一种电解锰浸出液的除铁工艺的制作方法

本发明涉及湿法冶金，具体涉及一种电解锰浸出液的除铁工艺。

背景技术：

1、金属锰是钢铁、有色合金及电池等行业的重要基础原料。我国锰产量和消费量均居世界前列。目前工业上主要采用硫酸浸出-电解工艺生产金属锰。锰矿石中通常伴生铁的化合物，在硫酸浸出过程中，铁以fe2+和fe3+形式一同进入浸出液。铁杂质的超标会降低电解过程的电流效率，导致电解无法正常进行。因此，浸出液在进入电解工序前必须将铁含量降至0.5mg/l以下。

2、国内电解锰行业普遍采用水解沉淀法除铁，该方法的基本流程是：向浸出液中加入氧化剂（通常为双氧水或空气），将fe2+氧化为fe3+，同时加入氨水等碱性中和剂使fe3+水解生成fe(oh)3沉淀，再通过压滤实现固液分离，水解沉淀法操作简便、设备简单，但在实际生产中暴露出若干技术弊端。

3、其一，过滤性能差。水解沉淀生成的fe(oh)3主要为无定形胶体，颗粒细小（纳米至亚微米级），堆积致密，形成的滤饼比阻高、透水性差。工业条件下过滤速度仅约0.003 ml/(s·cm²)，导致固液分离耗时长、设备周转慢，过滤工序成为生产瓶颈，增加电耗和人工成本。

4、其二，锰资源损耗严重。fe(oh)3胶体比表面积大，对溶液中mn2+有较强的物理吸附和夹带作用，造成大量锰随铁渣流失。另一方面，在ph 为6-7的中高ph条件下，双氧水对mn2+的氧化活性增强，部分mn2+被氧化为mno2进入渣相。两项因素叠加，传统工艺锰损失率通常在6%以上，锰矿品位较低时甚至超过15%，按年产万吨电解锰计，每年因除铁工序损失的锰可达数百吨，原料成本损失可观。

5、其三，除铁渣产生量大、含水率高。传统工艺除铁渣含水率接近60%，单位体积浸出液产渣量约17.75 g/l。高含水率导致渣的转运和堆存成本增加，且大量含锰废水随渣进入渣场，既造成二次资源流失，也增大了环境风险。

6、为改善除铁渣的过滤性能和降低锰损失，已有研究者尝试向体系中引入晶种。晶种的作用在于提供非均相成核位点，使铁的水解产物在晶种表面定向结晶而非形成无定形胶体，从而提高沉淀颗粒的结晶度和尺寸，改善过滤性能。但现有晶种技术依赖外购商品晶种（如α-feooh、氧化铁粉等），采购和运输成本较高。

7、针对电解锰行业亟需的除铁技术，开发一种不依赖外购辅料、工艺改动小、能从源头降低锰损失和固废产量的低成本除铁方法，具有重要的工程应用价值和现实意义。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种电解锰浸出液的除铁工艺，解决现有电解锰浸出液除铁工艺中过滤困难、锰损失率高、固废产量大、依赖外购晶种增加成本的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

3、一种电解锰浸出液的除铁工艺，包括如下步骤：

4、s1、制备料浆

5、将含fe2+的电解锰浸出液加热至60-75℃，以稀氨水为中和剂，调节ph至3.5-4.5，得到料浆。

6、本步骤中，稀氨水的质量分数为5-10%，进一步优选为10%。

7、本步骤中，采用稀氨水替代氢氧化钠或碳酸钠作为中和剂，可在体系中形成nh3·h2o-(nh4)2so4缓冲对，有效缓冲局部ph波动，避免中和剂加入点附近产生局部强碱区引发mn(oh)2沉淀。

8、s2、缓速氧化与晶化反应

9、向步骤s1所得的料浆中加入晶种，随后加入双氧水，并以稀氨水维持体系ph在3.5-4.5，加热反应。

10、本步骤中，所述晶种的制备方法如下：取干燥粉碎的富铁锰渣与富镁钢渣，球磨混合均匀，得到混合料；然后将混合料置于马弗炉中煅烧，煅烧结束后冷却至室温，研磨过筛，即得到晶种。

