利用埃及东北部阿布沙尔地区甘蔗渣废物对锰进行还原性焙烧和浸出处理

《Journal of the Indian Chemical Society》：Reductive Roasting and Leaching of Manganese using Sugarcane Bagasse Waste from Abu Shaar area, North Eastern Desert, Egypt

　　

作者：El-Sayed A. Manaa、Shaimaa S. Abdulmoteleb、Amal E. Mubark、Walaa S. Hafez、Walaa A. Kassab、Zainab M. Shalaby 机构：埃及开罗El Maadi的核材料管理局（Nuclear Materials Authority），邮政信箱530号

摘要

本研究通过三个连续步骤，利用甘蔗渣废弃物从Abu Shaar锰矿中浸出和回收锰。第一步是在甘蔗渣中烘焙矿石，释放出还原性的CO和H₂气体以及一些轻质烃，从而将二氧化锰（MnO₂）还原为Mn₃O₄和MnO形式，这些物质可以很容易地被稀酸浸出。在烘焙过程中，对反应时间、温度和矿石与甘蔗渣的比例等因素进行了研究和优化。在最佳条件下（600°C，矿石与甘蔗渣的比例为0.75:1，烘焙时间为45分钟），锰的浸出效率最高。第二步使用1M H₂SO₄溶解烘焙后的锰。对酸浓度、酸与矿石的比例以及消化时间等溶解因素进行了研究和优化。在最佳条件下（1M H₂SO₄，固液比为20:1，温度为90°C，时间为45分钟），锰的浸出效率达到91.8%，同时铁的溶解量最低（5.8%）。动力学研究表明，浸出过程遵循表面化学反应控制的“收缩核模型”。研究结果表明，这种烘焙-浸出联合方法是一种高效且可持续的锰提取方式。第三步是利用TOPO/煤油提取浸出的锰，在pH 3-3.5、TOPO浓度为0.2M、振荡时间为10分钟的条件下，提取效率最高（约93%）。随后用稀H₂SO₄处理有机相，以将锰从有机相中分离出来。最后，用NaOH溶液处理所得溶液，在pH 9时使锰以Mn(OH)₂的形式沉淀出来。整个一体化过程的锰回收率頗具前景，证明了这种可持续方法从低品位矿石中回收锰的有效性。

章节摘录

引言

尽管地壳中锰的含量仅约为0.1%，但它对工业和生物领域至关重要。大约90%的锰用于钢铁和铁合金的生产[1]。锰还应用于干电池制造、水处理、肥料、食品添加剂和化学工业[2]。在生物方面，锰对人体营养，尤其是酶功能和骨骼发育具有重要意义[3]。天然锰...

材料

本研究使用的矿石（20公斤）来源于位于埃什-埃尔-马拉哈（Esh El-Mallahah）西南部、红海沿岸山脉附近、赫尔加达（Hurghada）西北部的Abu Shaar矿[31]。虽然Abu Shaar矿的规模小于乌姆博格玛（Um Bogma，位于西奈山脉）或埃尔巴（Elba，位于东南沙漠）等锰矿来源，但其地质和矿物学特性非常适合当地的选矿和水冶金处理。Abu Shaar矿中的锰矿床通常...

结果与讨论

粒度分布分析（图2）显示，约65%的矿石颗粒通过了-200目（<75 μm）筛子，d₅₀为63 μm。选择这种细粒度是为了在后续烘焙实验中最大化矿石颗粒与甘蔗渣热解产生的还原气体之间的接触面积。扫描电子显微镜（SEM）照片（图2）显示，矿石颗粒形状不规则，表面粗糙，粒径大小不一...

结论

Abu Shaar锰矿经过连续的烘焙、酸消化、溶剂萃取和沉淀处理来回收其中的锰。首先，将细粒锰矿在甘蔗渣残渣中以0.75:1的比例在600°C下烘焙45分钟，使用硫酸作为环保、高效且廉价的还原剂。在这种条件下，锰的浸出效率达到89.2%。烘焙后的矿饼再进行后续的浸出步骤...

El-Sayed A. Manaa：撰写初稿，概念构思。Shaimaa S. Abdulmoteleb：数据收集与分析。Amal E. Mubark：方法研究。Walaa S. Hafez：实验结果可视化与验证。Walaa A. Kassab：撰写初稿，资源筹备。Zainab M. Shalaby：实验结果可视化与资源整理。

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究结果的财务利益或个人关系。

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究结果的财务利益或个人关系。