金属锰电解提高电流效率分析W
电解锰技术方案
电解锰技术方案电解锰是一种将锰酸盐通过电解方式转化为金属锰的技术。
目前，电解锰技术广泛应用于锰冶炼行业。
本文将以电解锰技术的原理、工艺流程、操作条件和未来发展前景为主线，全面分析电解锰技术的技术方案。
一、原理分析电解锰技术是指利用电解的原理将锰酸盐在电极上还原为金属锰的过程。
通常采用的电解电池是由阳极、阴极和电解质组成。
阳极通常由金属、氧化物或氧化铝制成，阴极则是由电解质中的锰离子还原而成的金属锰。
在电解过程中，阳极和阴极之间的电解质形成离子迁移的环路，使得锰酸盐在阳极上氧化为锰离子，同时在阴极上还原为金属锰。
电解锰技术的核心是电解质的选择和合理的电解条件控制。
电解质的选择应具备良好的电离度和导电能力，避免附加的电化学反应的发生。
电解条件包括电流密度、电解温度、电解时间等，对电解锰的纯度和成品质量有着重要影响。
二、工艺流程1.原料处理：锰酸盐通常以锰矿石（如菱锰矿、方锰矿等）为原料，经破碎、浸出、浮选和烘干等处理工艺，将锰酸盐提取出来。
2.电解：将提取出来的锰酸盐溶液加入到电解槽中，配置好适当的电解质。
通过调整电流密度、电解温度和电解时间等条件，使锰酸盐在阳极上氧化，阴极上还原为金属锰。
3.产物处理：将电解得到的金属锰进行滤饼、干燥、破碎和分级处理，得到所需的金属锰产品。
4.尾渣处理：电解过程中产生的尾渣中含有一定量的锰酸盐，需要进行回收和处理。
通常采用水洗和酸洗等工艺，将锰酸盐溶解出来并回收利用。
三、操作条件1.电流密度：电流密度是指在电解过程中通过单位阳极或阴极表面积的电流量。
合理的电流密度可以提高锰酸盐的电解速度，同时避免极化现象的发生。
一般来说，电流密度不宜超过750A/m^22.电解温度：电解温度对电解速度和产品质量有直接影响。
温度过高会导致电解反应速度过快，产物中含有氧杂质；温度过低则会导致电解速度慢，影响生产效率。
一般来说，电解温度应控制在50~70℃之间。
3.电解时间：电解时间是指完成一次电解过程所需的时间。
电解锰耗电量
电解锰耗电量简介电解锰是一种重要的金属制品，广泛应用于钢铁、化工、冶金等行业。
在电解锰的生产过程中，耗电量是一个重要的指标，直接影响到生产成本和环境影响。
本文将深入探讨电解锰耗电量的相关内容。
电解锰生产过程1. 原料准备电解锰的主要原料是锰矿石，常见的有菱锰矿、硬锰矿等。
在原料准备阶段，需要对原料进行粉碎、研磨等处理，以便提高反应速度和效率。
2. 酸性溶液制备原料经过预处理后，与硫酸等酸性溶液进行反应。
此过程中会释放大量氧气，并产生含有锰离子的酸性溶液。
3. 电解反应酸性溶液通过电解槽进行电解反应。
在此过程中，通过外加直流电源，在阳极和阴极之间形成一定的电位差，使得阳极上的金属离子还原成金属，并在阴极上析出。
4. 产品处理电解反应产生的锰金属沉积在阴极上，形成电解锰产品。
产品经过处理，包括洗涤、烘干等步骤，最终得到纯净的电解锰。
影响电解锰耗电量的因素1. 电流密度电流密度是指单位面积内通过的电流量。
在电解锰过程中，合理选择和控制电流密度可以有效降低耗电量。
较低的电流密度可以减少金属离子在阳极上的氧化速率，从而降低耗能。
2. 温度温度对于反应速率和反应平衡有重要影响。
适当提高反应温度可以加快反应速率，但过高的温度会增加能量损失和设备损坏风险。
因此，在实际生产中需要控制好温度，并寻找合适的平衡点。
3. 酸性溶液浓度酸性溶液浓度对于反应速率和溶质传输有重要影响。
较高的酸性溶液浓度可以提高反应速率，但也会增加能源消耗和设备腐蚀风险。
因此，在选择酸性溶液浓度时需要综合考虑经济性和可行性。
4. 电解槽结构电解槽的结构对于电流分布、反应速率等有重要影响。
合理设计电解槽结构可以提高反应效率，减少能量损失。
5. 原料质量原料的质量直接影响到反应速率和产出品质。
选择高品质的原料可以提高反应效率，减少能源消耗。
降低电解锰耗电量的措施1. 技术改进通过优化生产工艺、改进设备设计等技术手段，减少能量损失和提高反应效率。
例如，采用新型电解槽结构、优化原料预处理等。
电解锰先进工艺技术
电解锰先进工艺技术电解锰先进工艺技术电解锰是一种重要的金属物质，广泛应用于冶金、化工、电子等领域。
随着科技的发展和社会对资源的需求增加，电解锰的生产工艺也在不断创新和提高。
本文将介绍一种先进的电解锰工艺技术。
先进的电解锰工艺技术采用电解池法进行生产。
该工艺的主要特点是高效、节能、环保。
首先，该工艺采用高效电解池，可以实现高效的电解反应。
电解池中的阳极和阴极采用新型材料，能够提高电流效率，降低能耗。
同时，采用先进的电解液配方，保证电解反应的顺利进行。
其次，该工艺注重节能。
传统的电解锰生产工艺中，能源消耗较大，而先进的工艺技术采用了多种节能措施。
首先，在电解池的设计中，增加了传热装置，提高了热量利用效率。
