一种酸浸改性富锰渣提取锰的方法技术

本发明专利技术公开了一种酸浸改性富锰渣提取锰的方法，属于冶金化工技术领域。该发明专利技术的方法通过对富锰渣进行改性：将富锰渣与改性剂按一定质量比均匀混合后，放入容器中，在混合物表面覆盖一层含碳物质，加盖封闭容器，使混合物呈熔融状态，保温一段时间；经研磨、酸浸、分离，得到酸浸液。本发明专利技术的方法可以确保高温改性反应完全，减少杂质的带入量，提高Mn的浸出率；可以有效减少用酸量，避免气氛对于技术的影响，提高技术的重现性、稳定性、适应性和可应用性；可以有效改善反应温度条件，提供充分的热补偿，合理利用高温热态富锰渣的出渣显热。合理利用高温热态富锰渣的出渣显热。合理利用高温热态富锰渣的出渣显热。

【技术实现步骤摘要】
一种酸浸改性富锰渣提取锰的方法


[0001]本专利技术属于冶金化工
，更具体地说，涉及一种酸浸改性富锰渣提取锰的方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着国家经济发展与转型，高端产业的锰需求迅速增加，如新能源电池领域。锰作为三元锂离子电池正极材料一重要组分，对锂离子电池安全性和稳定性方面扮演着极其重要的角色。高纯硫酸锰是三元前驱体之锰源，仅2021年高纯硫酸锰用量为16万吨，如果按照2025年进行全球2500万辆新能源汽车进行计算，预期高纯硫酸锰需求量达到70万吨。因此，随着我国新能源产业的不断发展，锰的需求量必将呈现出逐年增加的态势。
[0003]锰矿是我国新能源、化工、钢铁等尖端材料行业发展中的一种战略性资源，在国民经济增长和社会发展过程中有着十分重要的地位。但在世界范围内，锰矿的分布却极不均匀，我国锰矿现有储量仅占世界总储量的6％左右，主要矿石类型为锰品位低于20％且高磷高铁高硅的碳酸锰矿石，软锰矿与褐锰矿等高品位矿石储量非常稀少，因此需要通过选矿达到富集锰的目的。高炉冶炼富锰渣就是一种火法选矿富集锰的方法，将不能直接用于冶炼的高铁高磷的难选锰矿石在高炉内进行选择性还原，在保证铁磷等元素充分还原的前提下，抑制锰的还原，从而得到高锰低铁的富锰渣，富锰渣中锰含量一般为30％～45％，其主要矿相为钙锰橄榄石。
[0004]从富锰渣中提取锰的传统工艺流程可分为火法和湿法两类，火法一般先用高温炉生产出硅锰合金，如公开号为CN109295364A的中国专利公开了一种利用富锰渣制备锰硅合金的方法及装置，但火法的流程长、能耗大，没有广泛应用；湿法通常采用酸浸法处理富锰渣，如公开号为CN102605186A的中国专利公开了富锰渣常压浸出生产硫酸锰的方法，但是由于锰在富锰渣中以Mn2SiO4的形式存在为主，在Mn
2+
溶出的同时，SiO
44
‑
进入溶液形成凝胶状硅酸，并大量吸附Mn
2+
，不但造成溶液过滤困难，而且锰的提取率偏低，另一方面，酸浸过程中同步溶出的Ca
2+
,Mg
2+
,Al
3+
等离子给后续溶液除杂带来负担，该方法耗酸量大、操作困难且锰提取率偏低。
[0005]为解决该问题，专利CN114086004A公开了一种从富锰渣中选择性高效提取锰的方法，该方法将富锰渣粉末与含氧化钙的改性剂充分混合，并在高于1200℃的温度下改性一段时间后研磨，得到钙改性的富锰渣粉末，最后酸浸提取锰，其中，改性反应在还原或惰性气氛下加热至熔融。但该技术需要在还原性或惰性气氛下进行，气氛在实验过程中易发生变化或波动，影响实验结果，无法完全改性，导致重现性、适应性、稳定性偏低，可应用性差；且实际富锰渣生产过程中，出渣温度在1150～1250℃，该技术要求反应温度为1200～1500℃，在没有热补偿的情况下，无法满足温度的要求，进而无法改性完全。此外，专利CN105925812A公开了一种从富锰渣中提取锰的方法，为了有效浸出富锰渣中含有的高价锰渣氧化物(如MnO2)，向富锰渣和硫酸溶液的混合料浆中加入了不高于富锰渣质量10％的还原性物料，如碳、FeS等，其不足之处在于加入的还原性物质需要和料浆混合均匀才能反应
完全，还原性物质为固体粉末，在料浆中易团聚，难以分布均匀，不满足动力学条件，反应不完全，此外还存在局部分布过多导致过还原的情况，导致4个实施例中Mn的平均浸出率仅为91.8％。

