一、前语
我国锰矿资源具有经济价值的地质储量到达3.02亿t，在全球占第7位。贵州省锰矿资源储量居全国第3位，其特点是贫矿多、杂矿多、矿层薄、矿藏嵌布粒度细、难采、难选，富矿严峻缺少，含锰均匀档次21.14%，制品矿锰档次均匀不到30%，其资源使用率遭到严峻的约束，一起跟着资源报价的不断上涨，锰矿档次的下降，也日趋严峻地限制了锰业的进一步开展。海绵钛出产以及氯碱工业出产进程中都有很多的废发生，废假如排放就会发生巨大的资源糟蹋并且还会严峻地污染周边环境。所认为完成资源的更好使用，削减“三废”的发生，到达清洁出产的意图，本实验研讨了使用海绵钛出产以及氯碱工业出产进程中发生的很多废和中低档次菱锰矿作为质料制取。
二、实验部分
（一）实验质料
所用菱锰矿及硬锰矿的化学成分见表1，其特点是高铁、高钙。
表1 质料组成 %
（二）实验办法及工艺流程
实验选用湿法浸出的办法，将废与菱锰矿按必定的液固比配成浸出液在加热及拌和的条件下进行，然后进行过滤及净化得到产品。详细工艺如图1。
图1 工业废浸出菱锰矿工艺流程
（三）实验原理及进程
1、浸出实验原理及进程。锰在菱锰矿中首要以碳酸锰方式存在。因而菱锰矿与的反响是复分化反响的一种，这是用废从菱锰矿中提取锰的依据，该进程中的首要化学反响如下：
经过热力学核算可得在标态下以上反响的标准吉布斯自由能△G。≤－42.89kJmol，能够看出上述反响不只能自发进行，并且可进行得完全。从动力学观念来看该系统是一个多相反响和界面化学反响进程，在整个反响进程中能够经过升温，加强拌和等办法来增大固液触摸面积，使反响充沛，因而在动力学上也可得到杰出的反响作用。
浸出实验是在玻璃烧杯中，将定量菱锰矿和水分按必定固液比参加，拌和均匀，加热至70～90℃。随后选用守时分次加酸法，参加所需量的，并参加适量硬锰矿粉，使溶液中Fe2+氧化为Fe3+，当反响接近结束时参加适量石灰水，使溶液pH上升至5～6，溶液中的Fe2+氧化成Fe3+，并水解为胶态的Fe(OH)3，过滤。
2、净化实验原理及进程。向用工业废浸出低档次菱锰矿制得的溶液中参加金属锰粉，单质锰与溶液中的大部分金属离子（包含Fe2+、Fe3+、Pb2+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+等）反响构成沉积而除去。反响如下：
Men++Mn=Mn2++Me
式中Me代表溶液中的Fe2+、Fe3+、Pb2+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+等各种金属离子。
当参加反响的氧化型和复原型物质不处于标准状态时，应该依据能斯特方程式求得该给定条件下各电对的电极电势值后再进行比较和判别。在浓度（或气体分压）的改变对电极电势的影响不太大时，假如两个电对的标准电极电势相差大于0.2V以上时，一般仍可用标准电极电势来判别氧化复原反响的方向。
随后向滤液中参加2～3g金属锰粉，进行拌和，加热到大于80℃。过滤生成的重金属沉积，然后在80℃下，操控pH值在4～5之间，操控拌和转速在100r/min左右，向滤液中参加MnSO4的热溶液，1h后过滤。
三、实验成果与评论
（一）浸出实验成果
经过探索性实验阶段的调查，归纳考虑挑选用硬猛矿做氧化剂，反响进程中pH值操控在0.5～1.0，而反响结尾pH值则操控在5～6。这样一方面有利于进步菱锰矿的浸出率，另一方面能够在浸出阶段将铁除去，削减后边的净化工序，实验成果如表2。
