电解金属锰生产工艺流程.docx
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电解金属锰生产工艺流程
电解金属锰生产工艺流程
电解金属锰生产工艺流程主要分两个阶段:
(1)制备电解溶液;
(2)电解操作过程。
电解金属锰生产工艺流程主要分两个阶段:
(1)制备电解溶液。
采用锰矿粉与无机酸反应,加热制取锰盐溶液,同时向溶液中加入铵盐作缓冲剂,用加氧化剂氧化中和的方法除去铁,加硫化净化剂除去重金属,然后过滤分离,在溶液中加入电解添加剂作为电解溶液。
目前工业生产广泛采用硫酸浸锰方法制取电解液,用氯化锰盐溶液电解制取金属锰的方法还未形成规模性生产。
制取硫酸锰所用的锰矿粉分菱锰矿和软锰矿两种。
用菱锰矿粉制取硫酸锰的主要化学反应为:
MnCO+HSO→MnSO+CO↑+HO
224342用软锰矿制取硫酸锰,先要对软锰矿进行还原焙烧,还原成一氧化锰,然后用硫酸浸取,其主要化学反应为:
MnO+HSO→MnSO+HO
2424
(2)电解操作过程。
向隔模电解槽注入含硫酸铵的硫酸锰水溶电解液,接通直流电,产生电析作用,在阴极板上析出金属锰,阳极板析出氧气;周期性地更换阴极板,对电析产物进行钝化、水洗、烘干、剥离等处理,获得金属锰产品。
阴极板上的反应为:
2+Mn+2e→Mn↓阳极板上的反应为:
生产方法原料技术条件用硫酸锰作原料制取金属锰,所需原料主要有锰矿粉、硫酸、硫酸铵、氧化剂、还原剂、添加剂等。
锰矿粉分菱锰矿和软锰矿两种:
(1)菱锰矿(MnCO),质量要求符合国家标准GB3714-83的1-4级。
3
(2)软锰矿(MnO),质量要求符合国家标准GB3714-83的1-4级。
2锰矿粉以锰含量高,杂质元素种类少、含量低为佳,特别是铁和重金属元素的含量要求尽可能低。
工业硫酸(HSO)质量指标应符合国家标准GB534-82。
42硫酸铵[(NH)SO],质量指标应符合国家标准GB535-83。
442液氨或氢氧化铵(NH、NHOH)质量指标应符合国家标准GB536-82(CO含量不大于2340.05g/L)。
还原剂用无烟煤粉,粒度2mm以下,灰分小于14%。
净化剂(用于沉淀重金属)有:
(1)饱和(NH)S溶液;24
(2)福美钠[(CH)NCSNa]简称SDD,含量大于88%;232(3)乙硫氮[(CHCH)NCSNa·3HO]。
22223电解添加剂有二氧化硫(SO)和二氧化硒(SeO)。
22用菱锰矿制取硫酸锰溶液
菱锰矿粉含锰量应大于20%,钙镁含量宜尽量低,粒度小于0.125mm。
在80-90℃条件下,以硫酸为溶剂,可将菱锰矿粉中的MnCO转化为硫酸锰。
反应式为:
3MnCO+HSO→MnSO+CO↑+HO
224342此反应是放热反应,平衡常数随温度的升高而减少。
用软锰矿制取硫酸锰溶液
软锰矿的主要成分为MnO,浸取前先在反射炉或沸腾人还原焙烧成MnO,所用锰粉2粒度小于0.125mm,无烟煤粉粒度小于1mm,煤粉的配比为锰粉质量的0.16-0.18,焙烧温度850-900℃,其综合反应为:
2MnO+C===2MnO+CO↑+174.6kJ222+Fe以满足下道工序,焙烧还原率85%-92%理想的还原率应依据锰粉的含铁量确定,的需要。
焙烧后获得的锰粉用稀硫酸浸取硫酸锰的反应为:
MnO+HSO===MnSO+HO2244制取硫酸锰电解液的操作过程
