锰矿石(manganese ore)

可供工业利用的含锰矿石。自然界中绝大部分锰矿石为锰的氧化物，即氧化锰矿和碳酸盐化合物(碳酸盐锰矿)。前者一般含二氧化硅和铁较高，后者则含磷较高。它是重要的钢铁冶金原料，主要作为脱氧剂、脱硫剂和合金元素。世界各国冶金用锰矿石约占锰矿石总消耗量的95％。在化学工业中，锰矿石用于制造电池和化学药品。锰矿石按其含锰量分为富矿或贫矿，划分标准如表1。

表1 贫富锰矿石划分标准

中国锰矿资源十分丰富，已探明的储量仅次于前苏联，居世界第二位。储量较大的有湖南、广西、贵州、辽宁、江西、河北、广东等省、自治区。中国的锰矿贫矿多富矿少，含锰20%～30%的贫锰矿占90%左右，锰铁比不高，一般在1.5～5之间。矿石结构比较复杂，需经过较复杂的选矿处理才能满足冶炼要求。

锰矿石的化学成份：

类型、用途及物化特性   锰矿石按其锰铁比可分为锰矿石、铁锰矿石和含锰矿石。(1)锰矿石。凡锰铁比在0.8～1.0以上者属锰矿石。含锰大于30%，锰铁比不小于3的为富锰矿石，可直接用于冶炼锰质合金。含锰小于30%和锰铁比小于3的高铁贫锰矿石需经选矿后应用。(2)铁锰矿石。凡锰铁比在0.5～0.8者为铁锰矿石，这类矿石往往要经选矿才能作为冶炼锰质合金的原料；一般用来冶炼非标准锰铁、镜铁和用作炼铁配料等。(3)含锰铁矿石。以铁为主，含锰仅5%～10%，一般用来冶炼含锰生铁。由于冶炼对锰铁比和磷锰比有一定要求，往往需要经选矿处理后应用。锰矿石的主要矿物特性及一般成分如表2和表3所示。中国锰矿类型及其物理化学性质如表4所示。氧化锰富矿可直接用于工业。碳酸盐锰富矿一般需先经焙烧除去二氧化碳等挥发物，提高含锰量(一般可提高锰品位8%～10%)后再用于冶炼。贫锰矿需经选矿处理。

冶炼要求   冶金用锰矿石对其含锰量、锰铁比、磷锰比都有严格要求。各种牌号的锰质合金对锰矿石中锰、铁、磷的具体要求参考数据如表5所示。中国冶炼锰质合金用锰矿石的技术条件如表6所示。

冶金用锰矿石中的造渣成分及矿石的机械物理性能对冶炼影响较大。

(1)SiO₂ 在炼制碳素锰铁和中低碳锰铁时，由于要求碱度高达1.2～1.6，故SiO₂的含量应愈少愈好，否则要影响锰的回收率。一般要求SiO₂不超过10%～25%。制作锰硅合金时，矿石中允许较高的SiO₂，一般Mn：SiO₂=0.8～1.2范围，SiO₂含量可达35%左右。

(2)A1₂O₃ 冶炼锰铁时，在一定条件下增加渣中A1₂O₃含量，可降低锰的损失。但A1₂O₃过高会造成排渣困难。一般要求A1₂O₃含量不高于5%％～10%。

(3)CaO 锰矿中的氧化钙是有益成分，它的含量高，冶炼时加入的熔剂就少，渣量就能降低。在冶炼锰铁时，提高炉渣碱度可大大改善硅酸锰的还原条件。所以，应充分利用碱性锰矿资源，但碱度过高对操作不利。一般冶炼锰铁的炉渣碱度(CaO/SiO₂)为1.2～16而在冶炼锰合金时炉渣碱度为0.6～0.8。

