망간광석의 선광 방법

대다수의 망간 광석 우리나라의 망간 광석은 품위가 낮아 선광 공정이 필요합니다. 그러나 대부분의 망간 광석은 미세 입자 또는 초미세 입자이며, 상당량의 고인산·고철분 성분과 함께 유익한 부수 금속을 함유하고 있어 선광이 매우 어렵습니다. 일반적으로 사용되는 망간광석 선광 방법으로는 기계적 선광법(세척, 선별, 중력 분리, 강자력 분리, 부유 선광)과 특수 선광법(열금속학적 농축, 화학적 선광 등)이 있습니다.

(1) 세척 및 선별: 망간 광석에는 일반적으로 슬라임이 포함되어 있는데, 이는 망간 광물의 품위에 영향을 미칠 뿐만 아니라, 무엇보다도 후속 선광 공정(부상 선광, 중력 선광, 자력 선광)의 효율을 심각하게 저하시킵니다. 따라서 노천 채굴이나 슬라임이 많은 경우, 세척은 슬라임을 제거하기 위한 첫 번째 단계입니다. 세척 공정에서는 수력 세척 또는 추가적인 기계적 문지름을 통해 광석을 슬라임에서 분리하며, 이는 종종 선광 전의 전처리 단계로 사용됩니다. 일반적으로 사용되는 광석 세척 및 탈슬라임 장비로는 세척 스크린, 원통형 세척기, 트로프 세척기, 저제방 나선형 분류기 및 하이드로사이클론 등이 있습니다.

만닥 탄산염 광석은 주로 물 분사 기능이 있는 진동 선별기를 사용하여 세척됩니다. 선별기 상부에 남는 것이 세척된 광석이며, 선별기 하부에 남는 것은 나선형 분류기를 통해 선별기로 되돌려져 상부에 있는 광석과 혼합됩니다. 오버플로(스크린 상단에서 흘러나온 물질)는 폐기되거나 망간 광물로 추가 회수됩니다. 망간 산화물 광석은 일반적으로 세정력이 더 뛰어난 이중 나선형 트로프 세척기를 사용하여 한 번 또는 여러 번 세척됩니다.

(2) 중력 분리 중력 분리 이는 다양한 광물의 밀도와 입자 크기의 차이에 기초합니다. 망간광석과 규산염 갱석 간의 밀도 차이로 인해, 대부분의 경우 중력 분리법을 사용하여 망간 광물을 갱석 광물로부터 분리할 수 있습니다. 망간광 선광에 일반적으로 사용되는 중력 분리 장비로는 지그, 콘 농축기, 나선형 농축기, 진동 선별대, 드럼 분리기, 하이드로사이클론, 그리고 중질 매체를 사용하는 진동 슬루스 등이 있습니다. 중력 분리 장비는 입자 크기 범위가 각기 다릅니다. 지그는 0.5~15 mm, 나선형 농축기는 0.075~5 mm, 진동 선반은 0.04~3 mm 크기의 입자를 분리합니다. 중력 분리를 진행하기 전에, 광석은 일반적으로 별도의 선광 처리를 위해 입자 크기별로 분류됩니다. 일반적으로 굵은 입자의 광석은 지그를 사용하여, 중간 입자의 광석은 콘 농축기나 나선형 농축기를 사용하여, 미세 입자의 광석은 진동 선별대를 사용하여 분리합니다.

피롤루사이트, 말라카이트, 리모나이트와 같은 산화망간 광석의 밀도는 약 4 g/cm³로, 규산염 갱석의 밀도와는 상당한 차이가 있습니다. 대부분은 중력 선별을 통해 분리됩니다. 탄산망간 광석과 갱석 간의 밀도 차이는 상대적으로 작기 때문에, 지그와 진동 선별대는 일반적으로 효과가 없으며, 중질 매체 선별을 통해서만 농축이 가능합니다. 탄산망간 광석의 경우, 종종 중매체와 고강도 자력 선별 공정을 병용하여 초기 단계에서 주변 암석을 제거하여 지질학적 등급을 회복한 다음, 후속 단계에서 재료를 추가로 선별합니다.

(3) 고강도 자력 분리. 자력 선별은 불균일한 자기장 내에서 서로 다른 광물 간의 자성 차이를 이용하여 이를 분리하는 방법입니다. 이 방법은 조작이 간편하고, 오염을 일으키지 않으며, 생산 비용이 저렴합니다. 망간 광물은 자성이 약하므로, 고강도 자력 선별을 통해 망간 광물을 비자성 갱석 광물로부터 분리할 수 있습니다.

국내에서 사용되는 고강도 자력분리기로는, 굵은 입자(10~25mm) 망간광을 분리하기 위한 80-1형 및 CGD-38형 고강도 자력분리기가 있으며, 중국철강그룹 마안산 광업연구소에서 개발한 CS-1, CS-2, DQC-1 및 CGDE-210형 고강도 자력분리기로, 중립자(1~10mm) 망간광을 분리하는 데 사용되며; 그리고 미세 입자(0.05~1mm) 망간광을 분리하기 위한 SHP 및 SZC 시리즈 고강도 자력 분리기 및 SLon형 자력 분리기. 또한, 창사 광업 및 야금 연구소에서 개발한 PMHIS 시리즈 영구자석 중강도 자력 분리기는 자기 유도 강도가 1.0T이며, 최대 분리 입자 크기는 50mm이다.

