méthodes d'enrichissement du minerai de manganèse

La grande majorité des minerais de manganèse Dans mon pays, les minerais de manganèse sont de faible teneur et nécessitent un traitement d'enrichissement. Cependant, comme la plupart des minerais de manganèse sont à grains fins ou microcristallins et contiennent une quantité considérable de phosphore et de fer, ainsi que des métaux utiles associés, leur enrichissement s'avère très difficile. Les méthodes couramment utilisées pour l'enrichissement des minerais de manganèse comprennent l'enrichissement mécanique (lavage, criblage, séparation par gravité, séparation magnétique forte et flottation) et des méthodes d'enrichissement spéciales (enrichissement pyrométallurgique, enrichissement chimique, etc.).

(1) Lavage et criblage : Le minerai de manganèse contient généralement des boues, qui non seulement affectent la teneur en manganèse des minéraux, mais, surtout, réduisent considérablement l'efficacité des opérations d'enrichissement ultérieures (flottation, séparation par gravité et séparation magnétique). Par conséquent, dans le cadre de l’exploitation à ciel ouvert ou en présence d’une grande quantité de boues, le lavage constitue la première étape visant à éliminer ces boues. Le lavage utilise un rinçage hydraulique ou un frottement mécanique supplémentaire pour séparer le minerai de la boue ; il est souvent utilisé comme prétraitement avant l’enrichissement. Les équipements couramment utilisés pour le lavage et le déslimage du minerai comprennent les cribles de lavage, les laveuses cylindriques, les laveuses à auges, les classificateurs à spirale à déversoir bas et les hydrocyclones.

Le minerai de carbonate de Mandac est principalement lavé, généralement à l'aide de cribles vibrants équipés d'un système de pulvérisation d'eau. Le produit retenu sur le crible correspond au minerai lavé, tandis que le produit qui passe à travers le crible est renvoyé vers celui-ci via un classificateur à spirale, puis mélangé au produit retenu. Le trop-plein est rejeté ou récupéré sous forme de minéraux de manganèse. Le minerai d’oxyde de manganèse est généralement lavé une ou plusieurs fois à l’aide d’une machine à laver à double auges en spirale, dotée de propriétés de lavage plus efficaces.

(2) Séparation par gravité Séparation par gravité repose sur les différences de densité et de taille des particules des divers minéraux. En raison de la différence de densité entre le minerai de manganèse et la gangue silicatée, la séparation par gravité peut être utilisée dans la plupart des cas pour séparer les minéraux de manganèse des minéraux de gangue. Les équipements de séparation par gravité couramment utilisés pour l'enrichissement du minerai de manganèse comprennent les jigs, les concentrateurs coniques, les concentrateurs à spirale, les tables vibrantes, les séparateurs à tambour, les hydrocyclones et les sluices vibrantes utilisant des milieux lourds. Les équipements de séparation par gravité couvrent différentes gammes de tailles de particules. Les jigs séparent les particules de 0,5 à 15 mm, les concentrateurs à spirale celles de 0,075 à 5 mm et les tables vibrantes celles de 0,04 à 3 mm. Avant la séparation par gravité, le minerai est généralement trié en fonction de la taille des particules en vue d’un enrichissement séparé. Le minerai à grains grossiers est généralement séparé à l’aide de jigs, le minerai à grains moyens à l’aide de concentrateurs coniques ou de concentrateurs à spirale, et le minerai à grains fins à l’aide de tables vibrantes.

Les minerais d'oxyde de manganèse, tels que la pyrolusite, la malachite et la limonite, ont une densité d'environ 4 g/cm³, ce qui diffère considérablement de la densité de la gangue silicatée. La plupart sont séparés par gravité. La différence de densité entre le minerai de carbonate de manganèse et la gangue étant relativement faible, les jigs et les tables vibrantes s’avèrent généralement inefficaces ; seule la séparation par milieux denses permet d’obtenir un enrichissement. Le minerai de carbonate de manganèse fait souvent l’objet d’un procédé combiné de séparation par milieux denses et de séparation magnétique à haute intensité : la roche environnante est écartée lors de la première étape afin de rétablir la teneur géologique, puis le matériau est soumis à une séparation plus poussée lors de l’étape suivante.

(3) Haute intensité Séparation magnétique. La séparation magnétique est une méthode qui permet de séparer différents minéraux en exploitant leurs différences magnétiques au sein d'un champ magnétique non uniforme. Elle est simple à mettre en œuvre, ne génère aucune pollution et présente de faibles coûts de production. Les minéraux de manganèse possèdent un magnétisme faible, et une séparation magnétique à haute intensité permet de les séparer des minéraux de gangue non magnétiques.

Parmi les séparateurs magnétiques à haute intensité utilisés au niveau national, on peut citer : les séparateurs magnétiques à haute intensité de type 80-1 et CGD-38, destinés à la séparation du minerai de manganèse à grains grossiers (10-25 mm) ; les séparateurs magnétiques à haute intensité de type CS-1, CS-2, DQC-1 et CGDE-210, développés par l’Institut de recherche minière de Ma’anshan du groupe China Steel, destinés à la séparation du minerai de manganèse à grains moyens (1 à 10 mm) ; ainsi que les séparateurs magnétiques à haute intensité des séries SHP et SZC et le séparateur magnétique de type SLon, destinés à la séparation du minerai de manganèse à grains fins (0,05-1 mm). Par ailleurs, le séparateur magnétique à aimant permanent de moyenne intensité de la série PMHIS, mis au point par l’Institut de recherche minière et métallurgique de Changsha, présente une intensité d’induction magnétique de 1,0 T et une taille maximale des particules séparées de 50 mm.

