陽極泥還原焙燒的研究

馬曉磊 王順林

（阿克陶科邦錳業(yè)制造有限公司 阿克陶 845550）

1 前言

在電解錳的生產(chǎn)過程中，陽極區(qū)Mn2＋不可避免的被氧化并形成Mn4＋的水合氧化物（水羥錳礦），同時(shí)陽極板中的鉛錫合金亦被氧化并與錳氧水合物一起沉淀，形成典型的膠狀構(gòu)造。電解錳陽極泥為黑色大小不一的固體物質(zhì)，其中分散著白色結(jié)晶物（NH4）2SO4，陽極泥主要成份為MnO2，其基本結(jié)構(gòu)是由1個(gè)錳原子核與6 個(gè)氧原子配位形成的六方密堆積結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)形成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可容納不同的陽離子。目前電解錳陽極泥的處理并沒有成熟的工業(yè)產(chǎn)業(yè)化方案，國內(nèi)大部分的電解錳冶煉企業(yè)采用堆存、外售以及火法處理生產(chǎn)錳合金產(chǎn)品等方式進(jìn)行處理。本研究利用還原焙燒技術(shù)，資源化回收利用電解錳陽極泥，實(shí)現(xiàn)了鉛錳分離，為電解錳陽極泥的資源化工程應(yīng)用提供參考。

2 試驗(yàn)原料

以新疆某電解錳冶煉企業(yè)陽極泥作為原料，還原劑選用活性炭，浸出劑選用工業(yè)硫酸（93%），其陽極泥成分見表1。

表1 陽極泥主要成分（%）

3 試驗(yàn)方法

稱取10g 陽極渣，將陽極渣研磨后與石灰100:1在坩堝內(nèi)混合均勻，加入一定量的活性炭（活性炭用量為理論用量的1-4.5 倍），在相關(guān)溫度下（500℃-900℃），按照要求時(shí)間（45min-4h）在馬弗爐內(nèi)進(jìn)行焙燒，并驗(yàn)證密封性對(duì)還原的影響，待冷卻后取樣進(jìn)行分析檢測(cè)，后進(jìn)行硫酸浸出試驗(yàn)。

試驗(yàn)原理：

陽極渣主要成分為MnO2，還原劑用活性炭，主反應(yīng)如下：

考慮到陽極渣中還有殘余的酸，且陽極渣高溫焙燒會(huì)有SO2酸性氣體，用石灰來中和吸收，反應(yīng)如下：

陽極渣還原焙燒后主要成分為MnO 和PbSO4，MnO 會(huì)和H2SO4發(fā)生反應(yīng)生成溶于水的硫酸錳，Pb?SO4不溶于水也不和酸反應(yīng)留在渣中，反應(yīng)如下：

4 試驗(yàn)結(jié)果與討論

4.1 溫度對(duì)還原率的影響

稱取10g 陽極渣，將陽極渣研磨后與石灰100:1在坩堝內(nèi)混合均勻，加入過量1.5 倍的活性炭，溫度控制在500℃-900℃，在馬弗爐內(nèi)進(jìn)行焙燒1h，待冷卻后取樣進(jìn)行分析檢測(cè)。

由圖1 可以看出，隨著溫度降低，錳的還原率也隨之降低，在800℃時(shí)還原率最高，可達(dá)到88.67%，且隨著溫度繼續(xù)升高，對(duì)于還原沒有明顯影響。

4.2 密封對(duì)還原率的影響

稱取10g 陽極渣，將陽極渣研磨后與石灰100:1在坩堝內(nèi)混合均勻，加入過量1.5 倍的活性炭，溫度控制在800℃，對(duì)坩堝在敞開和加蓋情況下分別在馬弗爐內(nèi)進(jìn)行焙燒1h，待冷卻后取樣進(jìn)行分析檢測(cè)。

圖1 溫度對(duì)錳還原率的影響

圖2 密封對(duì)還原率的影響

從圖2 可看出，有蓋密封時(shí)還原率較高，有蓋密封時(shí)冷卻過程中可以隔絕空氣中的氧氣，防止被還原的錳氧化再次被氧化成為二氧化錳。

4.3 活性炭加入量對(duì)還原率的影響

稱取10g陽極渣，將陽極渣研磨后與石灰100:1在坩堝內(nèi)混合均勻，溫度控制在800℃，加入過量的活性炭（活性炭用量為理論用量的1-4.5倍），加蓋密封在馬弗爐內(nèi)進(jìn)行焙燒1h，待冷卻后取樣進(jìn)行分析檢測(cè)。

由圖3 可看出，活性炭用量為理論計(jì)算的量的2-2.5倍即可獲得較高的還原率，隨著活性炭用量的增加，還原率也在增加，但增加幅度較小，為節(jié)約成本考慮，活性炭用量為理論計(jì)算的量的2-2.5倍即可。

4.4 焙燒時(shí)間對(duì)還原率的影響

稱取10g 陽極渣，將陽極渣研磨后與石灰100:1在坩堝內(nèi)混合均勻，溫度控制在800℃，加入過量2.5倍的活性炭，加蓋密封在馬弗爐內(nèi)進(jìn)行焙燒45min-4h，待冷卻后取樣進(jìn)行分析檢測(cè)。

從圖4可以看出，焙燒時(shí)間在45min—2h之間還原率逐漸升高，2h 時(shí)還原率最高，2h 后還原率下降，分析原因可能是隨著焙燒時(shí)間延長，氧化錳再次被氧化成為二氧化錳，造成還原率下降。

4.5 浸出實(shí)驗(yàn)

按照還原焙燒試驗(yàn)探索出的最佳條件進(jìn)行還原焙燒，稱取50g 陽極泥還原渣進(jìn)行浸出試驗(yàn)，以陽極液為浸出劑，初始酸濃控制在100-150g/l，浸出條件為液固比10:1，浸出溫度45℃，浸出時(shí)間8h，陽極泥還原渣及陽極液成分分析見表2。

圖3 活性炭加入量對(duì)還原率的影響

圖4 焙燒時(shí)間對(duì)還原率的影響

表2 陽極泥還原渣及陽極液成分

表3 浸出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

從表3中可以看出，除第一組實(shí)驗(yàn)錳浸出率較低外，分析原因?yàn)榉磻?yīng)前總酸量不足造成浸出率較低，渣含錳較高，其余二價(jià)錳浸出率均能達(dá)到98%以上，證明該還原渣非常容易浸出。

5 結(jié)論

通過研究發(fā)現(xiàn)，還原焙燒可有效處置陽極泥，在溫度800℃焙燒2h，活性炭用量為理論計(jì)算的量的2-2.5 倍，保持還原氣氛的條件下，錳的還原率可達(dá)到96.56%。該還原渣極易浸出，利用稀硫酸浸出錳的浸出率可達(dá)到98%，不僅可有效回收陽極泥中錳資源，提高綜合回收率，且浸出渣中Pb可富集至45%左右，可直接作為鉛精礦計(jì)價(jià)賣出，使得資源綜合利用。