锯屑热解还原-酸浸法从褐锰矿中提取锰的行为机制与工艺优化

本研究针对传统锰矿冶炼能耗高、污染大的问题，创新性地采用锯屑热解还原焙烧-酸浸联用技术提取褐锰矿中的锰。通过热力学模拟和TG-MS分析揭示了CH4、CO等还原性气体在320°C时的关键作用，建立动力学方程(Ea=179.24 kJ/mol)，优化工艺参数使锰提取率达92%。该研究为生物质资源化利用和低碳锰冶炼提供了新思路。

　　

锰作为现代工业不可或缺的战略金属，其传统冶炼方式正面临资源枯竭与高能耗的双重挑战。随着优质软锰矿的日渐匮乏，储量丰富但难处理的褐锰矿（含Mn>35%）成为关注焦点。然而，传统电炉冶炼需1500°C以上高温，而生物质还原技术虽在软锰矿中有所应用，对硅酸盐型褐锰矿的适用性仍是空白。中国科学院过程工程研究所的研究团队在《Bioresource Technology》发表的研究，通过锯屑热解还原耦合酸浸的创新工艺，为这一难题提供了突破性解决方案。

研究采用热力学模拟软件HSC 6.0、热重质谱联用(TG-MS)和非等温动力学分析等关键技术，结合南非褐锰矿样本（<74μm）和北京家具厂锯屑（C含量43.69%）开展实验。通过Kissinger法和Coats-Redfern模型构建动力学方程，并优化工艺参数。

【热力学特性分析】

热力学计算证实CH₄、C₂H₄等气体还原Mn₂O₃/MnO₂的反应均能自发进行。TG-MS显示锯屑热解分三阶段释放还原气体，在320°C出现最大反应速率峰。

【动力学机制】

建立包含收缩核模型和三维扩散模型的复合动力学方程，活化能E_a为179.24 kJ/mol，揭示气体扩散为控速步骤的关键机制。

【工艺优化】

确定最佳条件：焙烧温度550°C（较传统降低950°C）、锯屑添加量75%、时间30分钟，锰提取率突破92%。相分析显示MnSiO₃成功转化为易溶的Mn₂SiO₄和MnO。

该研究首次阐明生物质热解气体还原褐锰矿的"气-固反应"主导机制，相比传统工艺节能40%以上。团队提出的微波辅助热解方向（Hadiya et al., 2022），未来可进一步提升生物质利用率。这项成果不仅为硅酸盐型锰矿开发提供新范式，更推动冶金行业向低碳化转型，对实现"双碳"目标具有重要战略意义。