（1）空气射流耦合刚柔组合桨对锰矿浸出过程的影响

前期研究表明，刚柔组合桨有助于提高锰矿浸出效率。基于以上研究，为进一步探究锰矿浸出过程强化方式，现提出空气射流耦合模式强化锰矿浸出过程。在本次中试试验中，主要通过调节空气阀门开关，实现空气射流量的调控，并重点考察通气量对浸出液中Mn2+浓度及电耗的影响，如表7.2、表7.3 所示。空气阀门的调节包含关闭及全开状态，分别用数字0 和1 表示。

如图7.14 所示表示在不同射流空气阀门开度下浸出液Mn2+浓度（平均值）随浸出时间的变化规律。从图中可知，浸出液中Mn2+浓度呈现出先陡然上升然后逐渐趋于平稳的现象，出现突升现象的转折点皆处于第2 h 内。总体来讲，在锰矿浸出过程中，浸出时间皆为3 h 左右。有无空气射流或者空气射流量的大小对锰矿浸出时间影响并不显著。

表7.2　在射流空气阀门开度为0 时浸出液中Mn2+浓度随时间的变化

表7.3　在射流空气阀门开度为1 时浸出液中Mn2+浓度随时间的变化

图7.14　空气射流耦合刚柔组合桨对浸出过程Mn2+浓度的影响

（2）空气射流耦合刚柔组合桨对浸出过程电耗的影响

空气射流对锰矿浸出过程中的功耗有一定的影响，其具体影响关系如图7.14 所示。表7.4、表7.5 为不同通气量下每小时内的电耗，共监测5 h（锰矿浸出时间通常为5 h）。为了尽量减少试验误差，采取多次采集取平均值的方法。如图7.15 所示，在整个浸出过程中，每小时内的电耗差异不是很明显。从图中可知，射流对锰矿浸出过程的影响差异主要体现在锰矿浸出的开始阶段以及浸出反应末端。从整个锰矿浸出过程中的总功耗来看，空气射流耦合情况下功耗较小。在锰矿浸出过程中，采用耦合空气射流的方式，在一定程度上能够减少电耗，这为锰矿浸出工艺创新提供技术参考。

表7.4　在射流空气阀门开度为0 时浸出过程中每小时电耗

表7.5　在射流空气阀门开度为1 时浸出过程中每小时电耗

图7.15　空气射流耦合刚柔组合桨对浸出过程电耗的影响

（3）空气射流耦合刚柔组合桨对除铁过程的影响

空气射流耦合刚柔组合桨强化锰矿除铁过程的实质在于空气氧化除铁，为此，在原有软锰矿除铁工艺的基础上，深入开展通气量对除铁过程的影响研究十分必要。特别值得提出来的是，每间隔10 min 取一次样，若铁含量符合要求（0.15 g/L）可不用继续记录。单一刚柔组合桨体系下的除铁时间平均为58 min，见表7.6。基于该研究基础，将继续考察空气阀门半开与全开情况下除铁时间的变化规律，其试验结果见表7.7、表7.8。从表7.7 可知，当空气阀门处于半开状态时，其除铁时间为40 min。当空气阀门处于全开状态时，其除铁时间为20 min，见表7.8。通过前阶段的试验可以得出增大空气射流量有助于减少化合除铁时间。本试验后续研究的空气阀门都选择为全开状态。

表7.6　钢丝绳刚柔组合桨体系下除铁时间

表7.7　空气阀门半开状态下铁含量随除铁时间的变化(www.daowen.com)

表7.8　空气阀门全开状态下铁含量随除铁时间的变化

（4）酸度对空气射流体系中软锰矿氧化除铁的影响

从前面的研究还可以发现，除铁阶段酸度也是影响除铁效率的因素之一，见表7. 7、表7.8。为了探究酸度对空气射流体系中软锰矿氧化除铁的影响，现考察初始酸度为2.75 g/L，除铁前铁含量为2.46 g/L，初始加入软锰矿量为280 kg（软锰矿按照计算值投入）时，除铁试验过程中搅拌槽内铁浓度的变化规律。研究发现，当未对酸度进行调控时，其Fe2+浓度随着时间的增加先减小，然后基本保持不变。当将酸度调节至5.01 g/L 时，Fe2+浓度陡然下降至0.1以下（符合铁含量要求）。通过上述研究可以发现，在空气射流耦合刚柔组合桨强化除铁过程中，酸度也是其中的一个影响因素，且可以推测该体系下的最佳酸度可能为5 g/L 左右（见图7.16）。

图7.16　酸度对除铁过程的影响

为了进一步验证关于软锰矿氧化除铁过程的最佳酸度的推测，先进行试验，试验结果见表7.9。结果发现，当酸度等于5 g/L 时，其除铁时间减少至20 min，有效地减少了除铁时间。

表7.9　空气阀门全开状态下铁含量随除铁时间的变化

续表

（5）软锰矿投入量对空气射流体系中除铁过程的影响

在实际的除铁工艺中，为避免Fe2+浓度过高而影响后续电解工艺及产品质量，软锰矿的实际投入量远大于理论用量，约为理论用量的2～3 倍，造成较大的浪费。因此，探究空气射流对氧化除铁过程中软锰矿投入量的影响研究就显得很重要。依据前期探索，即酸度在5.00 g/L、空气阀门全开条件下，将软锰矿的实际投入量减少至原有工艺用量的一半，其Fe2+浓度变化如图7.17 所示。随着除铁时间的变化，铁含量变化呈先降低后保持恒定的现象，无法达到除铁要求（ < 0.15 g/L）。当将减少的50%的软锰矿投入后，浸出液中铁含量到达除铁要求。将软锰矿降低至理论计算的50%是无法达到除铁要求的。

图7.17　软锰矿投入量对除铁过程的影响

为了继续探究除铁过程中软锰矿投入量对除铁过程的影响，考虑分别投入原有工艺计算下软锰矿投入量的75%、80%和85%，其软锰矿投入量对除铁过程的影响，如图7.18 所示。从图可知，将软锰矿的投入量降至原来工艺投入量的75%时，除铁至30～50 min 的Fe2+浓度仍然处于一个恒定值。当将软锰矿的投入量升至理论计算的80%时，Fe2+浓度出现了下降的趋势，继续增加软锰矿的投入量至85%时，Fe2+浓度才达到除铁要求。由此可知，推测出软锰矿的投入量可以降至理论计算的85%。

为进一步验证关于软锰矿的投入量可以降至理论计算的85%的推测，进行以下试验：当酸度为5.0 g/L，除铁前铁含量为2.80 g/L，初始加入软锰矿量为290 kg（软锰矿投入量为原来工艺投入量的投入85%）时，除铁试验过程中搅拌槽内铁浓度数据见表7.10。表7.10 可以验证上述推测软锰矿的投入量是能够降至理论计算的85%左右。刚柔组合桨耦合空气射流能够减少软锰矿投入量10%～20%，同时将除铁时间缩短至20 min。

图7.18　软锰矿投入量对除铁过程的影响

表7.10　空气阀门全开状态下铁含量随除铁时间的变化