其次，采用先进的电解液循环系统，将废气和废热充分利用，减少能源浪费。
此外，还利用余热发电，进一步提高了能源利用效率。
最后，该工艺非常注重环保。
电解锰生产过程中会产生大量的废气、废液和固体废物，对环境造成污染。
为了解决这个问题，先进的工艺技术采取了多层次的废物处理措施。
首先，对废气进行脱硫、脱硝等处理，减少废气中有害物质的排放。
其次，对废液进行分离和处理，提取有用物质并净化废液，减少对环境的影响。
最后，对固体废物进行综合利用或高效处理，减少对土壤和水源的污染。
通过采用先进的工艺技术，电解锰的生产效率得到了显著提高。
与传统工艺相比，该工艺可将能耗降低20％以上，排放物减少50％以上。
在保证产品质量的同时，降低了生产成本，提高了企业的竞争力。
总之，先进的电解锰工艺技术在高效、节能、环保等方面具有显著优势。
通过采用先进的电解池、节能措施和废物处理技术，实现了电解锰生产过程的高效率、低能耗和环保性。
这种工艺技术的应用促进了电解锰产业的发展，也为其他行业提供了有益的借鉴。
电解冶炼的电流效率与能耗
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案例三：新型电解技术的研发与应用
总结词
该案例重点介绍了新型电解技术的研发背景、技术原 理、应用领域及优势。
详细描述
随着能源危机和环境问题的日益严重，新型电解技术 的研发和应用成为了电解冶炼领域的热点。该案例首 先介绍了新型电解技术的研发背景和必要性，然后阐 述了该技术的技术原理和特点。最后，案例分析了新 型电解技术在不同领域的应用前景和优势，并对其未 来的发展趋势进行了展望。该案例为新型电解技术的 进一步研发和应用提供了有益的参考和借鉴。
提高电解温度和压力
要点一
总结词
提高电解温度和压力可以促进电解反应的进行，从而提高 电流效率和降低能耗。
要点二
详细描述
在一定范围内，提高电解温度和压力可以加速离子和分子 的运动，促进电解反应的进行，从而提高电流效率和降低 能耗。但需要注意的是，过高的温度和压力可能会对设备 造成损坏或对环境造成不良影响。
案例二：某铝冶炼企业的能耗优化实践
总结词
该案例介绍了某铝冶炼企业通过技术改造和生产优化， 实现了降低能耗和提高生产效率的目标。
详细描述
该案例首先介绍了铝冶炼的生产流程和能耗现状，然后 重点阐述了企业在技术改造和生产优化方面的实践。通 过采用新型的电解技术和设备，优化生产工艺参数，加 强能源管理和生产调度等措施，企业实现了降低能耗和 提高生产效率的目标。同时，还对实施过程中的问题和 解决方案进行了总结和分析，为其他企业提供了有益的 参考和借鉴。
总结词：电流密度的选择需根据实际情况进行优化，以获得最佳的电流效率。
电解质的组成
电解质的组成对电流效率有重要影响。某些电解质中的离子可以与电极反应产生的气体或中间产物发 生反应，从而降低电流效率。此外，电解质的导电性也会影响电流效率，导电性差的电解质会导致电 能损失和热能产生。
国内电解金属锰生产用电解槽的发展探讨
了阳极板的应用历程 ， 为电解槽的发展提供参考。
关键词： 电解锰 ； 电解槽 ； 阳极 板
中图分类 号： Ｔ Ｆ １ １ １ ． ５ 文献标 识码 ： Ａ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． １ ４ １ ０ １ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ２— ４ ３ ３ ６ ． ２ ０ １ ６ ． ０ ５ ． ０ ２ ８
第３ ４ 卷第 锰 业
ＣＨＩ ＮＡ Ｓ ＭＡＮＧＡＮＥＳＥ Ｉ ＮＤＵＳ ＴＲＹ
Ｖｏ １ ． ３ ４ Ｎｏ ． ５ Ｎｏ ｖ ．２ Ｏ１ ６
国内电解金属锰生产用电解槽 的发展探讨
孟 小杰
（ 全国锰业 技术委员会 ， 湖南 长沙 ４ １ ０ ０ ０ ６ ）
０ 前
言
低， 所以提高 电流效率 是生产实践中最为关键的问 题 。其关键设备——电解槽 的结构见图 １ 。
２ Ｏ世 纪 ６ ０年 代 的上海 冶 炼 厂是 中 国的第 １代 金 属锰 生产 厂 ， 是 我 国电解 金 属锰 （ 以 下简 称 ： 电解 锰） 工业 开始 的标 志 ＿ ｌ 。 我 国 的电解 锰 工 业 的发 展 虽起 步 较 晚 ， 但发 展 很 快 ， 特 别 是 上世 纪 ９ Ｏ年 代 开
图 １ 电解槽 结构 图
１ 电解槽简述
制备 电解 锰 主要采 用碳 酸锰 粉与无 机 酸反应 制 得锰 盐 溶液 ， 加铵 盐作缓 冲剂 ， 用 加氧 化剂 氧化 中和 的方法 除 铁 ， 加硫化 剂 除重金 属 ， 经过 “ 沉 降一 过
２ 电解关键设备对 比
２ ． １ 电解槽
电解效率 的高低 直 接 关 系 到金 属 锰 的产量 、 品 质 和企 业 的经济 效 益 。在 生 产 过程 中 ， 电流 效 率 和 单 位 电耗 为主要 的衡 量 标 准 ， 他 们 主 要 与槽 电压 有
