特殊选锰法(一)

    这里要介绍的特殊选锰法是指除常规的重选、磁选、浮选外的几种特殊的选矿方法，它包括电选、细菌浸取、还原或中性焙烧等选矿方法。要说明的是除中性焙烧外，其他的各种选锰方法还只是停留在试验研究阶段，未能在工业生产上实施。
    一、细菌浸锰法
    利用细菌从锰矿石中浸出锰的研究已有多年，中国科学院微生物研究所利用细菌氧化黄铁矿产生铁——硫酸浸出天台山硫化矿石中的锰元素取得很好的效果，其化学反应：

    在黄铁矿的生物浸出过程中，三个反应同时存在，但主要是生物催化反应占优势。
    用上述反应产生的H₂SO₄-Fe₂(SO₄)₃溶剂浸出硫化锰矿和碳酸锰矿，其化学反应为
                  3MnCO₃+Fe₂(SO₄)₃+6H₂O===3MnSO₄+2Fe(OH)₃+3H₂CO₃
                    3MnS+Fe₂(SO₄)₃+6H₂O===3MnSO₄+2Fe(OH)3+3H₂S
    细菌浸锰工艺流程如图1所示。

    利用菌生酸性硫酸高铁(工业试剂)和菌生黄铁矿细菌浸出的酸性硫酸高铁溶液，均可浸出天台山锰矿，前者锰浸出率92%，耗酸量21.7%，与纯硫酸浸出耗酸74%比较，节省酸耗，后者浸出3~4h，锰浸出率分别达91%~93%，耗酸量为11.5%，浸出液含锰11.9~12.15g/L，含磷0.002g/L。
    桃江锰矿1977年对棠甘山高硫锰矿和互层锰矿也进行了细菌浸出的半工业试验，菌种选用氧化铁硫杆菌，在浸出温度60~80℃、浸出时间3~4h时，浸出液含锰达10~12g/L，浸出率达70%~88.6%。
    该项研究目前还停留在试验研究阶段，未能在工业生产中实施。[next]
    二、锰矿石的焙烧
    自然界锰矿石中的锰元素有不同的价态，在锰矿深加工过程中，为获得理想的工艺指标，则要求锰元素必须在某一特定的价态便于处理。另外在自然界中锰矿石往往与铁矿物混杂在一起，为便于锰铁分离多使铁矿物还原成强磁性的Fe₃O₄。因此，焙烧工艺在锰矿石加工中是一个重要环节，通常焙烧分为三种：还原焙烧、中性焙烧和氧化焙烧。
    (一)还原焙烧
    锰矿石还原焙烧的目的有二：一是将高价氧化锰还原成低价氧化锰，便于在湿法浸取锰矿石过程中锰元素溶解成离子状态。另一目的是将矿石的弱磁性的铁氧化矿还原为强磁性的磁铁矿或假象赤铁矿，再用弱选机分离锰铁，提高锰矿物的锰铁比。
    在还原焙烧中，其主要化学反应式如下：
                                MnO₂+CO===MnO+CO₂
                                MnO₂+H₂===MnO+H₂O
                              3Fe₂O₃+CO===2Fe₃O₄+CO₂
                              3Fe₂O₃+H₂===2Fe₃O₄+H₂O
    锰矿石还原焙烧设备很多，在工业生产上曾采用的有反射炉、竖炉、回转窑和沸腾炉等。
    1.反射炉

