰”，四方晶系，晶体呈四方双锥，通常为粒状集合体。颜色为黑色，条痕呈棕橙或红褐。半金属光泽。硬度5.5，比重4.84。黑锰矿由内生作用或变质作用而形成，见于某些接触交代矿床、热液矿床和沉积变质锰矿床中，与褐锰矿等共生，亦是炼锰的矿物原料之一。(5)褐锰矿（Mn2O3）：又称“三氧化二锰”，四方晶系，晶体呈双锥状，也呈粒状和块状集合体产出。矿物呈黑色，条痕为褐黑色，半金属光泽。硬度为6，比重为4.75.0。其他特征与黑锰矿相同。(6)菱锰矿（MnCO3）：又称“碳酸锰”，三方晶系，晶体呈菱面体，通常为粒状、块状或结核状。矿物呈玫瑰色，容易氧化而转变成褐黑色，玻璃光泽。硬度为3.54.5，比重为3.63.7。由内生作用形成的菱锰矿多见于某些热液矿床和接触交代矿床；由外生作用形成的菱锰矿大量分布于沉积锰矿床中。菱锰矿是炼锰的重要矿物原料。(7)硫锰矿（MnS）：又称“硫化锰”，等轴晶系，常见单形有立方体（六面体）、八面体、菱形十二面体等，集合体为粒状或块状。颜色钢灰至铁黑色，风化后变为褐色，条痕呈暗绿色，半金属光泽。硬度为3.54，比重为3.94.1，性脆。硫锰矿大量出现在沉积变质锰矿床中，是炼锰的矿物原料之一。二 我国锰矿石用量和主要用途锰矿石主要用于金属冶炼行业，锰元素作为钢材产品中重要的添加元素，与钢铁生产量有着紧密的联系。素有“无锰不成钢”之说，其90%95%以上的锰都是用在钢铁工业中，根据我国多年来钢铁工业的实际数据来分析，国内每吨钢的产量约消费锰成品矿石（以含锰品位30%计）4%左右。以2009年为例，我国全年的粗钢产量为5.82亿吨，所要用的锰矿石至少为2280万吨标准矿，国内产量仅能满足其35%左右，而65%锰矿石的缺口要依赖进口，也就是说至少需进口标矿（锰含量为30%）1480万吨。2009年我国实际进口了961.76万吨（绝大部分锰的品位在43%以上，高于30%的标矿指标）才基本上满足了钢铁业的需求。锰是钢铁工业不可缺少的原料，冶金工业中用锰来制造含锰特种钢，在钢中加入少量的锰，就能增加硬度、延展性、韧性、抗磨能力等。锰钢是制造机器、船舶、车辆、铁轨、桥梁、大型厂房必需的材料。锰铁合金在炼钢时，还作为还原剂，用以脱氧、脱硫，提高钢的质量和产量。除了上述钢铁业的基本需求，其余105的锰则用于其他工业领域，如化学工业（制造各种含锰盐类）、轻工业（用于电池、火柴、印漆、制皂等）、建材工业（玻璃和陶瓷的着色剂和褪色剂）、国防工业、电子工业，以及环境保护和农牧业，等等。总之，锰在国民经济中具有十分重要的战略地位。锰与铜、镍、铝、钴等制成各种合金，用以制造机械部件、飞机和船舶的器材、标准电阻丝等。软锰矿（二氧化锰粉）用作于电池的消极剂，在陶瓷、搪瓷生产中作氧化剂和釉色，在玻璃生产中用以消除绿色和制装饰玻璃。锰的化合物，如硫酸锰、碳酸锰、高锰酸钾等，是化学试剂、医药、染料、油漆、合成工业等的重要原料。锰矿产品包括冶金锰矿、碳酸锰矿粉、化工用二氧化锰矿粉和电池用二氧化锰矿粉等。使用锰矿产品的冶金部门、轻工部门和化工部门根据不同的用途对锰矿产品有不同的质量要求。（一）冶金工业对锰矿石的质量要求用于炼钢生铁、含锰生铁、镜铁的矿石，铁含量不受限制，矿石中锰和铁的总含量（双元素含量的合并值）最好能达到4050。一般要求含锰量高，杂质少，其中磷含量尤其要控制，至于铁含量应考虑到冶炼品种而定，若用于高锰生铁冶炼，则矿石中铁含量少为好。锰矿石用于冶金，按其锰铁比，分为三级：A. 锰矿石：锰铁比大于1，Mn30%,用于优质钢和铁合金冶炼。B. 铁锰矿石：锰铁比小于1，(Mn+Fe)30%，其中Mn10%，用于普钢、低号锰铁和镜铁及配料。C. 含锰铁矿石：Mn=510%，用于含锰生铁和配料。锰矿石在不同的使用场合中的具体要求冶炼用途（使用场合）锰含量%铁含量%锰+铁含量%磷含量%锰铁比磷锰比备注炼钢生铁、含锰生铁、镜铁满足锰+铁总含量的要求不作要求40%50%中、低碳锰铁36404.23%6.67%40.23%46.67%0.08%0.13%68.50.0020.0036碳素锰铁33%404.23%10.53%37.23%50.53%0.08%0.165%3.87.80.0020.005锰硅合金29%353.87%10.61%32.87%45.61%0.056%0.1392%3.37.50.00160.0048高炉锰铁30%4.3%15%34.3%45%0.15%270.005A优质钢和铁合金冶炼30%1锰矿石B普钢、低号锰铁和镜铁及配料Mn10%，(Mn+Fe)30%1铁锰矿石C含锰生铁和配料Mn=510%含锰铁矿石冶金锰矿石产品质量要求品级Mn（%）Mn/FeP/Mn粒 度（mm）一4070.004(1)高炉、平炉用矿石粒度：焙烧烧结矿20010mm，小于10mm的不超过6%；堆积矿小于5mm不超过8%。(2)电炉用矿石粒度：753mm，大于75mm的不超过20%，小于3mm的不超过5%。(3)矿石含水不超过6%。二3550.005三3030.006四2520.006五18不限不限（二）化工及轻工部门对锰矿石的质量要求化学工业上主要用锰矿石制取二氧化锰、硫酸锰、高锰酸钾，其次用于制取碳酸锰、硝酸锰和氯化锰等。化工级二氧化锰矿粉要求MnO2含量大于50，制硫酸锰时，Fe3、Al2O33、CaO0.5、MgO0.1；制高锰酸钾时，Fe5、SiO25、Al2O34。天然二氧化锰（MnO2）是制造干电池的原料，要求MnO2含量越高越好。对Ni、Cu、CO、Pb等有害元素一般厂定标准为：Cu0.01、Ni0.03、Co0.02、Pb0.02。其矿粉的粒度要小于0.12mm（相当于120目左右）。我国锰矿资源有4.8683亿