电解金属锰用途
电解金属锰用途金属锰是一种重要的工业原料，广泛应用于多个领域。
其中，电解金属锰作为一种特殊形式的金属锰，具有独特的用途和特点。
电解金属锰在钢铁生产中起着重要作用。
由于电解金属锰具有高纯度和良好的化学稳定性，因此它可以用作钢铁中的添加剂。
通过加入适量的电解金属锰，可以显著提高钢铁的硬度、强度和耐腐蚀性能。
此外，电解金属锰还可以提高钢铁的冷加工性能，使得钢铁更易于加工成各种形状和尺寸，满足不同领域对钢材的需求。
电解金属锰在化工领域有广泛的应用。
由于电解金属锰具有良好的催化性能，可以用作催化剂。
催化剂是一种能够促使化学反应发生的物质，通过降低反应的活化能，加快反应速率。
电解金属锰作为催化剂，可以应用于有机合成、化学催化和环境保护等领域。
例如，在化学合成中，电解金属锰可以用作催化剂，促使反应快速进行，提高产率和选择性。
在环境保护中，电解金属锰催化剂可以用于废气处理和废水净化，将有害物质转化为无害物质，保护生态环境。
电解金属锰还广泛应用于电池制造领域。
由于电解金属锰具有良好的电化学性能，例如高电化学活性和良好的循环稳定性，因此可以用作锂离子电池和锰酸锂电池的正极材料。
锂离子电池作为一种高能量密度电池，广泛应用于移动通信设备、电动工具和电动汽车等领域。
而锰酸锂电池作为一种高功率电池，广泛应用于电动自行车和混合动力汽车等领域。
电解金属锰的应用使得这些电池具有更高的性能和更长的使用寿命。
电解金属锰还可以用于生产高纯度的金属锰。
由于电解金属锰具有高纯度和良好的纯净度，因此可以用作制备其他金属锰化合物的原料。
例如，电解金属锰可以用于制备锰粉、锰合金和锰酸锂等材料，这些材料在冶金、电子和化工等领域有广泛的应用。
电解金属锰具有广泛的应用领域和重要的用途。
它在钢铁生产、化工领域、电池制造和金属锰制备等领域发挥着重要作用。
随着科技的不断进步和工业的发展，电解金属锰的用途将会进一步扩大和深化，为各行各业提供更多的可能性和机遇。
电解锰 金属回收率 -回复
电解锰金属回收率-回复从电解锰到金属回收率这个主题，我们来一步一步解析。
电解锰是指通过电解方法将锰离子还原为金属锰的过程。
在电解锰的过程中，有一项重要的指标就是金属回收率，它可以衡量电解锰的效果和经济性。
那么，什么是金属回收率呢？金属回收率是指通过电解锰过程中，所得到的金属锰的质量与所用锰离子质量之比。
通常用百分数表示，即金属回收率（）= （所得金属锰的质量/所用锰离子的质量）×100。
金属回收率越高，说明电解锰过程中的效率越高，经济效益也越好。
那么，如何提高电解锰的金属回收率呢？下面我们将逐步阐述。
首先，选择合适的电解条件。
电解锰的过程中，需要考虑电流密度、温度和pH值等因素。
通常情况下，电流密度较高，温度较低，pH值控制在适宜的范围内，可以提高电解锰的效率和金属回收率。
此外，还需要选择合适的电解液和电解槽结构，以提高电解过程的稳定性和金属回收率。
其次，选择合适的电极材料。
电解锰的电极材料主要有铅和铅合金。
其中，铅银电极是常用的电极材料，它能够提高电解锰的效率和金属回收率。
铅银电极具有优良的导电性能和耐腐蚀性能，能够抵御电解液中的氯离子和锰离子的侵蚀，从而延长电极的使用寿命，提高电解锰的金属回收率。
再次，控制电解过程中的操作参数。
在电解锰的过程中，需要控制电流密度的大小和变化，控制电解液的温度和pH值的变化，以及控制电解槽的布局和结构等。
这些操作参数的调整和控制可以影响电解锰的效果和金属回收率。
通过合理地调整这些参数，可以提高电解锰的金属回收率。
最后，进行电解锰过程的监测和控制。
在电解锰的过程中，需要定期对电解槽的电解液和电极进行检查和维护。
通过监测电解槽中的电解液成分和pH值的变化，以及电解槽中金属锰的含量和离子的浓度等，可以及时发现问题并采取相应的措施，保证电解锰过程的稳定性和金属回收率的有效性。
总结起来，提高电解锰的金属回收率需要选择合适的电解条件和电极材料，控制电解过程中的操作参数，并进行监测和控制。
金属锰电解过程阴极电化学反应与电化平衡W
金属锰电解过程阴极电化学反应与电化平衡由于锰是高负电势的金属，自从美国矿业局20世纪20年代提出隔膜电解法生产金属锰以来，全世界一直采用中性MnSO4-(NH4)2SO4-H2O系阴极液进行隔膜电解。
电解中必须调氨和添加抗氧剂。
至于电解过程的原理，有关文章中作国许多介绍，但多偏重于定性的论述。
有关工作人员则对金属锰电解进行了电化平衡计算，借以说明溶液成分和调氨的重要作用。
在负电极化条件下，在不锈钢阴极上将发生两个相互竞争的电化学反应：Mn2++2e-===MnφMn2+/Mn=-1.1795+0.02951lg[Mn2+]2H2++2e-===H2(g)φH+/H2=-0.0591pH基于锰电解生产中均采用MnSO4-(NH4)2SO4-H2O系电解液，技术人员提出了电荷平衡、总氨平衡和Mn2+水解平衡，并进行热力学计算。
