CN101748429B - 一种提高电流效率和防结晶的金属锰电解槽 - Google Patents

Abstract

一种提高电流效率和防结晶的金属锰电解槽。它包括槽体、位于该槽体底部的阳极泥室、在该阳极泥室上方通过隔膜袋隔开的阳极室和阴极室、位于该阴极室内以控制其阴极液温度的循环水冷凝管、与合格液贮存池联通的合格液供液管。本发明的合格液供液管是其前部分带有若干供液孔的多孔合格液供液管，其带有供液孔的部分从阴极室的一侧到另一侧被埋入在阴极液中，这些供液孔的孔径为0.5～2.5mm，各供液孔的中心距为4.5～12cm。本发明具有结构简单、简化操作，既能提高电流效率(提高了2.5～3.0个百分点)、又能够防止合格液在供液管内结晶的优点。

Description

一种提高电流效率和防结晶的金属锰电解槽

技术领域

本发明涉及电解金属锰所用的电解槽。

背景技术

金属锰(Mn)不但是生产不锈钢，高强度的合金钢和铜、铝等有色金属合金的重要原料，而且在医药、化工领域中也有广泛用途，目前大多采用电解的方法来生产高纯金属锰。其生产过程是：制备出合格的硫酸锰(MnSO₄)溶液以作为电解液(业内习称“合格液”)→在该合格液加入电解添加剂二氧化硒(SeO₂)→在电解槽中对添加有二氧化硒的硫酸锰溶液进行电解→得到沉积在阴极板上的电解金属锰→把带有电解金属锰的阴极板取出，进行钝化、冲洗、烘干→从该阴极板上剥离下电解金属锰片。其电解装置是金属锰电解槽，在该金属锰电解槽中有通过隔膜分开的阳极室和阴极室等。金属锰的电解过程是放热反应，因此在金属锰电解槽内设置有循环水冷凝管以把其反应温度控制在40℃左右；在电解生成金属锰的过程中，其阴极室内的阴极液中二价锰离子(Mn⁺²)的浓度越来越低，于是就必须设置合格液供液管，并通过它不断地向阴极室内的阴极液中补充合格液。现有补充合格液的方法及相应结构(参考图1)是把合格液供液管的供液口设置在阴极室内的阴极液液面的上方(当然距其液面较近)。从保证不断补充合格液，以使电解过程能连续进行的角度看，的确满足了生产要求。然而，现有这种补充合格液的方法及相应结构，却容易产生浓差极化和温度极化，从而降低了电解过程的电流效率；并且，合格液从合格液供液管口流出与空气接触降温后会出现合格液结晶的现象，进而堵塞合格液供液管，这样一来，就给工人操作增加了负担，同时也增大了电解金属锰的人工成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种在金属锰电解过程中既能够提高电流效率、又能够防止合格液在供液管内结晶的金属锰电解槽。

实现所述目的之方案，是这样一种提高电流效率和防结晶的金属锰电解槽。它与现有技术相同的方面是，该金属锰电解槽包括槽体、位于该槽体底部的阳极泥室、在该阳极泥室上方通过隔膜袋隔开的阳极室和阴极室、位于该阴极室内以控制其阴极液温度的循环水冷凝管、与合格液贮存池连通的合格液供液管。其改进之处是，本发明的合格液供液管是其前部分带有若干浸没在阴极液内的供液孔的多孔合格液供液管，其带有供液孔的部分从阴极室的一侧到另一侧被埋入在阴极液中，这些供液孔的孔径为0.5～2.5mm，各供液孔的中心距为4.5～12cm。

从方案中可以看出，在本发明把现有技术中位于阴极液液面的上方的，与其合格液供液管的管径相同的一个供液口，改为全部埋入阴极液内，并通过若干个小于合格液供液管管径的供液孔来进行供液的，也即把现有技术敞开式集中供液，改进为埋入式分散供液了，极大地减小了阴极液的浓差极化和温度极化，从而取得了提高电流效率的效果。如背景技术中所介绍的，金属锰的电解过程是控制在40℃左右进行的，于是，所有埋入阴极液内的供液孔及其对应的多孔合格液供液管的前部分，其温度也自然地被控制在40℃左右，这样一来，就避免了现有技术中的合格液从合格液供液管口流出与空气接触降温后会出现合格液结晶的现象，堵塞问题也自然被克服了，既减轻了操作工人负担，同时也降低了电解金属锰的人工成本。

简言之，本发明具有结构简单、简化操作，既能提高电流效率、又能够防止合格液在供液管内结晶的优点。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1——现有金属锰电解槽的结构示意图(附图标记6为现有技术中的合格液供液管)

图2——本发明金属锰电解槽的结构示意图(为清楚显示出供液孔7，故未严格按照其孔径与各供液孔7中心距的比例关系绘制)