技术实现思路

[0006]1.要解决的问题
[0007]针对现有富锰渣提取锰技术中富锰渣改性不完全的问题，本专利技术提供一种酸浸改性富锰渣提取锰的方法，该方法可以有效改善反应气氛条件和温度条件，提供必要的热补偿，合理利用高温热态富锰渣的显热，确保高温改性反应完全。
[0008]2.技术方案
[0009]为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0010]一种酸浸改性富锰渣提取锰的方法，具体包括以下步骤：
[0011]步骤S1、富锰渣改性：将富锰渣与改性剂按一定质量比均匀混合后，放入容器中，在混合物表面覆盖一层含碳物质，加盖封闭容器，使混合物呈熔融状态，保温一段时间；
[0012]步骤S2、研磨：待改性富锰渣冷却至室温后，破碎研磨；
[0013]步骤S3、酸浸：采用酸溶液浸取改性富锰渣，浸取过程中搅拌；
[0014]步骤S4、分离：浸取结束后，通过抽滤进行分离，得到酸浸液。
[0015]经检验，经步骤S4得到的酸浸液中，Mn的浸出率大于98％，Ca、Mg的浸出率低于10％，Si、Al低于1％。
[0016]其中步骤S1中所述的改性剂为MgO，纯度大于99.9％，粒度为100目以下，所述改性剂与富锰渣的质量比为(25
‑
50)：(75
‑
50)，所述改性剂的质量百分数为10～50％，富锰渣的质量百分数为50～90％。
[0017]所述含碳物质可以为碳粉，也可以是焦炭粉、煤粉、秸秆粉等含碳物质，优选地为碳粉，所述含碳物质的粒度小于100目含碳物质的加入量为混合物的10wt％～100wt％，以达到隔绝氧气的作用。
[0018]现有技术中采用氧化钙、生石灰、石灰石或熟石灰为改性剂，如专利CN114086004A，生石灰、石灰石或熟石灰中含有大量的Al2O3、SiO2等杂质氧化物及其他微量元素，且改性反应2CaO+Mn2SiO4+Al2O3＝Ca2Al2SiO7+2MnO中需要加入Al2O3参加反应，又进一步增加杂质元素的带入量，导致Mn的平均提取率较低，为92.46％，Ca的平均溶出率为23.44％，Si的平均溶出率为21.48％，Al的平均溶出率16.94％，杂质成分的高溶出率会抑制Mn的溶出率并导致溶液中硫酸锰的含量大大降低。因此，利用氧化钙、生石灰、石灰石或熟石灰做改性剂，虽提高了Mn的溶出率，但也带入了新的杂质，降低了溶液中硫酸锰的浓度，增加用酸量的同时给后续溶液除杂带来负担，起到了一定的负面作用。
[0019]因此，本专利技术采用MgO作为改性剂，MgO与钙锰橄榄石CaMn[SiO4]在1100℃～1500℃下发生化学反应，生成氧化亚锰MnO与钙镁黄长石CaMg[SiO4]，经过MgO改性的富锰渣在硫酸酸浸过程中凝胶状物的产生明显减少，从而有效减少用酸量，提高Mn的浸出率，得到高纯度硫酸锰溶液；此外，采用高纯度MgO，避免了大量杂质元素的带入，降低Ca、Mg、Si与Al的浸出率，进一步提高硫酸锰的浓度。其基本原理是：富锰渣中的锰主要以钙锰橄榄石CaMn[SiO4]的形式存在，根据Mg与硅氧四面体的结合能力大于Mn与硅氧四面体的结合能力，因
此利用Mg将Mn从硅氧四面体的网状结构中置换出来，令高纯氧化镁MgO与钙锰橄榄石CaMn[SiO4]在1100℃～1500℃下发生化学反应，生成氧化亚锰MnO与钙镁黄长石CaMg[SiO4]，完成对富锰渣的改性，如反应式(1)。再利用氧化亚锰MnO与钙镁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种酸浸改性富锰渣提取锰的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、富锰渣改性：将富锰渣与改性剂按一定质量比均匀混合后，放入容器中，在混合物表面覆盖一层含碳物质，加盖封闭容器，使混合物呈熔融状态，保温一段时间；步骤S2、研磨：待改性富锰渣冷却至室温后，破碎研磨；步骤S3、酸浸：采用酸溶液浸取改性富锰渣，浸取过程中搅拌；步骤S4、分离：浸取结束后，分离，得到酸浸液。2.根据权利要求1所述一种酸浸改性富锰渣提取锰的方法，其特征在于，步骤S1中富锰渣为冷态富锰渣，改性前研磨破碎冷态富锰渣，与改性剂按一定质量比均匀混合均匀，放入容器中，在混合物表面覆盖一层含碳物质，加盖封闭容器，加热至1100～1500℃呈熔融状态，保温一段时间。3.根据权利要求1所述一种酸浸改性富锰渣提取锰的方法，其特征在于，步骤S1中富锰渣为高温热态富锰渣，所述高温热态富锰渣的温度为1150～1350℃。4.根据权利要求2或3任一项所述一种酸浸改性富锰渣提取锰的方法，其特征在于，步骤S1中所述含碳物质为碳粉、焦炭粉、煤粉或秸秆粉中的一种或多种，含碳物质的加入...

【专利技术属性】
技术研发人员：代兵，于福海，张南，马云飞，刘代文，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：