(4) 부유 선별을 통한 망간 광물 때로는 부유법을 통해 분리되기도 합니다. 망간 광물마다 부유성이 다르며, 모든 망간 광물이 부유법에 적합한 것은 아닙니다. 망간 광물 중에서는 로도크로사이트의 부유성이 가장 뛰어나고, 그 다음으로 피롤루사이트와 디아스포어가 뒤를 잇는 반면, 다른 망간 광물, 특히 망간 점토는 부유성이 가장 낮습니다. 따라서 부양법은 일부 미세 입자의 로도크로사이트와 망간 산화물 슬라임에만 사용됩니다. 망간 광석의 부양에는 직접 부양법과 역부양법을 사용할 수 있습니다. 현재 국내외에서는 음이온 역부양법이 사용되고 있으며, 양이온 역부양법은 아직 실험 단계에 있습니다.

(5) 소성 및 자력 선별: 탄산망간 광석을 소성하면 주로 CO₂ 휘발성 성분과 결정수가 제거되어 산화망간으로 변환되며, 이를 통해 망간 등급이 향상된다.

망간 산화물 광석에는 주로 디아스포어, 말라카이트, 류사이트가 포함됩니다. 이러한 광물에서 망간은 일반적으로 MnO₂, Mn₃O₄, Mn₂O₃와 같은 고가산 산화물 형태로 존재합니다. 주요 불순물 광물은 고가산 철 산화물인 Fe₂O₃입니다. 망간 산화물 광석의 환원 과정에서, 광석 내의 약자성 산화물은 자성 산화물인 Fe₃O₄ 및 γ-Fe₂O₃로 환원되며, 이를 통해 자력 분리기를 사용하여 망간과 철을 분리할 수 있어 광석의 망간 품위를 향상시킬 수 있다. 동시에, 광석 내의 고가산 망간 산화물은 MnO로 환원되어, 망간 산화광석을 처리하기 위한 산 침출 조건을 조성합니다.

고황 함량 망간광석은 변성 망간 탄산염 광석에 속하며, 소성의 목적은 CO₂를 제거하고 탈황하는 데 있다.

탄산망간 광석의 소성은 원형 가마, 수직 가마 및 회전 가마를 사용하여 수행할 수 있다. 원형 가마와 수직 가마는 덩어리 광석의 소성에 적합하며, 회전 가마는 미세 광석의 처리에 적합하다. (6) 고온 제련 농축: 고농도 망간 슬래그법이라고도 알려진 고온 제련 농축은 고인산, 고철분 및 처리하기 어려운 저망간 광석을 처리하기 위한 분리 방법이다. 기본적으로 이 방법은 망간, 인, 철의 서로 다른 환원 온도를 이용하여, 고로 또는 전기로 내에서 온도를 조절함으로써 이들 성분을 선택적으로 분리하는 방식이다.

(7) 외부 탈인 공정: 외부 탈인 공정은 고인산 망간 광석 또는 소결체를 원료로 사용합니다. 이 공정은 전기로에서 광석을 페로실리콘-망간 합금으로 정제한 후, 합금을 전기로 외부의 용강 래들에 넣습니다. 여기에 탈인제를 첨가한 뒤, 교반 반응을 통해 인을 제거합니다. 이 방법은 크게 두 가지 유형으로 나눌 수 있는데, 하나는 환원 조건에서 인화물 형태로 탈인하는 것이고, 다른 하나는 산화 조건에서 인산염 형태로 탈인하는 것입니다. 두 방법 모두 장단점이 있습니다. 산화법은 공장 생산 조건에 더 적합하며, 환원법은 탈인 속도가 더 빠르지만 슬래그로 인해 환경 오염을 유발한다. (8) 화학적 선광법: 복합적이고 저품위인 망간 광석의 화학적 처리는 광석 침출로 시작됩니다. 침출액을 정제하여 순수한 황산망간 용액을 얻습니다. 이 용액은 붕산염, MnO₂, 전해 망간, 망간 합금, 고순도 탄산망간, 황산망간, 탄산망간, 산성 탄산망간 및 질산망간을 포함한 다양한 망간염 제품을 생산하는 데 사용될 수 있습니다. 피롤루사이트는 또한 수산화칼륨을 사용하여 직접 선광하여 망간산칼륨을 생산할 수 있으며, 이를 전기분해하여 과망간산칼륨을 얻을 수 있습니다. 또한, 고순도 망간염은 원생 망간광석에서 직접 생산할 수 있습니다. 망간을 위한 다양한 화학적 선광 방법이 존재하며, 그중에서도 디티오나이트법, 말라카이트법(소성-희석산 선택적 침출), 세균 침출법이 가장 유망한 것으로 꼽힌다.