表2 正交实验成果
（二）浸出实验成果评论及最优工艺条件的挑选
依据表2所示实验成果，能够看出当反响液固比为2.5∶1时反响的浸出率要优于其它条件时的锰浸出率，液固比过低不利于矿粉分化，进步液固比，下降液相粘度，有利于矿粉分化。但过高的液固比，不只会下降反响器的出产能力，并且会使后续过滤液的浓缩增大能耗。从图2中能够看出，适合的液固比为2.5∶1。
图2 浸出反响液固比对锰浸出率的影响
如图3所示，跟着浸出温度的增高，锰的浸出率会相应增高。进步反响温度，能下降液相粘度，减小离子扩散阻力，加速化学反响速度，进步矿粉分化率。但温度过高，不只对原料要求进步，并且会使杂质的溶解度添加。
图3 浸出反响温度对锰浸出率的影响
从图3可见，在该反响系统中反响温度80℃较好。
酸的过量系数对锰的浸出率也有影响（见图4）。
图4 酸的过量系数对锰的浸出率的影响
从图4中能够看出，当的过量系数为1.3时，锰的浸出率就最好，锰的一次浸出率要优于其它的实验条件，所以，挑选浸出进程酸的过量系数为1.3。
跟着浸出时刻的添加，锰的浸出率会相应增高（见图5）。
图5 浸出反响时刻对锰出率的影响
从图5中能够看出，浸出时刻从40min添加到60 min浸出率进步了6个百分点，再进步到80 min浸出率也只进步了0.5个百分点，浸出时刻越长锰的浸出作用也就越好。可是浸出时刻到达60 min今后，浸出率的增量显着变小，考虑到60 min今后延伸浸出时刻会增大本钱并且作用也不很显着，所以浸出时刻就挑选在60 min。
综上所述，结合极差分析及归纳经济分析得出最优浸出菱锰矿的工艺条件为A2B2C2D2。即反响液固比为2.5∶1、反响温度80℃、反响时刻60min、酸的过量系数为1.3。因为这个实验条件为正交实验中没有的实验，所以又对其做了验证性实验。
（三）最优工艺条件的验证
依据上述最优工艺条件，进行了3次重复实验，成果如表3所示。
表3 最优工艺条件验证实验成果
从表3的验证实验成果能够看出，液固比为2.5∶1，温度80℃，时刻60 min，酸的过量系数为1.3，浸出率到达75%左右，浸出作用较抱负。终究产品经贵州师大化验中心分析到达HG－T3816－2006标准要求。
（四）净化实验及成果评论
在坚持反响温度在80℃以上，按需要量参加锰粉及硫酸锰，反响时刻1h，静置时刻24h。制得的四水产品目标（贵州师范大学分析检测中心检测）见表4。
表4 四水的产品目标 %
四水在106℃时失掉一分子结晶水，198℃失掉悉数结晶水而成为带粉色的无水结晶粉末。因而可坚持恒温箱在100℃对脱水后的四水进行烘干，烘干后得到外观玫瑰色的四水针状结晶。经分析测定，产品各项目标到达了HG/T 3816－2006标准。
四、定论
（一）本实验计划的提出，一方面能充沛使用并发挥贵州区域丰厚的锰矿资源优势；另一方面能够处理海绵钛出产以及氯碱工业出产进程中发生的很多废，到达废物再使用的意图。
（二）经过正交实验分别对影响浸出的首要要素（温度、时刻、液固比和酸的过量系数）进行调查，得出了影响菱锰矿浸出要素的主次次序即液固比、温度、酸的过量系数和时刻。找出了该种矿样的最佳浸出条件，即液固比2.5∶1、温度80℃、酸的过量系数1.3和时刻60 min，菱锰矿的实践浸出率到达75%左右。产品质量牢靠，契合HG－T3816－2006标准要求。
（三）实验成果表明该工艺流程简略、技能牢靠，并且为贵州省低档次锰矿资源供给了一种重要的使用办法。