    反射炉的结构简单(如图2)，20世纪60年代末即在长沙化工厂首先采用这种设备焙烧锰矿石制备硫酸锰，目前已在湖南、贵州、云南、广西等地的小型企业中获得广泛应用。
    氧化锰矿与无烟煤按质量比100:16左右的比值用人工混匀后，用输送机给入到炉内，料层厚在150~200mm，用人工扒平，即可关上炉门进行焙烧，焙烧温度约800℃，时间约200min，由于炉内料层呈静止状态，因此在焙烧过程中可打开炉门，用人工翻动炉料，使焙烧反应均匀。焙烧完成后，用人工迅速将焙烧合格料扒入铁桶内并喷水封闭冷却，防止与空气接触再氧化。焙烧的热源是从反射炉头的燃烧室供给的高温烟气经反射炉底板下的巷道流至反射炉另一端后上升返回到反射炉膛的上部空间掠过，再从排烟口排入烟囱放空。
    根据经验，还原剂耗量，矿与煤质量比为100:16，燃料耗量100~110kg/t，总煤耗265kg/t原矿，总热耗(712~773)x10⁴kJ/t原矿。操作正常，锰矿石还原率可达90%左右。反射炉的特点是结构简单，投资小，见效快。但热耗高，生产效率低，劳动条件恶劣，特别是环保问题不易解决。
    2.竖炉
    竖炉一般系指鞍山式竖炉，它是因为在鞍山钢铁公司烧结总厂焙烧车间首先应用而命名，八一锰矿选矿厂设计首先就采用这一炉型作为还原焙烧设备。

    该设备结构简单(如图3)，长方型形炉内部用耐火砖镶砌，两长边稍有倾斜角度形成一斜壁，其目的是使矿石均匀下降。竖炉按它的工作原理分成四个带；即装料带、加热带、还原带和冷却带。装料带本身就是个矿槽，位于炉子的上部，它的任务是依据给矿器调整矿石均匀地送入炉内。在加热带燃烧的气体将矿石加热到还原反应所需的温度，便逐渐下降到还原带而与下部供给的气态还原剂接触矿石便开始还原，被还原的矿石继续落至炉的两下侧，由辊式排矿机卸入沉没在水内的斗式运输机。冷却后的矿石被斗式运输机排出。[next]
    竖炉的有效容积40m3，炉腰尺寸为300mm，料柱高度1800mm，炉底板倾角50°，抽风机风量28500m³/h，风压10.5kPa，功率l00kW抽风下料时两边抽风，中间下料。
    竖炉焙烧不同矿石的时煤气及竖炉各部位的温度变化见表1。

    焙烧矿用磁选管选别的指标见表2。

    矿种中的混合矿是指粒度为50mm以下的锰矿石，粒度筛析表明其中粒度小于20mm占73.14%，而粒度小于l0mm的占到51.28%，块矿主要是50~l0mm的占75.52%，其余为小于l0mm。从选别数据可明显看出，由于入炉焙烧的粒度中粉矿占大多数，矿石透气性差，虽然配置的抽风机抽风量大，负压高，在炉顶负压高达6kPa，但燃烧室仍处于±20Pa，烧火孔处为250Pa状态。炉子透气性差，焙烧效果不好，因此可以说明，竖炉只适宜处理粒度为20~75mm的矿石，粒度小于20mm的矿石不得大于10%，对焙烧混合矿或粉矿是不适宜的。
    3.回转窑
    回转窑(图4)还原焙烧氧化锰矿石在栖露山铅锌锰矿有工业生产实践。

    回转窑外径1.5m，长度30m，内径1.2m，有效容积30m³,转速0.49~0.51r/min，传动功率12~25kW，回转窑安装坡度1.9%，入炉焙烧锰矿石粒度＜15mm，配10%粉煤作还原剂，焙烧燃料为水煤气。
    回转窑处理量为40t/h，每吨原矿耗还原剂90~100kg、耗煤气277m³，合计每吨原矿耗热(350~400)x10⁴kJ.
    回转窑分为三带：干燥带，长约10~12m、温度100~200℃，预热加温带长12~15m，温度350℃，加热还原带在排矿端，温度在900℃以上，焙烧好的矿石在600℃时进入ф1.5mx16m冷却机冷却(在冷却筒上洒水)，焙烧矿经冷却后排出。锰矿石还原率均有90%以上。由于其产品是供酸浸制造合成二氧化锰，因环保问题未解决而停产。
    1963年八一锰矿在长沙矿冶研究院的ф0.25mx4m回转窑中进行锰矿石还原焙烧扩大试验，取得较好技术指标，处理量可达2.75t/m³。
    大新锰矿于1999年建成电加热的不锈钢外壳的还原焙烧回转窑，用煤作还原剂，因冷却效果欠佳及窑体结构不适宜，目前仍在整改中。