锰粉的浸取包括两个基本过程:
吸咐化学反应过程和硫酸及反应产物的扩散过程。
扩散速度对浸取反应起着极为重要的作用。
影响扩散速度的主要因素有温度、搅拌强度、矿粉粒度、硫酸浓度等。
实际生产中搅拌速度一般为40-70r/min,硫酸浓度一般在100-150g/L范围内。
硫酸浸锰的操作过程:
在酸浸罐中加入1/5体积的阳极液或回收废锰渣,开动搅拌器,加入计算好的锰粉,慢慢放入计量的硫酸。
再打开蒸汽阀加热以加速反应,剧2+烈反应过后,再加入阳极液至4/5体积,继续升温到90℃。
pH值2-3时,检验Fe2+3+2+浓度,酌量加入MnO,以使Fe氧化成Fe,反应1.5-2小时,检验Fe是否完全氧2化。
反应为:
2++3+2+O
+Mn+2HMnO+2Fe+4H←→2Fe223+pH值到6.5以上,进行Fe离子的水解。
反应为:
或再用NHNHOH调整43-3++3OH←→Fe(OH)↓Fe3+3+Fe+3HO←→Fe(OH)↓+3H323+与重金属离子的含量)SO检验Fe离子完全水解后,趁热过滤。
在滤液中检测(NH424小时以上,充后,酌量补加硫酸铵,滴入净化剂,生成重金属螯合物沉淀,静置6分沉淀后,进行第二次压滤,除去滤渣;再滴加电解添加剂,即成电解液。
固液分离是制液过程的重要环节,分离恰当,可减少浪费,保证溶液质量。
我国现有工业生产广泛采用橡胶板框压滤机,设备结构简单,易于操作,分离效果好,只是劳动强度较大。
1-2所示。
硫酸锰电解液的技术要求如表硫酸锰电解液的技术要求表1-2
杂质的最大允许量/(mg/L)2+pH
SO(NH)/(g/L)项目Mn/(g/L)442Co
NiCuFe
15-20
36-40110-130指标6.5-7.01
5
0.5
原料:
用硫酸锰作原料制取金属锰,所需原料主要有锰矿粉、硫酸、硫酸铵、氧化剂、还原剂、添加剂等。
.
锰矿粉分菱锰矿和软锰矿两种:
(1)菱锰矿(MnCO),质量要求符合国家标准GB3714-83的1-4级。
3
(2)软锰矿(MnO),质量要求符合国家标准GB3714-83的1-4级。
2锰矿粉以锰含量高,杂质元素种类少、含量低为佳,特别是铁和重金属元素的含量要求尽可能低。
工业硫酸(HSO)质量指标应符合国家标准GB534-82。
42硫酸铵[(NH)SO],质量指标应符合国家标准GB535-83。
442液氨或氢氧化铵(NH、NHOH)质量指标应符合国家标准GB536-82(CO含量不大于2340.05g/L)。
还原剂用无烟煤粉,粒度2mm以下,灰分小于14%。
净化剂(用于沉淀重金属)有:
(1)饱和(NH)S溶液;24
(2)福美钠[(CH)NCSNa]简称SDD,含量大于88%;232(3)乙硫氮[(CHCH)NCSNa·3HO]。
22322电解添加剂有二氧化硫(SO)和二氧化硒(SeO)。
22工艺操作:
电解操作
电解槽
电解是在隔膜电解槽中进行的。
电解遭由槽体、假底、隔模、蛇形铅管、阴极和阳极等部分组成。
槽体为内衬聚氯乙烯塑料软板的长方体。
假底为用杉木加工制的隔膜框座。
隔膜框座下端就安放在假底的凹槽内。
隔膜由杉木制或聚氯乙烯制隔膜框外套隔膜袋构成。
隔膜下部漏空,使假底下部与隔膜内的窨连通,构成阳极区;其余区域为阴极区。
蛇形铅管外径φ25mm,材质PbSb或PbSb;内通自来水,以降低槽液温度。
2.