我国锰矿资源具有经济价值的地质储量到达3.02亿t，在全球占第7位。贵州省锰矿资源储量居全国第3位，其特点是贫矿多、杂矿多、矿层薄、矿藏嵌布粒度细、难采、难选，富矿严峻缺少，含锰均匀档次21.14%，制品矿锰档次均匀不到30%，其资源使用率遭到严峻的约束，一起跟着资源报价的不断上涨，锰矿档次的下降，也日趋严峻地限制了锰业的进一步开展。海绵钛出产以及氯碱工业出产进程中都有很多的废发生，废假如排放就会发生巨大的资源糟蹋并且还会严峻地污染周边环境。所认为完成资源的更好使用，削减“三废”的发生，到达清洁出产的意图，本实验研讨了使用海绵钛出产以及氯碱工业出产进程中发生的很多废和中低档次菱锰矿作为质料制取。
二、实验部分
（一）实验质料
所用菱锰矿及硬锰矿的化学成分见表1，其特点是高铁、高钙。
表1 质料组成 %
（二）实验办法及工艺流程
实验选用湿法浸出的办法，将废与菱锰矿按必定的液固比配成浸出液在加热及拌和的条件下进行，然后进行过滤及净化得到产品。详细工艺如图1。
图1 工业废浸出菱锰矿工艺流程
（三）实验原理及进程
1、浸出实验原理及进程。锰在菱锰矿中首要以碳酸锰方式存在。因而菱锰矿与的反响是复分化反响的一种，这是用废从菱锰矿中提取锰的依据，该进程中的首要化学反响如下：
经过热力学核算可得在标态下以上反响的标准吉布斯自由能△G。≤－42.89kJmol，能够看出上述反响不只能自发进行，并且可进行得完全。从动力学观念来看该系统是一个多相反响和界面化学反响进程，在整个反响进程中能够经过升温，加强拌和等办法来增大固液触摸面积，使反响充沛，因而在动力学上也可得到杰出的反响作用。
浸出实验是在玻璃烧杯中，将定量菱锰矿和水分按必定固液比参加，拌和均匀，加热至70～90℃。随后选用守时分次加酸法，参加所需量的，并参加适量硬锰矿粉，使溶液中Fe2+氧化为Fe3+，当反响接近结束时参加适量石灰水，使溶液pH上升至5～6，溶液中的Fe2+氧化成Fe3+，并水解为胶态的Fe(OH)3，过滤。
2、净化实验原理及进程。向用工业废浸出低档次菱锰矿制得的溶液中参加金属锰粉，单质锰与溶液中的大部分金属离子（包含Fe2+、Fe3+、Pb2+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+等）反响构成沉积而除去。反响如下：
Men++Mn=Mn2++Me
式中Me代表溶液中的Fe2+、Fe3+、Pb2+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+等各种金属离子。
当参加反响的氧化型和复原型物质不处于标准状态时，应该依据能斯特方程式求得该给定条件下各电对的电极电势值后再进行比较和判别。在浓度（或气体分压）的改变对电极电势的影响不太大时，假如两个电对的标准电极电势相差大于0.2V以上时，一般仍可用标准电极电势来判别氧化复原反响的方向。
随后向滤液中参加2～3g金属锰粉，进行拌和，加热到大于80℃。过滤生成的重金属沉积，然后在80℃下，操控pH值在4～5之间，操控拌和转速在100r/min左右，向滤液中参加MnSO4的热溶液，1h后过滤。
三、实验成果与评论
（一）浸出实验成果
经过探索性实验阶段的调查，归纳考虑挑选用硬猛矿做氧化剂，反响进程中pH值操控在0.5～1.0，而反响结尾pH值则操控在5～6。这样一方面有利于进步菱锰矿的浸出率，另一方面能够在浸出阶段将铁除去，削减后边的净化工序，实验成果如表2。
