錳渣硫酸浸出正交實(shí)驗(yàn)探究①

練 強(qiáng)， 張 杰

（1.四川省安全科學(xué)技術(shù)研究院，四川 成都610045； 2.貴州大學(xué) 礦業(yè)學(xué)院，貴州 貴陽550003）

錳礦經(jīng)酸浸電解濕法冶金工藝提煉金屬錳后產(chǎn)生大量錳渣固體廢棄物，錳渣的大量堆放不僅占用大片土地，而且還污染周邊環(huán)境，破壞生態(tài)平衡［1-3］。 錳渣既是破壞環(huán)境的物質(zhì)，同時(shí)又是一種可提煉并循環(huán)利用的珍貴資源［4］。

目前生產(chǎn)MnSO4溶液多采用加熱升溫的浸出方法［5］，而加熱需要消耗大量的能源。 本文在常溫下直接向錳渣漿體中加入少量濃硫酸，利用濃硫酸水化放熱效應(yīng)促使反應(yīng)進(jìn)行，并通過正交實(shí)驗(yàn)，探索錳渣酸浸的工藝條件。

1 原料性質(zhì)及實(shí)驗(yàn)藥劑

實(shí)驗(yàn)原料為貴州省遵義地區(qū)某電解錳公司產(chǎn)生的濕法冶煉錳渣，因長期堆放，濕度較大，呈土塊狀，烘干后破碎，磨細(xì)至0.18 mm 備用，其化學(xué)組成（以氧化物計(jì)）見表1。

表1 錳渣化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）／%

浸出劑使用工業(yè)級濃硫酸。

2 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 硫酸用量實(shí)驗(yàn)

取30 g 錳渣3 份，在液固比5 ∶1及不攪拌條件下，分別按錳渣（g）與硫酸（mL）比為10 ∶3、10 ∶4、10 ∶5，將濃硫酸加入錳渣漿體中反應(yīng)2 h，考察硫酸用量對錳浸出率的影響，結(jié)果見圖1。 結(jié)果表明，隨著濃硫酸用量增加，錳浸出率增加，但增加到一定程度后增幅變緩。

圖1 硫酸用量對錳浸出率的影響

2.1.2 反應(yīng)時(shí)間實(shí)驗(yàn)

濃硫酸用量0.4 mL／g，其他條件不變，考察了反應(yīng)時(shí)間對錳浸出率的影響，結(jié)果見圖2。 結(jié)果表明，酸浸反應(yīng)1～2 h 區(qū)間，錳浸出率變化較大，2～4 h 區(qū)間錳浸出率變化緩慢。

圖2 反應(yīng)時(shí)間對錳浸出率的影響

2.1.3 液固比實(shí)驗(yàn)

反應(yīng)時(shí)間2 h，其他條件不變，液固比對錳浸出率的影響見圖3。 結(jié)果表明，液固比為3 ∶1時(shí)錳浸出率最高。 液固比較小時(shí)，酸浸反應(yīng)體系體積也小，加入濃硫酸時(shí)產(chǎn)生大量的熱，這些熱足以使有限的溶液沸騰或接近沸騰，為加快錳與H2SO4反應(yīng)提供了熱動力保證，強(qiáng)化浸出，這也是無外加熱下濃硫酸浸出錳的關(guān)鍵所在［6-7］。

2.1.4 攪拌速度實(shí)驗(yàn)

液固比3 ∶1，其他條件不變，攪拌速度對錳浸出率的影響見圖4。 結(jié)果表明，攪拌速度在50 ～100 r／min范圍內(nèi)變化對錳浸出影響不大，以100 ～150 r／min 為宜。 攪拌速度過快，易引起物料冒槽，使操作不易控制，而攪拌速度過小又不利于傳質(zhì)，影響錳浸出率。

圖3 液固比對錳浸出率的影響

圖4 攪拌速度對錳浸出率的影響

2.2 正交實(shí)驗(yàn)

為進(jìn)一步確定各因素對錳浸出的影響大小關(guān)系，在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)L9（34）正交實(shí)驗(yàn)，以確定錳的最佳浸出工藝條件。 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。 由表2 可知，各因素對錳浸出率產(chǎn)生的影響大小順序?yàn)椋毫蛩嵊昧浚疽汗瘫龋緮嚢杷俣龋痉磻?yīng)時(shí)間，錳的最佳浸出條件為A3B2C2D3，即濃硫酸用量0.5 mL／g，反應(yīng)時(shí)間2 h，液固比3 ∶1，攪拌速度150 r／min。

表2 L9（34）正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

2.3 對比優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

正交實(shí)驗(yàn)錳的最佳浸出條件為A3B2C2D3，但在正交實(shí)驗(yàn)中該組合并未出現(xiàn)，故再進(jìn)行了優(yōu)化對比實(shí)驗(yàn)，并選定條件A2B1C2D3和A3B3C2D1進(jìn)行對比，結(jié)果見表3。

表3 優(yōu)化對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表3 可以看出，A3B2C2D3中錳浸出率最高，為最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件，即在濃硫酸用量0.5 mL／g、液固比3 ∶1、反應(yīng)時(shí)間2 h、攪拌速度150 r／min 條件下，錳浸出率可達(dá)到86.53%。

3 結(jié) 語

1） 以電解錳渣為原料，濃硫酸作浸出劑，利用濃硫酸水化放熱效應(yīng)，促使錳與H2SO4反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)自熱浸出錳。

2） 探索了錳渣浸出工藝條件，結(jié)果表明，各因素對錳浸出率影響的大小順序?yàn)椋毫蛩嵊昧浚疽汗瘫龋緮嚢杷俣龋痉磻?yīng)時(shí)間。 在濃硫酸用量0.5 mL／g、液固比3 ∶1、反應(yīng)時(shí)間2 h、攪拌速度150 r／min 條件下，錳浸出率可達(dá)到86.53%。

3） 錳渣酸浸后錳、鐵均進(jìn)入浸出液中，由于實(shí)驗(yàn)條件所限未能開展錳、鐵分離實(shí)驗(yàn)，建議下一步實(shí)驗(yàn)中可以開展相關(guān)方面的實(shí)驗(yàn)研究。

4） 通過酸浸降低了錳渣中錳、鐵含量，可用于制備陶瓷墻地磚、工藝陶瓷等材料，對錳渣二次資源回收利用、改善生態(tài)環(huán)境具有積極的意義。