铁质锰矿细粒级焙烧-磁选富集技术研发

《Processes》：Development of a Roasting–Magnetic Separation Technology for the Beneficiation of Ferruginous Manganese Fines

　　

本研究旨在开发一种焙烧-磁选技术，用于处理Tur矿床矿石加工过程中产生的铁质锰矿细粒级（ferruginous manganese fines），以降低产品铁含量并提高锰品位，获得适用于后续冶金应用的原料。研究人员提出了采用碳质还原剂（Shubarkol煤）进行磁化还原焙烧（magnetizing reduction roasting）随后磁选（magnetic separation）的工艺流程。系统考察了还原剂用量（20和30 wt.%）、焙烧时长（180和300 min）及粒度分布等关键参数的影响。铁锰分离效率强烈依赖于焙烧条件及含铁相的还原程度。该技术在30 wt.%煤量、300 min焙烧下效果最佳，非磁性产品中锰回收率可达73.40%，铁含量降至2.13%。引入预磁选段提高了过程选择性，获得含锰高达31.9%、含铁2.0%的锰精矿。X射线衍射（XRD）分析确认了(Fe,Mn)O、黑锰矿（hausmannite）和褐锰矿（braunite）的生成，石英仍为优势脉石相。结果表明该技术可高效利用铁质锰矿细粉，拓展哈萨克斯坦冶金原料基础。

研究背景方面，全球钢产量增长带动锰系铁合金（ferromanganese、ferrosilicomanganese）需求上升，但多国高品位锰矿枯竭，迫使产业转向低品位难选铁质锰矿。哈萨克斯坦锰矿虽储量大，但超70%为铁质锰矿，原矿铁高（达30%）、锰低（<25%），中间技转产品（ITP）锰约15.14%、铁12.40%、Mn/Fe仅1.22，无法直接用于铁合金冶炼；堆存超1.2亿吨既环境压力又属二次资源。传统火法降铁入渣或湿法浸出经济性差，而还原焙烧-磁选可使铁矿物转为磁性相（磁铁矿Fe₃O₄或金属铁）、锰相保持弱磁/非磁，从而实现选择性分离。已有研究多聚焦自然锰矿且Mn/Fe较优者，对哈萨克斯坦Tur矿床ITP这种高铁低Mn/Fe、矿物嵌布复杂的技转料缺乏系统研究，故研究人员开展本次工艺开发。

主要关键技术方法上，研究人员取哈萨克斯坦中部Tur矿床选矿尾堆中的ITP（0–10 mm，预碎至?5 mm）为原料；还原剂为Shubarkol长焰烟煤（?2.5 mm），在650–700°C（方案II为600–650°C）马弗炉中于煤气化生成CO的还原气氛下焙烧180或300 min，煤量20或30 wt.%；焙后冷至室温过?5 mm筛，用138T-SEM干式磁选机先以0.1 T低强磁选，方案II在焙前增加高强干式预磁选；物相用Bruker D8 Advance XRD（Cu Kα，40 kV/40 mA，2θ=10–90°）配合PDF-2库鉴定，成分用湿化学分析。

研究结果部分，3.1节粒度与XRD表征表明ITP中石英55.9%、赤铁矿（Fe₂O₃）17.6%、地开石11.5%、羟锰矿（pyrochroite，Mn(OH)₂）9.9%，粗粒富锰细粒富铁，63%小于1 mm，证实需细碎与预选；3.2.1节方案I（焙后单低强磁选）显示30%煤+300 min得非磁精矿No.7，锰回收73.40%、产率54.22%、Mn 18.70%/Fe 3.22%，而20%煤+180 min得No.6品位最优（Mn 22.30%/Fe 2.80%，Mn/Fe≈7.96）；3.2.2节方案II（焙前高强预磁选+焙后低强磁选）因预选排掉强磁铁矿，入焙料相对富锰，300 min+30%煤得No.19产率14.97%、回收28.75%，20%煤+300 min得No.17品位最高（Mn 31.90%/Fe 2.00%），20%煤+180 min得No.18铁最低（Fe 1.45%），说明延长时间提回收、适度煤量保品位；3.3节XRD显示方案I精矿含(Fe,Mn)O 29.2%、黑锰矿11.2%、褐锰矿6.2%、石英53.4%，方案II精矿石英升至67.4%伴生磁铁矿8.2%与黑锰矿10.7%，证实焙烧中铁矿物转磁性相、锰相以Mn₃O₄/褐锰矿保留非磁态是分离基础。

讨论与结论翻译：研究人员指出ITP具低Mn/Fe（1.22）及石英-铁氧化物-锰羟化物主导的异质矿物学特征，须选别后方可入冶；锰铁分离效率受粒度、煤量、焙时与磁选条件联合控制，还原焙烧中选择性相变使锰富集于非磁产品、铁入磁产品；XRD证认(Fe,Mn)O、hausmannite（Mn₃O₄）、braunite生成机制；最优条件下锰回收达73.40%，最高质精矿Mn 31.9%/Fe 2.0%；所提技术可同时产锰精矿与含铁副产品，利于Tur矿床铁质锰细粉综合利用与技转资源可持续处理；研究限于实验室尺度与特定ITP，后续需半工业验证、焙烧气氛与煤耗优化、粒度/矿物波动影响及铁合金冶炼性能评价与技术经济评估。该文发表于《Processes》。