1.电荷平衡设溶液中[MnSO]4=A,[(NH4)2SO4]=B,加入NH3后，NH3与Mn2+生成Mn(NH3)2+和Mn(NH3)22+两种配合物，其生成常数分别为4.金属锰电势对氢电势之差φ值φ=-1.1795+0.0295lg[Mn2+]+0.0591pH (5) 基于上述(1),(2),(3),(4),(5)式进行计算，我们可作出图1，图2，图3。
图1为Mn-NH3-SO42--H2O系φ-pH图。
从图1可见：(1)在MnSO4-(NH4)2SO4-H2O系溶液中添加氨可增大溶液的稳定性，即Mn2+的水解pH增大，金属锰的电势变负；(2)添加氨溶液pH增加，氢电极电势φH +/H2比金属锰φMn2+/Mn下降程度要大得多，即电势差值φ增加，有利于Mn的优先电还原析出：(3)氨的增加量是有限度的，对于[MnSO4]=[(NH4)2SO4]=1oml/L的溶液，[NH3]加入等于0.4089mol/L.图2为A=0.5mol/L,B=1mol/L溶液中添加氨对φ，pH,pHA的影响曲线。
关于电解锰方面的技术交流
关于电解锰方面的技术交流。
1、关于电流效率：电解锰电流效率的低下主要是因Mn的电位决定的。
Mn化学性质较为活泼，电解时分解电压较高，为4.2~4.5V以上，高于水的分解电压，Mn是金属元素中最后一个可以在水溶液中电解出来的金属。
Mn电解时，阴极在直流电流作用下，析出单质Mn，同时，阴阳极分别析出氢气和氧气，亦即电解锰的同时，水也被电解了，所以，不难理解电解锰电流效率低下的原因。
2、关于自动控制：从技术上来讲时完全可行的。
但是，电解锰由于其难于电解，电解过程中需控制参数较多，其相关参数配置不一定为线性或等比关系：比如，电解槽泛酸时，有可能是电解液中Mn过高、温度过高、电流过高、亦有可能是温度正常、电解液Mn过低，还有可能Mn过低是电解液又犯碱……总之，自动控制的软件部分设计难度非常大～～～～～～～根据国家发改委相关规定，电解锰过程的能力应具备一定规模，根据目前电解锰企业生产模式，一个电解锰工厂的电解槽数量是非常多的，其电解液均为单进单出，而每一个电解槽都需单独监测单独控制可以想象，这需要多少个自动控制装置呀？总之，难！更难的是没有人对这个进行研究！！！！！！！！！国内的专家呢均靠名声赚钱，亦不对其进行深入研究了。
3、电解锰的节能毫无疑问是应该在降低分解电压方面做工作。
降低分解电压的方式很多，比如，缩短极距、增加溶液导电性能、对电解液进行深度净化、寻找更好的电解添加剂、优化作业参数等等。
现在，有很多措施已经实施，但均不完全，比如，对电解液进行深度净化，现有很多企业实施，但都仅限于简单的除杂（甚至仅针对固体悬浮物），真正的深度净化是远远不够甚至完全没有的，导致这样的结果主要还是对电解液中的杂质行为缺乏研究，而对这些项目内容的研究一般的生产企业很难进行，但目前相关院所研究又未对其进行研究或研究工作远远不够，本人对此有一定的认识。
要增加效益，不仅要降低能耗，还必须得增加资源利用率，亦即要提高矿粉浸出率、提高总锰回收率、提高返酸、提高电解回收率等等总之有很多工作可以去做去专研。
电解生产中各工艺参数的关系
4）.两水平
◆铝水的作用： ①作为阴极，防止铝在碳阴极表面上析出 ②传导阳极中心热量，调节热平衡 ③削弱电磁力稳定磁场 通常我们认为，适当提高铝液高度，可有效降低水平 电流，同时电解槽热容存储能力增强，可提高电解槽热稳 定性，从而提高电解槽电流效率。但是，过高的铝液水平 可能会造成槽侧部通过铝液层散热增加，易导致槽底沉淀 产生，增加槽帮结壳伸腿的厚度。 ◆电解质的作用： ①阴、阳极之间的导体 ②电化学反应的区域 ③电解槽热稳定的基础
◆过热度：控制较低窄的过热度（8--15℃），是获 得较高电流效率的必要条件。如果过热度较高，铝液与电 解质液面的表面张力减小 ，铝在电解质中的溶解度增大 ， 铝的二次损失就会增加，电流效率降低；但如果过热度过 低 ， 则会导致电解质发粘 ，电解质导电率下降，极距缩 小 ，另一方面 ，氧化铝的溶解性能变差 ，电解槽发冷， 槽况变差，电流效率也会降低。
五、我厂的工艺参数设置及要求
6）.效应系数
科学合理地利用阳极效应是保证电解槽正常生产的重要手段，同时 也能提高电流效率。利用效应可以校正氧化铝浓度，清洁电解质，清 理炉底沉淀，均衡电解槽各部位温度的，规整炉膛的作用。但效应也 对稳定生产破坏很大，效应发生时，电解温度迅速上升，炉帮熔化变 薄，增加了侧部硅砖被浸蚀的可能性，而且温度和炉帮要1小时左右才 能恢复正常值。有实验表明：当效应系数为1.0时，电流效率降低0.6---0.8%，直接增加能耗200KWH,考虑到电流效率的同时降低，一个阳 极效应（3分钟）会增Байду номын сангаас吨铝电耗300KWH。