11、具体的，所选用的富铁锰渣为富铁电解锰渣，其中fe2o3质量分数不低于40%，mno质量分数为8%-11%。

12、具体的，所选用的富镁钢渣中cao含量为40-52%，mgo含量为12-16%，fe2o3含量为10-15%，sio2含量为10-19%。

13、具体的，先将富铁锰渣与富镁钢渣分别干燥粉碎过100目筛处理。

14、其中，富铁锰渣与富镁钢渣的质量比为3-5:1，例如可以选择3:1、3.5:1、4:1、4.5:1、5:1，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

15、具体的，煅烧的温度为750-850℃，煅烧的时间为2-3h。

16、在煅烧的过程中，富镁钢渣中的mgo与富铁锰渣中的fe2o3发生化学反应，原位生成镁铁尖晶石（mgfe2o4）结构，这种新生成的尖晶石结构对铁离子（fe3+）的晶格匹配度较高，它能作为高活性的异质成核催化中心，显著降低铁定向结晶为针铁矿（feooh）的界面活化能，从而在更低温度下促进铁沉淀物的结晶生长。

17、本步骤中，晶种的添加量为0.5-2g/l，例如可以选择0.5g/l、0.6g/l、0.8g/l、1g/l、1.2g/l、1.5g/l、1.8g/l、2g/l，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

18、本步骤中，以料浆的体积计，双氧水的添加速率为1.8-2.7ml/(l·h)。

19、本步骤中，加热反应的温度为60-75℃，加热反应的时间为0.5-1.5h。

20、在ph为6-7的传统除铁条件下，双氧水对mn2+具有较强的氧化能力，mn2+被氧化生成mno2进入渣相是锰损失的主要来源之一。本发明将体系ph严格控制在3.5-4.5，mn2+的氧化电位显著升高，氧化副反应被大幅抑制，从而从根源上减少锰的化学损失。

21、本发明将双氧水泵入速度控制在1.8-2.7ml/(l·h)，使fe2+逐步氧化，体系维持在适度过饱和度，铁沉淀物沿水铁矿→针铁矿→赤铁矿的热力学稳定路径有序转化，最终形成结晶度良好、颗粒尺寸较大的沉淀产物，过滤速度大幅提升。

22、s3、陈化与固液分离

23、氧化反应结束后，保持反应温度保温陈化0.5-1.5 h，促进铁晶体进一步生长和团聚。陈化完成后，进行固液分离，得到含锰净化液和含铁滤渣。含锰净化液经后续常规除杂工序处理后，可作为电解合格液使用；含铁滤渣可作为制备铁红颜料的原料。

24、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

25、（1）在ph为6-7的传统除铁条件下，双氧水对mn2+具有较强的氧化能力，mn2+被氧化生成mno2进入渣相是锰损失的主要来源之一。本发明将体系ph严格控制在3.5-4.5，mn2+的氧化电位显著升高，氧化副反应被大幅抑制，从而从根源上减少锰的化学损失。

26、（2）本发明将双氧水泵入速度控制在1.8-2.7ml/(l·h)，使fe2+逐步氧化，体系维持在适度过饱和度，铁沉淀物沿水铁矿→针铁矿→赤铁矿的热力学稳定路径有序转化，最终形成结晶度良好、颗粒尺寸较大的沉淀产物，过滤速度大幅提升。

27、（3）本发明将富镁钢渣与富铁锰渣进行混合煅烧，原位生成镁铁尖晶石（mgfe2o4）结构，这种新生成的尖晶石结构对铁离子（fe3+）的晶格匹配度较高，它能作为高活性的异质成核催化中心，显著降低铁定向结晶为针铁矿（feooh）的界面活化能，从而在更低温度下促进铁沉淀物的结晶生长。相较于均相成核，非均相成核所需的过饱和度更低，结晶速率更快，产物结晶度更高，同时，晶种来源于生产固废，无需额外采购，实现了以废治废的资源化循环。

28、（4）本发明仅需调整现有生产线的工艺操作参数（ph、温度、双氧水加入方式），无需新增或改造主体设备，易于在现有电解锰企业推广应用。同时配置的60-75℃低温工艺可使蒸汽用量大幅减少，为蒸汽供应受限的企业提供了低成本替代方案。