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锰矿是我国十分紧缺的战略关键矿产,锰及其化合物应用于国民经济的各个领域。随着富矿资源逐渐枯竭,中低品位锰矿成为主要利用对象,电解锰过程中,低品位菱锰矿的电解会产生大量电解锰渣,且锰金属杂质含量高,因此采用经济有效的选矿方法提高锰品位是关键,探索合适的锰矿选别工艺是实现低品位锰矿石合理开发利用的重要途径。本文针对贵州某地低品位菱锰矿,通过X射线衍射、X射线荧光光谱和光学显微镜分析等测试方法,研究了锰矿石的矿物组成、锰物相分布、主要矿物嵌布特征以及矿物解离特征。在矿石性质研究基础上,采用磁选和浮选进行了提锰研究,优化出合理选矿工艺参数。运用分子模拟,浮选溶液化学和红外光谱分析对十二胺和菱锰矿的作用机理进行了分析。得出以下结论:(1)矿石性质研究表明,块状、条带状和显微结核状为该菱锰矿的主要结构和构造;主要有用矿物为菱锰矿和锰方解石,主要脉石矿物为石英和绿泥石。细粒菱锰矿多与锰方解石、石英和黏土矿物等胶结共生。Mn含量为10.70%,Mn/Fe和P/Mn比值分别为5.38和0.013,该锰矿为高磷高硅低铁贫锰矿。锰矿石各粒级中Mn均匀分布,矿石泥化现象较严重。(2)选矿试验研究表明,在磨矿细度为-0.075 mm占67.44%,矿浆浓度为10%,磁场强度为640 k A/m时,经一次强磁选可获得Mn含量为16.73%,回收率为64.17%的磁选精矿。通过强磁选-焙烧可将精矿Mn品位提高至18.72%,但回收率降至49.84%。磁选和磁选-焙烧精矿均达到三级菱锰矿标准。在磨矿细度为-0.075 mm含量为88.58%,调整剂碳酸钠含量为3000 g/t,捕收剂GJBW含量为1500 g/t,抑制剂六偏磷酸钠含量为2500 g/t时,采用正浮选工艺可获得Mn品位和回收率分别为12.61%和65.78%的锰精矿。在磨矿细度为-0.075 mm含量为88.58%,调整剂碳酸钠含量为1000 g/t,捕收剂十二胺含量为600 g/t,抑制剂糊精含量为1000 g/t时,采用反浮选工艺可获得Mn品位和回收率分别为12.84%和76.31%的锰精矿。与磁选-正浮选工艺相比,磁选-反浮选效果明显,取较优条件下磁选获得的锰精矿进行反浮选,在再磨细度为-0.075 mm占87.25%,矿浆p H为7.9,捕收剂十二胺、抑制剂糊精和HEDP用量分别为800 g/t、1000 g/t和200 g/t条件下,最终可获得Mn品位为18.44%,回收率59.06%的锰精矿。达到了二级锰矿的应用标准(锰矿品位高于18%)。综合考虑选择磁选-反浮选工艺作为参考方式进行选锰。(3)通过对锰矿石选矿机理分析可知:磁选过程中,主要是利用菱锰矿具有弱磁性的物理性质,从而区分出部分脉石矿物和黏土矿物。用十二胺进行反浮选时,RNH3+和(RNH3+)22+以及RNH3+·RNH(2aq)为捕收菱锰矿的有用组分,十二胺在菱锰矿表面发生了物理吸附;用分子模拟对菱锰矿进行电子结构优化和吸附动力学模拟,表明十二胺和抑制剂HEDP与菱锰矿的相互作用大于H2O分子与菱锰矿的相互作用。十二胺和抑制剂HEDP对菱锰矿的作用可以克服菱锰矿(101面)H2O分子从而吸附在菱锰矿矿物表面。