低品位铁锰矿与钛白废渣协同利用新策略：锰的选择性提取与锰铁氧体（MnFe2O4）的绿色合成

为解决高品位锰矿资源枯竭与钛白废渣（铜矾）堆积污染问题，研究人员提出一种低品位铁锰矿与废铜矾协同焙烧-水浸新工艺，实现锰选择性提取（93.14%回收率）与铁高效富集（残留率98.18%），并成功合成高值锰铁氧体（饱和磁化强度49.98 emu/g）。该技术兼具资源循环与近零排放优势，为锰/铁资源可持续开发提供新范式。

　　

随着全球高品位锰矿资源日益枯竭，中国作为锰消费大国正面临严峻的资源安全挑战。现有锰矿平均品位仅21.4%，且73%的矿石中锰铁质量比低于3，传统选矿方法难以实现铁锰分离。与此同时，钛白粉行业每年产生数百万吨废铜矾（FeSO₄·7H₂O），其露天堆放不仅占用土地，更造成严重的铁资源浪费与环境污染。如何实现低品位铁锰矿与工业废渣的协同利用，成为资源冶金领域亟待解决的难题。

针对这一挑战，西安建筑科技大学材料科学与工程学院的研究团队在《Process Safety and Environmental Protection》发表创新研究，提出"废铜矾还原焙烧-水浸分离-水热合成"的全新工艺路线。该研究通过热力学分析揭示了废铜矾在250-700℃区间分阶段脱结晶水、分解氧化并选择性还原锰氧化物的反应机制，结合XRD、VSM等表征技术，系统优化了工艺参数并阐明锰铁分离规律。

关键技术方法
研究采用广西低品位铁锰矿（Mn 18.43%，Fe 14.51%）与钛白废渣为原料，通过热重-差示扫描量热（TG-DSC）分析反应路径，优化协同焙烧条件（温度/配比/时间）；利用X射线衍射（XRD）追踪物相转化，采用电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）测定浸出率；通过水热法合成锰铁氧体（MnFe₂O₄），并利用振动样品磁强计（VSM）测试磁性能。

研究结果

1. 焙烧温度影响机制：650℃为最佳反应节点，此时Mn₆O₁₂被还原为MnSO₄（水溶性），而Fe转化为α-Fe₂O₃（不溶性），实现锰铁高效分离。温度低于600℃时废铜矾分解不彻底，高于700℃则导致MnSO₄二次分解。

2. 质量比优化：废铜矾与矿石质量比3.5:1时达到最佳平衡，Mn浸出率93.14%而Fe溶出率仅1.82%。过量废铜矾会导致未反应的FeSO₄残留，增加后续除铁负担。

3. 产物高值化利用：浸出液经水解沉淀除杂后获得Mn浓度17.22 g/L的净化液，水热合成的MnFe₂O₄具备优异磁性能（矫顽力36.30 Oe）；浸出渣中赤铁矿（Fe₂O₃）含量达59.45%，可直接用作炼铁原料。

结论与意义
该研究创新性地利用废铜矾的还原特性，通过"氧化-还原协同"机制实现铁锰分离，突破传统工艺需外加还原剂/硫酸的局限。全过程仅需水作为浸出介质，废气主要为SO₂（可回收制酸），真正实现近零排放。研究成果不仅为低品位铁锰矿开发提供经济可行的技术方案，更开创了钛白废渣资源化新途径，对推动冶金行业绿色转型具有重要示范意义。正如通讯作者Yang Wei教授指出，该工艺每处理1吨铁锰矿可同步消纳3.5吨废铜矾，兼具环境效益与工业放大潜力。