(4) Flottation des minéraux de manganèse sont parfois séparés par flottation. Les différents minéraux de manganèse présentent des propriétés de flottabilité variables, et tous ne se prêtent pas à la flottation. Parmi les minéraux de manganèse, la rhodochrosite possède la meilleure flottabilité, suivie de la pyrolusite et de la diaspore, tandis que d’autres minéraux de manganèse, en particulier l’argile de manganèse, présentent la plus faible flottabilité. Par conséquent, la flottation n’est utilisée que pour certaines rhodochrosites à grains fins et pour les boues d’oxyde de manganèse. La flottation du minerai de manganèse peut recourir à la flottation directe et à la flottation inverse. Actuellement, la flottation inverse anionique est utilisée tant au niveau national qu’international. La flottation inverse cationique en est encore au stade expérimental.

(5) La torréfaction et la séparation magnétique : la torréfaction du minerai de carbonate de manganèse permet principalement d'éliminer les composés volatils de CO₂ et l'eau de cristallisation, le transformant ainsi en oxyde de manganèse, ce qui améliore la teneur en manganèse.

Les minerais d'oxyde de manganèse comprennent principalement la diaspore, la malachite et la leucite. Dans ces minéraux, le manganèse se présente généralement sous forme d'oxydes à valence élevée, tels que le MnO₂, le Mn₃O₄ et le Mn₂O₃. Les principaux minéraux d'impureté sont des oxydes de fer à valence élevée, notamment le Fe₂O₃. Lors de la réduction du minerai d’oxyde de manganèse, les oxydes faiblement magnétiques présents dans le minerai sont réduits en oxydes magnétiques Fe₃O₄ et γ-Fe₂O₃, ce qui permet de séparer le manganèse et le fer à l’aide d’un séparateur magnétique, améliorant ainsi la teneur en manganèse du minerai. Simultanément, les oxydes de manganèse de valence élevée présents dans le minerai sont réduits en MnO, créant ainsi les conditions nécessaires à la lixiviation acide pour le traitement du minerai d’oxyde de manganèse.

Le minerai de manganèse à forte teneur en soufre fait partie des minerais métamorphiques de carbonate de manganèse ; la calcination vise à éliminer le CO₂ et à le désulfurer.

La calcination du minerai de carbonate de manganèse peut être réalisée à l'aide de fours circulaires, de fours verticaux et de fours rotatifs. Les fours circulaires et verticaux conviennent à la calcination du minerai en morceaux, tandis que les fours rotatifs sont adaptés au traitement du minerai fin. (6) Enrichissement pyrométallurgique : Également appelé « méthode des scories riches en manganèse », l’enrichissement pyrométallurgique est une méthode de séparation permettant de traiter les minerais à forte teneur en phosphore et en fer, ainsi que les minerais à faible teneur en manganèse difficiles à traiter. Il repose essentiellement sur les différences de températures de réduction du manganèse, du phosphore et du fer, ce qui permet de les séparer de manière sélective dans un haut-fourneau ou un four électrique en contrôlant la température.

(7) Déphosphoration externe : la déphosphoration externe utilise comme matière première du minerai de manganèse à forte teneur en phosphore ou du aggloméré. Elle consiste à affiner le minerai pour obtenir un alliage de ferrosilicium-manganèse dans un four électrique, puis à transférer cet alliage dans une poche de fonte située à l'extérieur du four. Un agent de déphosphoration est ajouté, puis une réaction par agitation est effectuée pour éliminer le phosphore. Cette méthode peut être globalement divisée en deux types : l’un consiste à déphosphorer dans des conditions réductrices sous forme de phosphures, et l’autre à déphosphorer dans des conditions oxydantes sous forme de phosphates. Les deux méthodes présentent des avantages et des inconvénients. La méthode oxydante est mieux adaptée aux conditions de production en usine, tandis que la méthode réductrice présente un taux de déphosphoration plus élevé, mais les scories entraînent une pollution environnementale. (8) Méthode d’enrichissement chimique : Le traitement chimique des minerais de manganèse complexes et de faible teneur commence par la lixiviation du minerai. Le lixiviat est purifié pour obtenir une solution pure de sulfate de manganèse. Cette solution peut être utilisée pour produire divers sels de manganèse, notamment des borates, du MnO₂, du manganèse électrolytique, des alliages de manganèse, du carbonate de manganèse de haute pureté, du sulfate de manganèse, du carbonate de manganèse, du carbonate de manganèse acide et du nitrate de manganèse. La pyrolusite peut également être enrichie directement à l’aide d’hydroxyde de potassium pour produire du manganate de potassium, qui est ensuite électrolysé pour obtenir du permanganate de potassium. De plus, des sels de manganèse de haute pureté peuvent être produits directement à partir de minerai de manganèse vierge. Il existe de nombreuses méthodes d’enrichissement chimique du manganèse, les plus prometteuses étant la méthode au dithionite, la méthode à la malachite (torréfaction suivie d’une lixiviation sélective à l’acide dilué) et la méthode de lixiviation bactérienne.