【摘 要】
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我国是电解金属锰生产大国,但是我国富锰资源匮乏,电解锰生产能耗物耗高,污染物排放量极大。因此,研究绿色高效低耗的锰矿强化提取方法,对于缓解我国锰矿资源短缺,促进电解锰行业健康可持续发展具有战略意义。以菱锰矿为原料的湿法电解法是生产金属锰的主要方法,但我国菱锰矿品位低,质量差,脉石含量高,多矿相共存,直接酸浸难以实现锰的高效浸出。本论文在分析菱锰矿浸出前后工艺矿物学基础上,提出表界面强化菱锰矿浸出新
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我国是电解金属锰生产大国,但是我国富锰资源匮乏,电解锰生产能耗物耗高,污染物排放量极大。因此,研究绿色高效低耗的锰矿强化提取方法,对于缓解我国锰矿资源短缺,促进电解锰行业健康可持续发展具有战略意义。以菱锰矿为原料的湿法电解法是生产金属锰的主要方法,但我国菱锰矿品位低,质量差,脉石含量高,多矿相共存,直接酸浸难以实现锰的高效浸出。本论文在分析菱锰矿浸出前后工艺矿物学基础上,提出表界面强化菱锰矿浸出新方法,通过添加表面活性剂调控CaSO4·2H2O钝化层形貌,降低其结晶度;引入超声波更新固液界面,破坏矿物集合体,促进固液界面传质,实现菱锰矿的强化浸出。主要结论如下:(1)通过对典型菱锰矿工艺矿物学分析表明,我国菱锰矿结构复杂,菱锰矿与白云石、碳酸钙镁石、钙沸石、黏土质等紧密共生,形成多矿物集合体。其中白云石,碳酸钙镁石与菱锰矿共生导致浸出过程极易产生CaSO4·2H2O钝化层;矿物集合体,黏土质阻碍固液传质进程,浸出液难以直接作用于目的矿物。(2)开展了表面活性剂界面强化菱锰矿浸出研究。结果显示,菱锰矿浸出过程界面CaSO4·2H2O钝化层有效厚度Φ(mm)与矿颗粒溶解的关系为Φ=(0.741·b)/S(S为溶解面积;b为溶解质量)。表界面强化浸出发现表面活性剂柠檬酸三钠(TC)能够降低CaSO4·2H2O晶体020、040和041面的结晶度,降低晶面厚度,提升固液传质面积,在5 mg/L TC,固液比1:5 g/L,酸矿比0.5:1 g/g,50℃浸出3.5 h条件下,锰的浸出率为91.23%,比相同条件无TC浸出提升13.82%。(3)考查了超声波强化界面传质对菱锰矿浸出的影响,通过对比菱锰矿常规浸出和超声辅助浸出发现超声波能够破坏矿物集合体、抑制CaSO4·2H2O结晶、促进固液界面更新,实现菱锰矿强化浸出,结合Carman-Kozeny悬浮液渗流速度分析表明,声空化效应使超声场中的菱锰矿浆具备更高的悬浮度,矿颗粒拥有更丰富的孔隙结构,固液界面渗流效率更高。在固液比1:5 g/L,酸矿比0.58:1 g/g,超声功率为60 W,于50℃浸出2.5 h,锰的浸出率为94.09%,较相同条件下无超声浸出提高约7个百分点,超声强化进一步缩短了浸出时间1 h,提升了锰的浸出效率。(4)研究了不用表面活性剂协同超声浸出菱锰矿。结果表明超声波协同具有起泡作用的表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS),油酸钠(SOL)能够提升矿浆悬浮度,缩短菱锰矿的浸出时间至2 h,且锰的浸出率比同等条件下只加硫酸浸出提升约17个百分点,浸出效率显著提升。
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