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。

(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。

(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。

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(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GB3714-83的1-4级。

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(H2SO4)质量指标应符合国家标准GB534-82。

硫酸铵［(NH4)2SO4］，质量指标应符合国家标准GB535-83。

液氨或氢氧化铵(NH3、NH4OH)质量指标应符合国家标准GB536-82(CO2含量不大于

0.05g/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(NH4)2S溶液；

(2)福美钠［(CH3)2NCS2Na］简称SDD，含量大于88%；

(3)乙硫氮［(CH3CH2)2NCS2Na·3H2O］。

电解添加剂有二氧化硫(SO2)和二氧化硒(SeO2)。

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+浓度，酌量加入MnO2，以使Fe2+氧化成Fe3+，反应1.5-2小时，检验Fe2+是否完全氧化。反应为：

MnO2+2Fe2++4H+←→2Fe3++Mn2++2H2O

再用NH3或NH4OH调整pH值到6.5以上，进行Fe3+离子的水解。反应为：

Fe3++3OH-←→Fe(OH)3↓

Fe3++3H2O←→Fe(OH)3↓+3H+

检验Fe3+离子完全水解后，趁热过滤。在滤液中检测(NH4)2SO4与重金属离子的含量后，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小时以上，充分沉淀后，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。

硫酸锰电解液的技术要求如表1-2所示。

表1-2 硫酸锰电解液的技术要求

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。

工业硫酸(H2SO4)质量指标应符合国家标准GB534-82。

硫酸铵［(NH4)2SO4］，质量指标应符合国家标准GB535-83。

液氨或氢氧化铵(NH3、NH4OH)质量指标应符合国家标准GB536-82(CO2含量不大于0.05g/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(NH4)2S溶液；

(2)福美钠［(CH3)2NCS2Na］简称SDD，含量大于88%；

(3)乙硫氮［(CH3CH2)2NCS2Na·3H2O］。

电解添加剂有二氧化硫(SO2)和二氧化硒(SeO2)。

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PbSb2；内通自来水，以降低槽液温度。

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

最佳阴极电流密度为350-420A/m2，提高阳极电流密度可减少MnO2的沉积，提高阳极电流效率，通常阳极电流密度确定为阴极电流密度的1.7-2倍。

若阴极液中的Mn2+浓度过高，容易产生Mn(OH)2沉淀；若Mn2+浓度过低，则会由于严重的浓差极化作用而降低电流效率。生产中Mn2+离子浓度以15-20g/L为宜，当pH 值、温度较低时，Mn2+浓度可高一些；当pH值、温度较高时，Mn2+浓度可低一些。

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)2沉淀，降低析氢过电位，降低电流效率，或使电解过程无法进行。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H2析出，pH迅速上升，Mn(OH)2沉淀大量生成；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)2结晶沉淀。电解温度以控制在35-40℃为宜。