高硅锰烟尘作为锰系合金冶炼、生产等过程中的副产物,一直是业界综合利用的重要对象。无论从环保效益还是社会效益看,高效回收利用高硅锰冶炼烟尘都具有极其重要的意义。本文以高硅锰烟尘酸性体系下锰、硅的化学反应行为为研究对象,在分析高硅锰烟尘的物相组成、元素分布、锰硅等元素的赋存状态等矿物学特征的基础上,研究高硅锰烟尘酸浸过程的锰、硅物相的反应规律;阐释不同温度、压力下锰、硅组分的热力学稳定形态,揭示提锰沉硅过程所需的热力学条件;研究加压高温作用下高硅锰烟尘酸浸过程中硅物相的溶出及沉降反应行为特征,建立沉硅反应速率与各因素的回归方程,揭示加压酸浸高硅锰烟尘沉硅过程动力学行为机制。论文的开展为高硅难处理资源的加压强化提取及沉硅技术路线的应用提供可移植性理论依据。具体研究内容如下:(1)利用XRD、SEM、XRF等分析测试手段对实验样品高硅锰烟尘和还原剂硫铁矿进行矿物学分析。高硅锰烟尘中Mn元素和K元素最多,分别达到了33.62%和26.07%,Si元素的含量为12.06%,锰的主要存在形态为MnO_1.88和MnO,其含量为15.94%,其它的主要化合物为K₂O与SiO₂,其含量分别为20.82%和19.45%。还原剂硫铁矿中的主要化合物为Fe S₂和Fe₂O₃,其含量分别为49.86%和39.97%,其它含量较高化合物有CaO、MgO和SiO₂,其含量分别为3.52%、2.96%和2.43%。(2)对高硅锰烟尘提锰沉硅过程进行热力学分析计算,结果表明:浸出过程中,在有还原剂存在的条件下反应体系需维持相对较高的始酸浓度才能实现Mn²⁺的浸出;体系有氢时,对高硅锰烟尘加压硫酸浸出后,溶液中的Mn²⁺不会被氢还原成金属锰;体系有氧气时,锰倾向于以Mn²⁺和Mn(OH)₂稳定存在,且硅的低价态物质将会变得不稳定,极其容易被氧化;高温浸出条件下,为了达到降低原硅酸生成的目的,需给浸出体系维持相对较低的始酸浓度;随着温度和压力的提高,硅溶胶逐渐转化为二氧化硅沉淀,易于分离。(3)分别进行高硅锰烟尘常压酸浸和加压酸浸实验。考察反应温度、两矿比、液固比、始酸浓度、反应时间和压力等因素对高硅锰烟尘酸浸实验结果的影响。对于常压酸浸试验考察了六个变量:始酸浓度、反应时间、液固比、两矿比、反应温度、搅拌速度,最终得到的高硅锰烟尘锰浸出率优化试验条件为:始酸浓度160g/l,反应时间为反应时间为120min,液固比为5:1,两矿比为1:0.6,反应温度为90℃,搅拌速度为450r/min,此时的锰浸出率88.6%,而杂质元素硅、铁浸出率分别为7.09%与7.69%;高硅锰烟尘加压酸浸的优化试验条件:两矿比1:0.4、液固比为5:1、始酸浓度120g/l、浸出温度160℃、浸出时间2h、浸出压力0.8Mpa。利用此条件进行高硅锰烟尘加压酸浸处理后,锰的浸出率最好能达到96.1%,而杂质元素硅、铁浸出率分别为2.11%与5.86%。比较常压酸浸与加压酸浸实验中锰、硅等元素的浸出率可知,加压酸浸技术的应用具有明显优势。(4)运用矿物浸出动力学原理对高硅锰烟尘加压酸浸沉硅过程进行动力学分析。主要考察温度、搅拌速度和压力对高硅锰烟尘含硅物相浸出的影响,结果表明:在固定条件:液固比15:1,转速500r/min,压力0.4Mpa,温度140℃下,得出高硅锰烟尘含硅物相的浸出活化能为1.1035KJ/mol^-1(小于40KJ/mol^-1),属于扩散控制类型。