2.电解槽电解质电压。电解槽的电解质电压，即极距电 压，一般在1.3V—1.8V之间，主要受电流强度、电解质温 度、电解质成分、极距高低影响。 3.电解槽气泡电压。一般来说，阳极下的气泡压降约为 150mV—250mV。 4.电解槽阳极组电压。电解槽的阳极组电压包括：夹具 压接压降、阳极导杆压降、阳极爆炸焊块连接压降、钢爪 压降、铁炭压降以及阳极炭块压降。 5.电解槽阴极电压。电解槽的阴极电压包括：阴极炭块 压降、炭块与阴极钢棒连接压降、阴极钢棒压降。 6.电解槽母线电压。电解槽母线压降包括：钢棒与阴极 母线过渡压降、阴极母线压降。
电解水 电流效率
电解水电流效率电解水是一种常见的化学实验现象，也是一种重要的工业生产过程。
在电解水的过程中，电流效率是一个重要的指标，它反映了电能转化为化学能的效率。
本文将从电流效率的概念、影响因素和提高电流效率的方法等方面进行探讨。
一、电流效率的概念电流效率是指电能转化为化学能的效率，即所产生的化学反应产物与理论产物的比值。
一般情况下，电流效率越高，表示电解过程中电能的利用率越高，化学反应的产物也越纯净。
二、影响电流效率的因素1. 电极材料：电极是电解过程中的重要组成部分，不同材料的电极对电流效率有着不同的影响。
通常情况下，金属电极具有较高的电流效率，而非金属电极则效率较低。
2. 电解质浓度：电解质是电解水中起促进化学反应的作用，其浓度的大小会直接影响电解过程中的电流效率。
一般来说，电解质浓度越高，电流效率越高。
3. 电流密度：电流密度是指单位面积内通过的电流量，它对电流效率有着明显的影响。
适当调节电流密度可以提高电流效率，但过高的电流密度则会导致效率下降。
4. 温度：温度是影响电解水电流效率的重要因素之一。
一般来说，温度升高会促进电化学反应的进行，从而提高电流效率。
5. 水质：水质的好坏也会对电流效率产生影响。
纯净水的电解效率较高，而含有杂质的水则效率较低。
三、提高电流效率的方法1. 选择合适的电极材料：根据实际情况选择合适的电极材料，例如金属电极具有较高的电流效率，可以提高反应产物的纯度。
2. 控制电解质浓度：合理控制电解质的浓度，不仅可以提高电流效率，还可以减少对环境的污染。
3. 调节电流密度：根据实验要求和电解过程的特点，适当调节电流密度，以提高效率。
4. 控制温度：合理控制电解过程中的温度，可以促进反应进行，从而提高效率。
5. 选择纯净水源：尽量选择纯净的水源进行电解，可以避免水质对电流效率的影响。
电流效率是衡量电解水过程中能量转化效率的重要指标。
影响电流效率的因素有很多，包括电极材料、电解质浓度、电流密度、温度和水质等。
电解金属锰生产方法、工艺流程与原材料质量要求
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟电解金属锰生产方法、工艺流程与原材料质量要求目前世界上金属锰生产以电解法为主，该法获得品位高的金属锰w(Mn)＞99.7%,可以使用的锰矿石类型和品级比较广，原料可采用碳酸锰矿、二氧化锰矿以及高炉冶炼的富锰渣等。
电解法生产金属锰，虽然锰的标准电极电位为-1.18V，但由于氢在金属锰上的超电压，锰仍然可以从中性溶液中析出到阴极上，但电流效率较低，一般为65%~75%。
电解的重要条件是要求硫酸锰溶液中尽量不含其他金属，所以硫酸锰溶液必须在电解前充分净化，同时采用隔膜电解槽。
硫酸锰溶液电解的工业生产流程如下图所示。
用硫酸锰溶液作原料制取电解金属锰，所需原材料主要有：锰矿粉、硫酸、硫酸铵、液氨、氧化剂、还原剂、添加剂等。
1.锰矿粉，分菱锰矿和软锰矿的两种。
(1)菱锰矿(MnCO3),质量要求符合国家标准GB3714-83 的1~4 级。
(2)软锰矿(MnO2),质量要求符合国家标准GB3713-83 的1~4 级。
就生产角度而言，希望锰含量高，杂质元素种类少且含量低为佳，特别是铁和重金属元素的含量要求尽可能低。
2.工业硫酸(H2SO4)质量指标应符合国家标准GB534- 65. 3.硫酸铵[(NH4)2SO4]质量指标应符合国家标准GB535-65. 4.液氨或氨水(NH3,NH3•H2O)质量指标应符合国家标准GB536-65 或化工部部颁标准HCI-88-64(CO2 含量不大于0.05g/L). 5.还原剂(1)无烟煤粉，粒度2mm 以下，灰分8%~13%。
(2)黄铁矿FeS2,S 含量35%~40%。
6.净化剂(除重金属用) (1) 饱和(NH4)2S 溶液(用硫酸与硫化钠反应制得硫化氢，然后用氨水吸收到饱和状态黄色油状液体). (2)福美钠[二甲胺基磺酸钠(CH3)2NCS2Na]简称S.D.D,含量为88%以上。
(3)乙硫氮(三水合二乙基二硫代胺基甲酸钠)[(CH3CH2)2NCS2Na•3H2O]. 7.添加剂(1)二氧化硫(SO2),质量符合湘。
