蔗髓与铁屑耦合还原浸出高铁氧化锰矿的基础研究

According to the complex iron rich ferromanganese ore of manganese oxide ore, a kind of economic, clean and efficient new method of using reduction leaching coupling technology with bagasse pith –scrap iron has been proposed. The keys to the study are to solve the problems of high -efficient leaching of manganese from ores with lower residual organics and remaining acid, and the effective separation of high concentration of ferric iron from leaching solution. The main contents of this research can be summarized as follows: (1) The mineralogy of iron rich manganese oxide ores and its composition, phases transformation and decomposition in the reduction leaching process. (2) The thermodynamics and kinetic aspect of iron rich manganese oxide ore in leaching process. (3) The oxidative breakdown kinetics of bagasse pith during the process. (4) The relationship and regulation mechanism between manganese leaching rate and organic residual content in leaching process. (5) The behaviors of metal ions (Fe, Mn, etc.) and adsorption behavior of organic during jarosite precipitation in manganese sulfate solution. (6) The acidity regulation mechanism between manganese leaching reaction and jarosite process for removing iron in the leaching process. The research result not only can be proved theoretical basis and technical support for developing a hydrometallurgical technique of iron rich manganese oxide ore, but also can provide reference for the study of leaching manganese oxide ores by using other biomass reducing agents.

针对氧化锰矿中铁含量偏高的复杂铁锰矿，使用蔗髓与铁屑耦合湿法还原浸出是一种经济、清洁和高效的新方法，研究的关键是解决在有效浸出矿石中锰的同时降低浸出液中有机物及余酸的残留，以及浸出液中高浓度三价铁离子的有效分离问题。本课题包括六方面的研究内容：（1）高铁氧化锰矿的工艺矿物学及在浸出过程中的分解特性、组成和物相变化；（2）高铁氧化锰矿浸出过程的热力学行为及反应动力学；（3）浸出过程中蔗髓的氧化分解机理及反应动力学；（4）浸出过程中锰浸出率与溶液残余有机物含量的相互关系与调控机制；（5）硫酸锰溶液体系黄铵铁矾沉淀过程中Fe、Mn等金属离子的行为及吸附有机物的作用机理；（6）浸出过程中锰的浸出反应与铁矾法沉淀除铁同时进行的酸度调控机制。研究结果可为高铁氧化锰矿的湿法浸出工艺的开发提供理论依据和技术支持，也可为利用其它生物质还原剂浸出氧化锰矿的研究提供参考。

针对使用生物质还原剂湿法浸出高铁氧化锰矿，在获得较高锰浸出率的同时需要解决浸出液残余有机物和余酸含量过高、以及浸出液中高浓度Fe3+离子分离的问题，本项目对高铁氧化锰矿湿法浸出过程的行为及机理进行了研究，主要取得了以下几个方面的进展：（1）通过对高铁氧化锰矿在浸出过程中的分解特性、组成和物相变化的研究，确定了矿物中主要的锰、铁化合物及其它组分的物相特征，为实现锰的高效浸出提供了依据。（2）以热力学和电化学理论为基础，绘制了高铁氧化锰矿中Mn-H2O系和Fe-H2O系的E-pH图，并对25℃与95℃时的E-pH图进行了分析比较，证明了高铁氧化锰矿直接还原浸出工艺在热力学上是可行的。（3）研究了高铁氧化锰矿浸出过程的反应动力学。结果表明，锰和铁的浸出过程主要受到化学反应控制，其表观活化能分别为53.29 kJ/mol和59.77 kJ/mol，经回归拟合，获得了锰和铁浸出的动力学方程。（4）对浸出过程中蔗髓的氧化分解动力学进行了研究。蔗髓的氧化降解过程受内扩散控制，表观活化能为57.77 kJ·mol-1，硫酸和氧化锰矿的表观反应级数分别为1.15和-1.142。（5）研究了浸出过程中锰浸出率与溶液残余有机物含量的相互关系与调控机制；通过控制还原剂蔗髓与铁屑的添加比例及浸出工艺条件，可获得较高的锰浸出率和较低的有机物残留量，总锰浸出率达到95%以上，溶液残余COD值降至530 mg·L-1。（6）对硫酸锰溶液体系黄铵铁矾沉淀过程中Fe、Mn等金属离子的行为以及浸出过程中锰的浸出反应与铁矾法沉淀除铁同时进行的酸度调控机制进行了研究。（7）作为研究拓展，对锰矿浸出液中残余有机物的深度脱除进行了研究，采用芬顿氧化-活性炭吸附两步法脱除锰矿浸出液中的有机物是可行的，通过控制脱除工艺条件，COD脱除率达到93.11%，为有效降低有机物在浸出液中的残留提供了基础数据。基于上述研究，探明了利用生物质还原剂湿法浸出高铁氧化锰矿的过程机理，研究结果可为高效地提取高铁氧化锰矿物料中的锰提供理论依据。