CN101787546A - 由钛白废酸制取电解金属锰的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及由钛白废酸制取电解金属锰的方法,属于冶金化学领域。本发明所解决的技术问题是提供了一种生产成本更低的由钛白废酸制取电解金属锰的方法。本发明方法包括如下步骤:a、浸出:将含有二氧化锰的锰矿、硫铁矿和钛白废酸加入反应容器中,加热至温度为90~100℃进行反应,反应过程中加适量水弥补蒸发的水量,当溶液的pH值为1.5~2时,加入CaCO3中和溶液pH值至4.8~5.2,再加入氨水调节pH值至6.2~6.4;b、过滤:a步骤的反应产物过滤得到滤液和滤渣;c、净化除重金属:b步骤所得滤液加硫化盐除去重金属,过滤,滤液静置24~48h后再精滤,得到符合电解要求的滤液;d、电解,得到金属锰和含硫酸的废电解液即阳极液。

Description

由钛白废酸制取电解金属锰的方法
技术领域
本发明涉及由钛白废酸制取电解金属锰的方法,属于冶金化学领域。
背景技术
钛白废酸是用硫酸法生产钛白粉所产生的废弃物,每生产1吨钛白粉即会排出含20%硫酸、15~25%硫酸亚铁的废酸8~10吨。这些废酸需中和处理后才能排放,这样就导致钛白粉生产厂家环保压力非常大,生产成本大幅增加。另一方面用两矿法生产电解锰需要大量的硫酸,若能把两者结合,不仅解决了环保问题,其经济效益也相当可观。
目前,有采用钛白废酸取代硫酸制取金属锰的相关报道。如:申请号为CN200810031246.X,发明名称为“钛白废酸在锰行业的回收利用方法”的专利申请公开的方法为:以碳酸锰粉为原料,加入钛白废酸进行反应,钛白废酸中的二价铁离子再加入二氧化锰矿和碳酸钙进行氧化中和除铁。该工艺虽然废酸得到有效利用,但锰总体回收率不高,工序较多,设备投资大。又如:申请号为CN200410045058.4,发明名称为“利用钛白废酸和二氧化锰矿制取电解金属锰的方法”的专利申请公开的方法为:该方法以二氧化锰矿为原料,硫铁矿为还原剂,用钛白废酸取代硫酸制取电解金属锰并副产碳酸锰和硫酸铵。虽然此法生产技术较为成熟,但其浸出反应时加入了大量阳极液,液固比较高(液固比为6∶1以上),能耗高,另外,阳极液中和需加入大量的氨水及碳酸氢氨,还需进一步浓缩蒸铵,进一步增加了能耗,导致整个工艺成本偏高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种生产成本更低的由钛白废酸制取电解金属锰的方法。
本发明由钛白废酸制取电解金属锰的方法包括如下步骤:
a、浸出:将含有二氧化锰的锰矿、硫铁矿和钛白废酸加入反应容器中,加热至温度为90~100℃进行反应,反应过程中加适量水弥补蒸发的水量,当溶液的pH值为1.5~2时,加入CaCO3(为节约成本,可用石灰石代替)中和溶液pH值至4.8~5.2,再加入氨水调节pH值至6.2~6.4;其中,含有二氧化锰的锰矿和硫铁矿的重量比为1∶0.1~0.4,钛白废酸与含有二氧化锰的锰矿的重量比为2.5~3∶1;
b、过滤:a步骤的反应产物过滤得到滤液和滤渣(滤渣可作为水泥厂或砖厂的原料);
c、净化除重金属:b步骤所得滤液加福美钠除去重金属,过滤,滤液静置24~48h后再精滤,得到符合电解要求的滤液;
d、电解:c步骤所得符合电解要求的滤液进行电解(按常规电解金属锰的方法电解即可),得到金属锰和含硫酸的废电解液即阳极液(电解时阴极上析出金属锰,阳极上放出氧气,同时产生含硫酸和锰离子的废电解液)。