图3——图2中I区域的局部放大、剖视图

具体实施方式

一种提高电流效率和防结晶的金属锰电解槽(对比、参考图1、2、3)。该金属锰电解槽包括槽体、位于该槽体底部的阳极泥室1、在该阳极泥室1上方通过隔膜袋隔开的阳极室2和阴极室3、位于该阴极室3内以控制其阴极液温度的循环水冷凝管4、与合格液贮存池5连通的合格液供液管(特别说明：由于本发明的区别特征在于对合格液供液管的改进，所以，为图幅清晰，与本改进无关或不影响对改进内容理解的金属锰电解槽的其余结构，均省略未画，例如：阳极液溢流口、隔膜袋支架、阴极板和阳极板等均省略绘制了)。在本发明中，合格液供液管是其前部分带有若干浸没在阴极液内的供液孔7的多孔合格液供液管6′，其带有供液孔7的部分从阴极室3的一侧到另一侧被埋入在阴极液中，这些供液孔7的孔径为0.5～2.5mm，各供液孔7的中心距为4.5～12cm。

至此，本领域技术人员结合对本发明优越性的理解，已经完全能够实现本发明，并根据其他方面的不同要求和具体的金属锰电解槽，提出在实质上与本发明相同的技术方案。

进一步讲，为利于固定与简化结构，在本具体实施方式中，所述多孔合格液供液管6′被埋入阴极液中的部分，是固定在循环水冷凝管4上的(本领域技术人员清楚，在这种情况下，应避免循环水冷凝管4挡住、甚至堵住了供液孔7。通常，以供液孔7背对循环水冷凝管4最可靠)。

本领域技术人员清楚，供液孔7的孔径和各供液孔7的中心距，应当在改进前后的正常供液量基本不变的情况下来确定，通常，该供液孔7的孔径为1～2mm，各供液孔7的中心距为6～10cm较好。

显然，本发明仍然是利用合格液贮存池5中合格液的自重来进行供液的。为保证正常供液并取得本发明的有益效果，应当把合格液贮存池5下方的调节阀8的开度开大，也可以适当提高合格液贮存池5的高度；在必要时，还可以用适度加大多孔合格液供液管6′的管径和/或加压的方式与结构(由于显见，图中未画)来保证正常供液。

同样显然的是，运用本发明的金属锰电解槽来进行电解的化学反应步骤，与现有技术方法的步骤相同，也即早已被本领域技术人员所熟知。因此，在介绍本发明的验证过程时，其步骤与相应工艺条件均省略。仅选择其中的合格硫酸锰(MnSO₄)与电解添加剂二氧化硒(SeO₂)的不同比例来进行对比验证。验证方法是，在每一个电解周期后计算电流效率。

电流效率的计算公式为

$\mathrm{\η}=\frac{m_t-m_0}{\mathrm{qIt}}\×100\%$

式中：η-电流效率(％)；m₀-阴极板的质量(g)；m_t-电沉积上锰的阴极板的质量(g)；I-平均电流强度(A)；t-电解时间(h)；q-锰的电化学当量(1.025g/A·h)。

对比试验中，合格液使用现有的供液方式的结构。对比实验的电流效率为70％～75％。

对比、验证例表

对比、验证例	1	2	3	4	5	6	7	8
									SeO2∶MnSO4(g/L)	0.02	0.02	0.25	0.25	0.02	0.03	0.25	0.03
现有电流效率(％)	70.0	75.0	74.0	74.2	73.5	74.2	73.8	75.0
									本发明电流效率(％)	73.0	78.0	76.5	76.6	75.9	77.0	76.4	77.9

在验证中，根据验证用的金属锰电解槽的槽体容量和其他条件，供液孔7的孔径分别选择了1mm、1.5mm和2.5mm三种，各供液孔7的中心距对应选择了6cm、8cm和10cm三种。

上述对比、验证例说明，由本发明装置来电解金属锰时，其电流效率比现有装置的电解电流效率提高了2.5～3.0个百分点。在本发明的多孔合格液供液管6′的各供液孔7处，均未发现结晶现象。

Claims (3)

1.一种提高电流效率和防结晶的金属锰电解槽，该金属锰电解槽包括槽体、位于该槽体底部的阳极泥室(1)、在该阳极泥室(1)上方通过隔膜袋隔开的阳极室(2)和阴极室(3)、位于该阴极室(3)内以控制其阴极液温度的循环水冷凝管(4)、与合格液贮存池(5)连通的合格液供液管，其特征在于：所述合格液供液管是其前部分带有若干浸没在阴极液内的供液孔(7)的多孔合格液供液管(6′)，其带有供液孔(7)的部分从所述阴极室(3)的一侧到另一侧被埋入在阴极液中，这些供液孔(7)的孔径为0.5～2.5mm，各供液孔(7)的中心距为4.5～12cm。

2.根据权利要求1所述提高电流效率和防结晶的金属锰电解槽，其特征在于，所述多孔合格液供液管(6′)被埋入阴极液中的部分，固定在所述循环水冷凝管(4)上。

3.根据权利要求1或2所述提高电流效率和防结晶的金属锰电解槽，其特征在于：所述供液孔(7)的孔径为1～2mm，各供液孔(7)的中心距为6～10cm。

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