(4)MgO 氧化镁对炉渣的流动性有良好的影响，增加MgO的含量可降低渣中残锰的损失，提高锰的回收率。因此，矿石中含MgO对冶炼有利，但含量过高炉温不易控制。一般冶炼锰硅合金时，炉渣中MgO含量较高，冶炼锰铁时其含量为2%～5%。

(5)Pb、Zn、As等元素，对冶炼设备和合金质量均有影响。一般要求矿石中含Pb不超过0.1%，Zn不超过0.2%，As不超过0.07%。含硫一般没有限制，但过高的含硫量会造成过低的锰回收率，需经焙烧或烧结脱除。一般入炉料的含硫量不要超过0.5～1.0%。

(6)锰矿石的机械物理性能对冶炼影响较大的是粒度、抗压强度、转鼓指数及热稳定性等。各种合金冶炼对锰矿石物理性能的要求如表7所示。此外，高铁高磷贫锰矿石结构复杂，用一般机械选别较为困难，采用火法选择性还原分选，可获得低磷低铁的富锰渣，其成分优良可作各种锰质合金的原料。生产富锰渣对锰矿石亦有一定的要求，如表8所示。

矿粉的利用   细粒锰矿粉和锰精矿不能直接入炉冶炼，需经烧结、球团及压团等方法加工之后方可利用。

(1)烧结法 将锰矿粉或锰精矿配入一定数量的熔剂和燃料，经混合制粒后布在烧结机上，在高温的作用下烧成具有一定粒度和强度的烧结矿。烧结法的优点是脱硫率较高(一般90%)，可处理不同类型的锰矿原料，可提高入炉原料锰的品位，还可为冶炼提供成分稳定性能良好的炉料。烧结还可代替碳酸盐锰矿的焙烧过程，简化了工艺流程。由于烧结法需要加入一定数量的固体燃料，在高温下新生成的MnO被碳直接还原生成Mn₃C。因此在锰烧结矿中通常残留较多的碳(约0.3～0.9)，故采用普通烧结法难以获得冶炼中、低碳锰铁所要求(碳小于0.1%)的原料。锰矿烧结工艺及主要设备与铁精矿烧结相似。

(2)球团法 将锰精矿配入添加剂或黏结剂，经混匀后在造球机上制成一定尺寸的小球，再进行固结而获得足够强度的球团矿。固结方法有焙烧固结、冷粘结固结、热液法固结、碳酸化固结等。焙烧固结是将造好的生球装入焙烧设备中，使之在一定的高温下再结晶达到固结，从而获得强度。焙烧固结的优点是可用气体或液体燃料焙烧，无固定碳转入产品中，因而特别适合于冶炼中、低碳锰铁的原料。焙烧工艺及设备与铁精矿球团焙烧相同。冷粘结固结是利用水硬性黏结剂(水泥熟料、矿渣水泥等)，与锰精矿混匀造球，在室温下放置因水泥硬化而使球团固结。近来有将水硬性黏结剂改为有机黏结剂，造球后在干燥机上进行脱水干燥，借助黏结剂强烈收缩而使球团固结，其优点是黏结剂用量少不会降低产品中锰的品位。热液法固结又称高压蒸养固结，是用石灰和二氧化硅作添加剂，造球干燥后放入高压釜中用过热蒸汽进行固结。碳酸化固结是在锰精矿加入适量的消石灰，造球后置入低温(50～70℃)和二氧化碳浓度为15%～25%(石灰窑或热风炉等工业废气)的气氛中，借助碳酸钙的结晶而使球团固结。除焙烧固结外，其他固结方法工艺简单，投资少成本低，但在固结过程中不能脱除硫及其他杂质，还会使产品中的碳酸盐、硅酸盐等无用成分增加。因此，产品只能作为生产富锰渣的原料。

(3)压团法 与球团法类似，不同之处是用机械加压的方法将矿粉压成一定几何形状的团块，然后根据不同的原料特性及添加剂的性质采用相应的固结方法，使之成为具有足够强度和热稳定性能良好的团块。由于采用机械加压，对原料的粒度要求不如球团严格。