电解金属锰阴_阳极过程的电化学反应及提高电流效率的探讨
Ξ 收稿日期 :2000 - 12 - 15 作者简介 :周元敏 (1968 - ) 女 ,中南大学师资科 ,工程师 。
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添加 SeO2 或 SO2 抗氧剂 ,会在阴极上还原成 元素 Se 或元素 S 并吸附在阴极上提高氢的析出超 电压 ,有利于提高阴极电流效率 。
生产实践证明 ,用 SO2 比用 SeO2 作抗氧剂电 流效 率 低 。用 SO2 作 抗 氧 剂 时 , 产 品 含 有 S ; 用 SeO2 作抗氧化剂时 ,产品含 Se 。要生产高纯低 Se 电解金属锰 ,如何选择更为理想的抗氧剂或复合添 加剂 ,是一个急待研究的重要课题 。
存在析出 Mn 与析出 H2 的竞争反应 。
在电解条件下 ,阴极析出 ,离子电位愈正将优先
析出 ,而阳极析出正好相反 ,离子电位愈负 ,优先在
阳极析出 。 φ0H2 = 0 ,而 φ0Mn = - 1118 V ,在阴极上是不是优
先析出 H2 呢 ? 实际上是主要析出 Mn ,而不是优先 析出 H2 。主要原因是由于 H2 的析出具有高的超电 压 (或称为过电位) ,正像湿法生产电锌一样 ,φ0H2 = 0 ,φ0Zn = - 01763 V ,阴极上同样存在析出 Zn 与析 出 H2 的两个竞争反应 ,在锌电解的条件下 ,由于 H2 的析出具有高的超电压 ,才使 Zn 在阴极上顺利析 出 。因此 ,电解金属锰能在阴极析出 。
电解金属锰生产工艺主要分两个阶段：
电解金属锰生产工艺流程主要分两个阶段：1.电解金属锰的性质和用途锰是一种闪砾的硬金属，外表似铁，密度7.44g/cm3，熔点1244℃，质硬而脆，易氧化，在空气中常被一层氧化物薄膜所覆盖，在略高于室温的情况时，能分解水而放出氢。
Mn+H2O(热)=Mn(OH) 2+H2↑（1－1）锰在电动序中位于氢之前，故易溶于酸，甚至醋酸也能使它溶解而放出氢气，同时生成Mn2+离子。
Mn+2HCl=MnCl 2+H2↑（1－2）Mn+H2SO4 (稀)=Mn SO4+H2↑（1－3）3Mn+8HNO3 (稀)=3Mn (NO3) 2+2NO↑+4H2O （1－4）锰与硝酸作用时没有游离态的氢逸出，是由于游离出来的氢进一步被硝酸氧化为水的缘故。
电解金属锰是由锰盐溶液通过电解法生产的一种高纯度锰，其表面从银灰色到褐色，且粗糙，与阴极相贴的那一面是光滑、且具有银灰色或亮白色的金属光泽，呈片状。
电解金属锰由于它的纯度高，杂质少和低碳量，主要用于钢铁工业。
锰在钢中的作用主要表现在提高钢的强度、硬度、弹性极限、耐磨和耐腐蚀性等，主要用作特殊钢和有色合金元素，如用作低碳不锈钢冶炼中的脱氧剂、铝锰合金和铜锰合金等。
合金中由于锰含量的高低而使其具有各种不同的特性，如具有高电阻及低温度系数的铜锰镍合金（Mn11~12%，Ni3~4%，余为Cu）和具有高热膨胀系数的锰铜镍合金（Cu18%，Ni10%，余为Mn）等。
电解金属锰也用于化工机械、电焊条材料、高纯度锰盐、医药、食品包装及新开发的减振合金和永磁合金元素。
2、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。
电解金属锰辅助添加剂的研究
１５蒋汉瀛．冶金电化学【Ｍ】．北京：冶金工业出版社，１９８２
１６刘永辉．电化学测试技术【Ｍ】．北京：北京航空学院出版社，１９８７
电解锰废渣中回收氨氮的实验研究
陶长元，李明艳１，刘作华１，杜军１，杨绍泽２
（１重庆大学化学化Ｔ学院，重庆４０００３０；２重庆武陵锰业有限公司，重庆４０９９００）
摘要电解锰渣中含有大量未能回收利用的硫酸铵，导致资源的严重浪费，增大了生产成本。实 验研究了清水洗渣一铝盐沉淀法从电解锰废渣中回收可溶性硫酸铵的方法，探讨了沉淀剂投加量、反 应温度、ｐＨ值对氨氮回收率的影响。研究表明，在ｎ（ＮＨ４）：ｓｏ．：ｎＡＬ（ｓ０４），＝１：１，溶液ｐＨ ２．５，反应温 度９５℃，反应时间２ ｈ的条件下，氨氮回收率可高达９５．２％以上。沉淀物硫酸铝铵经热分解可得到硫 酸铵和硫酸铝，实现电解锰废渣中氨氮的回收和硫酸铝的循环使用。
１１
王敬明．电解金属锰阴极过程初探【Ｊ】．中国锰业，１９９４，１２（１）：４７．４８．
１２陈南雄．电解液成分对电解金属锰生产过程的影响【Ｊ】．中国锰业，２００８，２６（４）：５—８ １３周元敏．电解金属锰阴、阳极过程的电化学反应及提高电流效率的探讨【Ｊ】．中国锰业，２００１，
１９（１）：１７－１９
１４
结果如图ｌ所示。
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图１辅助添加剂Ｔ３Ａ对电流效率和锰片中Ｓｅ含量的影响 由图１可知，当辅助添加剂ＴＪＡ用量为Ｏ．２９・Ｌ。１时电流效率最高，达８０．５％，比只加Ｓｅ０２时提高 了３．２％，电解锰中的Ｓｅ含量也较低，为０．０４４％。同时，从实验中观察到：加入辅助添加剂ＴＪＡ能明