上述a步骤的浸出反应,如果液固比过高,则会增加能耗,从而提高生产成本;如果液固比过低,则难以使锰充分浸出,不仅浪费锰资源,由于未充分利用锰矿(锰矿价格较贵),也会增加生产成本。上述a步骤中的钛白废酸与含有二氧化锰的锰矿和硫铁矿的液固比为2.5~3∶1.1~1.4,这样既可以确保浸出反应时锰的浸出率达到95%以上,又能保证能耗控制在较低水平,从而降低生产成本。
上述a步骤含有二氧化锰的锰矿、硫铁矿和钛白废酸进行反应的化学反应式为:
15MnO2+2FeS2+14H2SO4=15MnSO4+Fe2(SO4)3+14H2O
MnO2+2FeSO4+2H2SO4=2MnSO4+Fe2(SO4)3+2H2O
上述a步骤中所述的含有二氧化锰的锰矿可以是常规的锰矿,如:软锰矿、水锰矿等。
上述a步骤加入CaCO3和氨水调节pH值的目的是为了除去溶液中的铁离子,其化学反应式为:
3Fe2(SO4)3+6H2O=6Fe(OH)SO4+3H2SO4
4Fe(OH)SO4+4H2O=2Fe2(OH)4SO4+2H2O
2Fe(OH)SO4+2Fe2(OH)4SO4+(NH4)2SO4+2H2O=(NH4)2Fe6(OH)12↓+H2SO4
CaCO3+H2SO4+H2O=CaSO4.2H2O
Fe3++3H2O=Fe(OH)3↓+3H+
上述c步骤用福美钠(S.D.D)除重金属的反应式为:
NiSO4+RS=RSO4+NiS↓
CoSO4+RS=RSO4+CoS↓
CuSO4+RS=RSO4+CuS↓
ZnSO4+RS=RSO4+ZnS↓
进一步的,为了充分利用锰资源,并提高金属锰的回收率,上述b步骤所得滤渣还经过二次洗涤,第一次洗涤所得洗涤液(锰离子浓度相对较高)与滤液合并进入c步骤净化除重金属;第二次洗涤所得洗涤液(锰离子浓度相对较低,为15g/L左右)用生石灰中和处理,得到石灰渣返回a步骤除铁用,洗涤后的滤渣可作为水泥厂或砖厂的原料。生石灰中和处理的化学反应式为:
CaO+H2SO4=CaSO4+H2O
M2++2H2O=Mn(OH)2↓+2H+
进一步的,d步骤电解所得阳极液中还含有部分锰离子,为了充分利用锰资源,并提高金属锰的回收率,同时为了提高除铁效率(使铁更容易以黄钾铁铵沉淀的方式除去),上述d步骤所得阳极液一部分返回a步骤用作浸出反应过程中的补加水弥补蒸发的水量。另一部分阳极液用CaCO3中和溶液pH值至5.8~6.2(反应式为:CaCO3+H2SO4+H2O=CaSO4.2H2O),过滤,得到滤渣和滤液,所得滤液一部分返回b步骤洗涤滤渣,另一部分进行稀释至锰离子浓度为35~40g/L,然后与c步骤所得符合电解要求的滤液合并,再进入d步骤电解。其中,另一部分阳极液用CaCO3中和溶液pH值至5.8~6.2,过滤,所得滤渣还用水洗涤,洗涤后的渣即为石膏产品(石膏CaSO4.2H2O的含量≥95%),洗涤液返回b步骤洗涤用。
本发明具有如下有益效果:
(1)液固比低,蒸汽消耗量较少,大幅降低能耗(能耗可以降低30%以上),降低了生产成本。
(2)本发明方法采用石灰石中和除铁,所产生的废渣可作为水泥厂或砖厂的原料,使废物得到利用,又不会污染环境。
(3)本发明方法中部分阳极液返回浸出使用,使铁更容易以黄钾铁铵沉淀的方式除去,过滤效果较好,工艺可行、稳定。
(4)本发明方法中的阳极液采用石灰石中和处理方式,一方面阳极液分离游离酸后就近循环(净化工序),避免了阳极液中铵、硒、锰等离子到处分散消耗、污染后重新净化增加成本及占用大量的设备空间等弊端。另一方面在分离阳极液游离酸过程中产生的优质石膏可作为水泥助凝剂,可提高电解锰项目附加值,降低成本。
(5)本发明方法为电解锰的制取提供了一种新的途径,具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述,并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例采用本发明方法制取电解金属锰
