《Powder Technology》：Advances in iron-manganese separation from ferromanganese ores: Technologies, challenges, and future trends
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摘要锰（Mn）和铁（Fe）是国民经济和国防工业中不可或缺的过渡金属，但它们常常共存于结构复杂、粒度细小的铁锰矿中，难以分离。铁锰矿在全球分布广泛，随着高品位单一金属矿床的快速枯竭，从共生矿中高效且环保地回收铁和锰已成为钢铁及锰合金行业的战略重点。本文对全球锰矿资源进行了全面综述。
摘要
锰（Mn）和铁（Fe）是国民经济和国防工业中不可或缺的过渡金属，但它们常常共存于结构复杂、粒度细小的铁锰矿中，难以分离。铁锰矿在全球分布广泛，随着高品位单一金属矿床的快速枯竭，从共生矿中高效且环保地回收铁和锰已成为钢铁及锰合金行业的战略重点。本文对全球锰矿资源进行了全面综述。基于铁锰矿中典型锰矿物和铁矿物的工艺矿物学特征，系统深入地研究了当前从铁锰矿中分离铁和锰的各种技术和工艺，包括传统的选矿方法（重力分选、磁选、浮选）、新兴的选矿技术（光电选矿）、火法工艺（还原焙烧、还原熔炼）以及湿法工艺（化学浸出、生物浸出），还有火湿法混合工艺（碳基焙烧-浸出、硫酸化焙烧-浸出）。此外，还对组合工艺进行了深入分析。通过对这些技术的优缺点进行细致评估，发现清洁高效的选矿-冶金协同处理、环保型浮选药剂以及定制化的分离工艺对于突破低品位铁锰矿的利用瓶颈至关重要。未来的研究方向在于技术创新、国际合作以及绿色磁化焙烧技术的发展，以确保行业的可持续发展。本综述不仅为铁锰矿的可持续利用奠定了理论基础，还为选择合适的分离策略提供了技术指导。同时，对绿色磁化焙烧技术未来发展趋势的分析，也为提升难处理金属矿的富集与分离技术提供了宝贵参考，进而推动整个冶金领域的进步。
引言
锰在冶金行业中作为重要的冶炼原料，起着不可或缺的作用。统计数据显示，约90%的锰被用于冶金行业[1]。金属铁则在工业制造、基础设施建设、国防军事领域以及能源行业中有广泛的应用[2]。锰（Mn）和铁（Fe）都是推动国民经济和国防工业发展的关键过渡金属。在自然界中，它们往往共存，形成复杂的铁锰矿床以及多种铁锰氧化物复合物。这类矿石通常具有复杂的结构，铁和锰矿物在其中紧密交织分布。此外，它们还常含有磷、硅、铝等杂质元素，这使得它们的分离极为困难。
全球锰矿资源十分丰富[3]，但分布不均，主要矿床集中在南非、乌克兰、加蓬和印度等国家。中国也拥有丰富的锰矿储备，主要集中在广西、湖南、贵州和云南等地；不过这些矿石通常品位较低，粒度细小，矿物学结构复杂。此外，由于铁和锰的地球化学性质极为相似，因此在矿物形成过程中两者往往呈现密切的共生关系，这在低品位锰矿中尤为明显，因为铁在这些矿石中的存在十分普遍[4]。世界上许多国家都拥有丰富的铁锰矿资源。例如，中国73%以上的锰矿床的Mn/Fe质量比低于3，而印度近一半的锰矿资源中也含有一定量的铁[5]。近年来，随着高品位、易加工矿石资源的日益枯竭，低品位、粒度细小的铁锰矿已成为主要的加工对象。因此，不断优化工艺、改进技术以提高铁锰矿资源的利用率显得尤为重要。
在铁锰矿资源的综合利用中，铁和锰的分离是最为棘手的难题。近年来，研究人员开发出了多种组合选矿流程以及火法、湿法工艺，如还原焙烧-磁选和浸出等，取得了显著进展。在此背景下，本文首先总结了国内外铁锰矿的特点，然后系统地梳理了关键的铁-锰分离技术。文章分析了各种方法的适用条件、分离效果以及技术瓶颈，同时还对未来发展趋势进行了展望。与其他相关综述相比，本文的研究范围更窄，但分析更为深入：我们专门聚焦于铁锰矿中铁和锰的分离技术，而非探讨铁锰矿的各类应用技术。具体而言，本文的创新之处体现在四个方面：（1）补充了以往综述中常被忽视的光电选矿方法，提升了综述的全面性和可读性；（2）提出了统一的工艺分类图（见图3），帮助读者更清晰、更快地了解相关内容及整个技术体系；（3）更加重视绿色低碳的工艺路线，尤其是以氢气为介质的悬浮磁化焙烧技术和生物质还原剂技术；（4）与以往主要罗列现有方法的综述不同，本文还考虑了技术经济因素（第3.9节），并提出了工艺选择决策框架，旨在为从事工艺设计的工程师和研究人员提供实用的工具，而不仅仅是文献综述。简而言之，本综述旨在为高效利用铁锰矿资源提供理论依据和技术指导。
章节要点
资源分布
全球锰矿资源总量虽大，但分布极不均匀[6]。根据美国地质调查局的数据[7]，2024年全球已探明的锰金属储量为17亿吨。其中南非的占比最高，为32.94%，澳大利亚位居第二，占比29.41%，中国位列第三，占比16.47%（2.8亿吨），详见图1。由于铁和锰的化学及物理性质相似，
铁-锰分离技术的研究进展
迄今为止，人们已经研究了多种从铁锰矿中分离铁和锰的方法。总体而言，这些方法可分为传统的矿物加工技术，如重力分选、磁选、浮选，以及新兴的选矿方法，比如光电选矿，还有火法或湿法工艺，如焙烧和化学浸出，或是上述方法的组合，详见图3。在
发展趋势
随着全球对锰和铁这类战略金属需求的持续增长，再加上高品位单一金属矿资源的日益枯竭，高效且环保地处理复杂难处理的铁锰矿已成为资源综合利用领域的关键研究课题。
早期用于铁锰矿中铁和锰分离的方法主要依赖于浮选、磁选和焙烧等物理工艺
结论
高效分离铁和锰仍是实现复杂铁锰矿资源可持续利用的核心技术障碍。本文系统地评估了现有的各种技术——从传统的物理选矿到火法、湿法以及混合工艺——特别强调了它们的适用性、性能以及经济影响。通过这一全面分析，得出了以下结论。
作者贡献说明
王书贤：撰写——初稿。刘晓：撰写——审阅与编辑、验证、监督、概念构思。王佳珍：监督。崔凯博：监督。刘浩泽：监督。邱军：监督。周文涛：监督。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了国家关键研发计划青年科学家项目（项目编号：2023YFC2909000）、山东省自然科学基金（项目编号：ZR2024ME082）以及矿物加工国家重点实验室开放基金（项目编号：BGRIMM-KJSKL-2025-03；BGRIMM-KJSKL-2025-20）的支持。
王书贤|刘晓|王佳珍|崔凯博|刘浩泽|邱军|周文涛