Ｄｉａｚ－Ａｒｉｓｔａ Ｐ，Ｔｒｅｊｏ Ｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｎｇａｎｅｓｅ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｆｒｏｍ ａｎ ａｃｉｄｉｃ ｃｈｌｏｒｉｄｅ ｂａｔｈ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ａｍｍｏｎｉｕｍ ｔｈｉｏｃｙａｎａｔｅ弱ａｌｌ ａｄｄｉｔｉｖｅ【Ｊ】．Ｓｕｒｆａｃｅ＆Ｃｏａｔｉｎｇｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００６，２０１：３３５９・３３６７．
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金属锰电解提高电流效率分析金属锰电解是个高能耗的过程，提高电流效率(ηc)是生产实践中最为关切的问题。
电流效率的高低直接关系到金属锰的产量与经济效益和产品品位的优劣。
工作人员通过Mn和H2的同时电析，阐明了阴极液中调氨以及(NH4)2SO4含量对阴极电流效率ηc的定量关系，并论述了影响电流效率ηc的重要技术条件。
一、金属锰电解阴极Mn和H2的同时电析前已述及电解锰阴极上进行着两个相到竞争的反应，析出金属锰的反应属于扩散控制反应，析氢的反应(H2)却属于电化学控制反应。
那么根据平衡反应原理，Mn2+和H+同时放电的必要条件应该是析出Mn，H2两反应的析出电势相等，即(1)式中id 和id∞为锰析出扩散电流密度与极限扩散电流密度(A/m2)。
阴极电流效率，即降低析出H2的电流密度iH2是提高ηc的主要途径。
从(1)式可知，iH2是随φ值增大而增加，但随pH值和aH2的增加而降低，反之亦然。
关于(1)式中id∞值，我们取Mn2+的扩散系数D=10-5cm/S,[Mn2+]=1mol/L10-3mol/cm3,取扩散层厚度=0.025cm，则i°d∞=0.0772A/cm2=772A/m2.id∞=i°d∞,[Mn2+]取电解阴极液[MnSO4]=[Mn2+]=0.5mol/L,则id∞=772×0.5=386A/m2.(1)式中aH2为塔菲尔系数，在0.05mol/LH2SO4溶液中金属Mn上的氢交换电流密度i=10-7A/cm2.H2在金属上的超电压是与pH有关的，25℃时为ηH2=aH2+0.0591pH+0.1182lgiηH2=-0.1182lgi°+0.0591pH+0.1182lgii°为pH=0时的标准交换电流密度。
在0.05mol/LH2SO4中，i=10-7A/cm2,以数据计算可得，0.05mol/LH2SO4溶液的pH=1.231,那么i=i°•[H+]0.5,即10-7=i°0•10-1.231×0.5,i°=10-6.325则aH2=-0.1182lg10-6.325=0.755V所以，H2在Mn上的超电压为ηH2=0.755+0.0591pH+0.1182lgiH2运用上述所导出的id∞和aH2值，再使用我们通过电化平衡计算所得有关φ值，代入(1)式，即可计算得到表1和表2数据，并可以定量确定氨加入量[NH3]加入和[NH4]2SO4(B)浓度对阴极电流效率ηc的影响，见图1和图2。
从表1和图2看出，氨加入作用在热力学上是增大φ值，在动力学上是增大溶液的pH值，以增大氢的超电压。
热力学和动力学影响的综合结果都胡利于电流效率ηc的提高。
表1 在[MnSO4]=0.5mol·L-1,[(NH4)2SO4]=1mol·L-1溶液中加氨（[NH3]加入）对Ph,φ和ηc的影响表2 溶液成分对平衡pHA ,[NH3], φ值、氨添加量以及电流效率的影响从表2和图2可知，增加(NH4)2SO4也是增大电势差(Δφ)和pH，有利于电流效率ηc的提高，但作用不及调氨显著。
二、影响金属锰沉积电流效率的主要因素影响金属锰电流效率的主要因素有：1.电解液成分锰电解液包括新液(净化液)、阴极液和阳极液。
(1)新液，送往锰电解的新液是净化后的纯溶液，Mn2+34~38g/L,(NH4)2SO4100~120g/L,pH6.5~7.为了保持高的阴极电流效率，国外电解锰新液中杂质含量如表3所示。
表3 国外电解锰新液杂质成分含量(mg/L)国内由于采用有效除铁措施，铁除到1mg/L以下，采用S.D.D(福美钠)除重金属，镍和钴都可净化到0.5mg/L 以下。
(2)阴极液①Mn2+含量，工业上阴极液锰含量波动在15~18g/L。
过高会导致锰铵复盐的析出，破坏电解过程。