1.将11kg软锰矿(含锰39.03%)、3kg硫铁矿(含硫41%)、30L钛白废酸(含硫酸20%,铁30g/L)放入化合槽中进行反应,反应过程补加30L阳极液以弥补蒸发的水量,维持液固比平衡,当反应PH值到1.5~2时,加入4kg石灰石粉(含钙31%)中和pH值至5.0,再加入400mL稀氨水(含氨8%)调节pH值至6.2~6.4。浸出加热采用蒸汽直接加热方式,浸出温度为95℃(经测定,锰浸出率为95.2%)。
2.反应结束后,热态下使用压滤机进行压滤,滤液进入净化除重金属步骤;滤渣用水直接滤洗两次,一次洗水也进入净化除重金属步骤;二次洗水40L含锰15g/L,加入2kg生石灰中和处理,石灰渣返回除铁用;渣经两次滤洗后水分含量为25%,含锰3%。
3.滤液和一次洗涤水混合后体积为40L,含锰97g/L,加0.3kg福美钠用硫化沉淀法除去重金属,过滤后静置40h后精滤,合格滤液进入电解工序。
4.电解产生130L阳极液(含锰15g/L),30L返回浸出;其余部分加入7kg石灰石粉进行中和处理,调节pH值至6.0,过滤,滤液一部分(10L)返回步骤2作为洗涤滤渣,其余部分(90L)返回净化除重金属步骤,稀释锰离子的浓度,使锰离子浓度控制在35~40g/L,达到电解要求;渣用40L水直接滤洗一次,洗水可返回步骤2作为工艺水直接滤洗用,滤洗后的渣即石膏产品(CaSO4.2H2O含量≥95%)为8.8Kg。
采用200410045058.4的专利申请的方法进行对比试验,采用本发明方法制取相同重量的金属锰,其能耗节约30%。

Claims (4)

1.由钛白废酸制取电解金属锰的方法,其特征在于包括如下步骤:
a、浸出:将含有二氧化锰的锰矿、硫铁矿和钛白废酸加入反应容器中,加热至温度为90~100℃进行反应,反应过程中加适量水弥补蒸发的水量,当溶液的pH值为1.5~2时,加入CaCO3中和溶液pH值至4.8~5.2,再加入氨水调节pH值至6.2~6.4;其中,含有二氧化锰的锰矿和硫铁矿的重量比为1∶0.1~0.4,钛白废酸与含有二氧化锰的锰矿的重量比为2.5~3∶1;
b、过滤:a步骤的反应产物过滤得到滤液和滤渣;
c、净化除重金属:b步骤所得滤液加硫化盐除去重金属,过滤,滤液静置24~48h后再精滤,得到符合电解要求的滤液;其中,所述的硫化盐为福美钠、硫氢化钠、硫化钠、硫化铵或硫化钡;
d、电解:c步骤所得符合电解要求的滤液进行电解,得到金属锰和含硫酸的废电解液即阳极液。
2.根据权利要求1所述的由钛白废酸制取电解金属锰的方法,其特征在于:b步骤所得滤渣还经过二次洗涤,第一次洗涤所得洗涤液与滤液合并进入c步骤净化除重金属;第二次洗涤所得洗涤液用生石灰中和处理,得到石灰渣返回a步骤代替部分CaCO3中和溶液。
3.根据权利要求1所述的由钛白废酸制取电解金属锰的方法,其特征在于:d步骤所得阳极液一部分返回a步骤用于浸出反应时弥补蒸发的水量;另一部分阳极液用CaCO3中和溶液pH值至5.8~6.2,过滤,得到滤渣和滤液,所得滤液一部分返回b步骤洗涤滤渣,另一部分进行稀释至锰离子浓度为35~40g/L,然后与c步骤所得符合电解要求的滤液合并,再进入d步骤电解。
4.根据权利要求1所述的由钛白废酸制取电解金属锰的方法,其特征在于:另一部分阳极液用CaCO3中和溶液pH值至5.8~6.2,过滤,所得滤渣还用水洗涤,洗涤后的渣即为石膏产品,洗涤液返回b步骤洗涤用。
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