表2 正交实验成果
（二）浸出实验成果评论及最优工艺条件的挑选
依据表2所示实验成果，能够看出当反响液固比为2.5∶1时反响的浸出率要优于其它条件时的锰浸出率，液固比过低不利于矿粉分化，进步液固比，下降液相粘度，有利于矿粉分化。但过高的液固比，不只会下降反响器的出产能力，并且会使后续过滤液的浓缩增大能耗。从图2中能够看出，适合的液固比为2.5∶1。
图2 浸出反响液固比对锰浸出率的影响
如图3所示，跟着浸出温度的增高，锰的浸出率会相应增高。进步反响温度，能下降液相粘度，减小离子扩散阻力，加速化学反响速度，进步矿粉分化率。但温度过高，不只对原料要求进步，并且会使杂质的溶解度添加。
图3 浸出反响温度对锰浸出率的影响
从图3可见，在该反响系统中反响温度80℃较好。
酸的过量系数对锰的浸出率也有影响（见图4）。
图4 酸的过量系数对锰的浸出率的影响
从图4中能够看出，当的过量系数为1.3时，锰的浸出率就最好，锰的一次浸出率要优于其它的实验条件，所以，挑选浸出进程酸的过量系数为1.3。
跟着浸出时刻的添加，锰的浸出率会相应增高（见图5）。
图5 浸出反响时刻对锰出率的影响
从图5中能够看出，浸出时刻从40min添加到60 min浸出率进步了6个百分点，再进步到80 min浸出率也只进步了0.5个百分点，浸出时刻越长锰的浸出作用也就越好。可是浸出时刻到达60 min今后，浸出率的增量显着变小，考虑到60 min今后延伸浸出时刻会增大本钱并且作用也不很显着，所以浸出时刻就挑选在60 min。
综上所述，结合极差分析及归纳经济分析得出最优浸出菱锰矿的工艺条件为A2B2C2D2。即反响液固比为2.5∶1、反响温度80℃、反响时刻60min、酸的过量系数为1.3。因为这个实验条件为正交实验中没有的实验，所以又对其做了验证性实验。
（三）最优工艺条件的验证
依据上述最优工艺条件，进行了3次重复实验，成果如表3所示。
表3 最优工艺条件验证实验成果
从表3的验证实验成果能够看出，液固比为2.5∶1，温度80℃，时刻60 min，酸的过量系数为1.3，浸出率到达75%左右，浸出作用较抱负。终究产品经贵州师大化验中心分析到达HG－T3816－2006标准要求。
（四）净化实验及成果评论
在坚持反响温度在80℃以上，按需要量参加锰粉及硫酸锰，反响时刻1h，静置时刻24h。制得的四水产品目标（贵州师范大学分析检测中心检测）见表4。
表4 四水的产品目标 %
四水在106℃时失掉一分子结晶水，198℃失掉悉数结晶水而成为带粉色的无水结晶粉末。因而可坚持恒温箱在100℃对脱水后的四水进行烘干，烘干后得到外观玫瑰色的四水针状结晶。经分析测定，产品各项目标到达了HG/T 3816－2006标准。
四、定论
（一）本实验计划的提出，一方面能充沛使用并发挥贵州区域丰厚的锰矿资源优势；另一方面能够处理海绵钛出产以及氯碱工业出产进程中发生的很多废，到达废物再使用的意图。
（二）经过正交实验分别对影响浸出的首要要素（温度、时刻、液固比和酸的过量系数）进行调查，得出了影响菱锰矿浸出要素的主次次序即液固比、温度、酸的过量系数和时刻。找出了该种矿样的最佳浸出条件，即液固比2.5∶1、温度80℃、酸的过量系数1.3和时刻60 min，菱锰矿的实践浸出率到达75%左右。产品质量牢靠，契合HG－T3816－2006标准要求。
（三）实验成果表明该工艺流程简略、技能牢靠，并且为贵州省低档次锰矿资源供给了一种重要的使用办法。