②(NH4)2SO4含量，增大(NH4)2SO4浓度可以增加Mn2+在溶液中的稳定性，防止其在高pH下水解，此外它还可以增加溶液的导电性。
国外锰工业生产中(NH4)2SO4含量波动在120~140g/L(无硒)，国内为100~120g/L(有硒)。
③pH的调节，试验证实，随着阴极液pH的增加，电流效率显著增加，但当pH＞9后却又下降。
阴极液pH与电流效率的关系见表4。
表4 阴极液pH与电流效率的关系为了提高阴极液的pH，实践中均加入1:1氨水，生产中吨锰液氨用量一般为0.08t，阴极液中氨浓度一般为3.2g/L.应当指出，调氨量要适当。
过剩的氨一方面会导致Mn2+的水解，另方面由于pH增加，游离NH3增加，会导致氨的损失。
有关氨损失的阴极液pH的关系见表5。
表5 氨损失与阴极pH值的关系pH值 6 7 8 9 吨Mn液氨损失/(kg·t-1)8 10 12 28一般阴极液的pH以控制在7~8为宜。
(3)阳极液阳极液含Mn2+(14~15)g/L左右，含H2SO440g/L左右。
当加SeO2作抗氧化剂时，pH控制在6.8~7.2为佳，加SO2作抗氧化剂时，pH控制在7.8~8.2为佳。
(4)添加剂，Mn2+在高pH条件下，很容易被氧化成高价锰化合物MnOOH(Mn2O3•3H2O)和MnO2.为了防止Mn2+氧化，必须加入抗氧剂使溶液保持还原性。
即使偶尔生成了Mn2O3和MnO2微粒也将立即被还原消失。
有人曾试验过用羟铵、甘油、醋酸铵、草酸铵、酒精有、柠檬酸、甲醛及硫氰酸盐等抗氧剂，也有报导用H2TeO6(0.1~0.3g/L)和蚁酸。
在20世纪40~50年代，金属锰电解曾成功地采用SO2作抗氧剂，溶液中添加0.1g/L的SO2以及溶液pH提高到8，可以保持高的阴极电流效率和致密的金属锰沉积。
SO2的作用在于保持溶液的还原性，使生成的MnO2和Mn2O3还原为Mn2+,即MnO2+HSO-3+H+===Mn2++SO42-+H2OE=1.229-0.0591=1.1689VMn2O3+HSO-3+3H+===2Mn2++SO42-+2H2OE=1.4434-0.0591=1.3843V到60年代，在金属锰电解中开始使用一种更有效的抗氧剂SeO2，其添加浓度为0.03~0.06g/LSe。
SeO2在溶液中的形态取决于pH值。
在pH＞6.58的生产条件下，SeO2还原锰氧化物的电动势为MnO2+SeO32-+2H+===Mn2++SeO42-+H2OE=1.229-0.875=0.354VMn2O3+SeO32-+4H+===2Mn2++SeO42-+2H2OE=1.4434-0.875=0.5684V生产实践证实，向电解液中添加SO2和SeO2可显著提高电流效率，公认为它们显示良好的抗氧剂效果。
此外，研究证实，SeO2和SO2还原剂还起到下列作用：①SeO2和SO2在阴极还原成元素硒和元素硫，吸附在阴极上能提高氢的析出超电压；②SO2在阴极还原成H2S，与Co2+,Ni2+反应生成硫化物沉淀，从而减轻Co,Ni的有害作用。
③在电解溶液中存在有SO2，SO32-,SeO32-、胶体硫和硫脲，有利于沉积a型锰，较之γ型锰具有更强的抗蚀性。
使用SO2作还原剂的缺点是金属锰产品中含硫量增加。
目前国内广泛使用SeO2作添加剂，加入量控制在吨锰2~4kg.2.电解液温度采用低的电解温度是确保高的塔菲尔值a的主要条件。
由于析氢反应的活化能高(14~16kJ/mol),升高温度便会显著降低a值。
生产实践证实，当温度超过45℃时，电流效率便大大降低，温度达50℃以上时，电解就无法进行。
但电解液温度也不宜太低，温度低于20℃就会导致过细粒度的Mn沉积，并显著降低电解液导电性。
工业上采用的电解液温度为38~44℃.为了排除电解过程放出的焦耳热的影响，对于3000A电流的电解槽，在两侧装有Ø33mm，厚3mm，长4m的蛇形铅管或不锈钢管、塑料管等耐腐蚀管，用循环冷却水间接冷却。
3.电流密度(1)阴极电流密度，为了提高氢的超电压，电解锰生产中采用较高的阴极电流密度，以提高阴极电流效率。
有关阴极电流密度与电流效率的关系见表6。
表6 电解锰阴极电流密度与电流效率的关系阴极电流密度过低，不仅电流效率不高，而且会导致无光泽的金属沉积。
电流密度过高，电效也会下降，而且容易产生树枝状产品。
工业上采用的阴极电流密度通常控制在300~400A/m2范围内。
国内电解锰厂电流密度一般采用350~400A/m2。
实践证实，采用较低电流密度时，产品质量好。
量。
(2)阳极电流密度，一般采用680~800A/m2高电流密度，以减少阳极上析出的MnO24.阴极沉积时间随着电解时间的延续，阴极析出锰表面变粗糙，甚至产生粒状或树枝状结晶，电流效率降低，所以电解时间不宜过长。
但沉积时间过短，不但会增加出槽数，增大工作量，而且也会增加氨水和SeO耗量。
因此，在国内析出周2期一般为24h.。