阴极一般采用厚度1.5mm的1Cr18Ni9Ti不锈钢板制作。
阳极采用铅锑锡银四元合金制成,阳极板的有效面积要求为阴极板有效面积的55%-60%,阳极板外形尺寸略小于阴极板(一般长度小2cm,宽度小于4cm),必要时在阳极板上开栅孔。
电解条件
电解法生产金属锰除对电解液有严格的技术要求外,还要严格控制电解条件,如电流密度、槽液锰含量、pH值、温度、硫酸铵浓度、二氧化硒加入量等。
电解槽控制指标如表1-3所示。
表1-3电解槽控制指标
名指备2)/(g/L)阴极M15-201
/(g/L)
(NS2110-130
pH37-8.4
温度/℃435-40
Se亚硒酸(以加入补充液50.03-0.04)/(g/L)计6350-4202)阴极电流密度/(A/m7600-7002)
/(A/m阳极电流密度84.2-5.3/V槽电压左右9100/mm同名极距国外有48h10
24
、72h
/h
电解周期2最佳阴极电流密度为350-420A/m,提高阳极电流密度可减少MnO的沉积,提高阳2极电流效率,通常阳极电流密度确定为阴极电流密度的1.7-2倍。
2+2+浓度过低,则会由于严Mn(OH)沉淀;若Mn浓度过高,容易产生若阴极液中的Mn22+pH为宜,当Mn重的浓差极化作用而降低电流效率。
生产中离子浓度以15-20g/L2+2+浓度可低一些。
Mn值、温度较高时,pH浓度可高一些;当Mn值、温度较低时,
若阴极液的pH值过低,不利于抑制析氢反应,导致阴极电积锰的电流效率降低;若pH值过高,将导致Mn(OH)沉淀,降低析氢过电位,降低电流效率,或使电解过程2无法进行。
工业生产中一般控制pH值在7.0-8.4的范围内。
若电解温度过高,则析氢过电位变小,导致H析出,pH迅速上升,Mn(OH)沉淀大22量生成;若温度过低,则离子迁移困难,隔膜袋易被结晶堵塞,导致阴极液pH升高,Mn(OH)结晶沉淀。
电解温度以控制在35-40℃为宜。
2(NH)SO是电解液的重要成分之一,其作用是与MnSO构成缓冲溶液,稳定阴极pH4244值,同时还可增加电液的导电性,活化电积锰表面。
电解液中理想的(NH)SO浓度424为110-130g/L。
阴极板上的锰先以γ晶型沉积,然后转变为α晶型沉积。
加入添加剂的目的就是帮助实现由γ晶型向α晶型的转变。
根据生产实践,使用SeO比SO使用的电流22效率更高。
SeO的加入量应为0.03-0.04g/L(以硒计)。
2随着电解时间的延续,电积锰愈益增厚,表面粗糙度增大,增加了阴极的实际表面积,降低了阴极的电流密度,减少了氢的过电位,使需要抑制的析氢反应加剧。
缩短电解周期,将增加电解液、氨水、二氧化硒等材料的消耗,增大工作量。
工业生产中电解周期一般为24小时。
电解操作
A出槽
出槽前1h,取样分析槽硫酸锰浓度,补加电解液至出槽要求;添加氨水,提高pH值到符合出槽时的要求;按出槽要求补加二氧化硒水溶液,然后出槽装槽。
B槽成管理
看槽工在装槽后就要马上检查阴极板是否对中;阴、阳极板是否导电良好,阴极液pH值是否正常,适当调整氨水流量,保持pH值在工艺要求范围内,调整补加液流量。
待全部电解槽检查完后,再回头检查一遍,观察上锰情况,发现有“死板”或“起壳”现象都要取出来,换上新极板或“起步板”。
在整个电解过程中,看槽工要经常检查整流柜上电流表指示的电流大小,予以适当调整,使之在工艺要求范围内;经常在电解槽旁巡回检查,保持阴、阳极板处于良2+好的导电状态,保持Mn离子浓度、pH值等工艺参数在规定的范围内,保证电解过程的顺利进行。
病槽现象主要有:
槽液发酸、槽液发碱、电积锰发黑、起壳、电积锰倒溶、电积锰难剥离等。
病槽处理方法见生产厂的操作规程。
电积锰的后处理.
电积锰的后处理是指电解之后处理电解金属锰成品的一系列操作,包括钝化、水洗、烘干、剥落、包装以及极板处理等步骤。
电积锰的后处理对产品质量,特别是硫含量有很大影响,必须按照工艺要求认真做好。
具体步骤为:
(1)钝化。
从电解槽中取出的沉积了金属锰的阴极板在沥干电解液后,要放入含重铬酸钾3%的水溶液中进行钝化处理。
使金属锰表面形成钝化模层,或减缓金属锰在空气中的氧化。
(2)水洗。
将钝化处理后的阴极板沥干钝化液,放入热水槽浸泡、冲洗、再浸泡;除去金属锰表面粘附的电解液和钝化液。
(3)烘干。
将水洗干净的阴极板置入烘房烘烘烤,烘烤温度低于110℃,烘烤时间20-30分钟。
(4)剥落。
剥落就是将金属锰成品与阴极板分离。
按照外观质量分级剥落。
(5)包装。
产品剥落完后,取样送检,然后按产品外观质量分别装桶、称重、包装。
(6)阴极板处理。
将剥离后的阴极板放入阳极液中浸泡,溶去阴极板残锰,然后放入洗液(7%HNO+3%KCrO)中浸泡1分钟,取出后用自来水洗净;表面光亮平整的阴极7232板返回使
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- 电解 金属锰 生产工艺 流程