CN102296323A - 两矿法生产电解金属锰制造系统 - Google Patents

两矿法生产电解金属锰制造系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种两矿法生产电解金属锰制造系统，为解决以氧化锰矿为原料生产电解金属锰的传统还原焙烧工艺对环境污染严重、成本高、工人的工作环境差等问题而设计。所述制造系统由制液单元，硫化除杂单元，净化单元和电解单元组成；其中，所述制液单元与所述硫化除杂单元的进液口相连接，所述硫化除杂单元的液体出液口与所述净化单元的进液口相连接，所述净化单元的出液口与所述电解单元进液口相连接。本发明成功的解决了生产过程中的净化除杂技术，电解生产的工艺技术稳定，生产流程短、节能环保、锰的金属回收率高。

Description

两矿法生产电解金属锰制造系统
技术领域
本发明涉及生产电解金属锰领域，尤其涉及一种两矿法生产电解金属锰制造系统。
背景技术
采用电解法生产金属锰，首先要制备含锰离子的水溶液，即制备硫酸锰溶液。主要方法有以下三种：一、碳酸锰矿直接用硫酸溶浸；二、二氧化锰矿高温还原焙烧成一氧化锰后再用硫酸溶浸；三、二氧化锰矿与硫铁矿混合，用浓硫酸进行高温硫酸化焙烧，再用水或稀酸溶浸。第一种方法虽制备硫酸锰溶液较为简单，但由于碳酸锰矿产资源有限，因而原料价格过高。而目前国内大部分规模生产企业的主导矿源为低品位的劣质锰矿(碳酸锰矿锰含量低于18％，二氧化锰矿锰含量低于20％)。由于二氧化锰在硫酸溶液中的难溶性，所以方法二和三都是通过高温焙烧获得可溶的一氧化锰，再用硫酸溶浸。采用高温焙烧的方法既投资大，能耗高，还污染严重。
其次，现阶段采用两矿法制液生产电解金属锰还存在除杂剂消耗高，成本难以控制以及锰的金属回收率较低等问题。
发明内容
为了克服上述的缺陷，本发明提供一种电解工艺技术稳定，生产成本低，锰的金属回收率高的两矿法生产电解金属锰制造系统。
为达到上述目的，本发明所述两矿法生产电解金属锰制造系统，所述制造系统由制液单元，硫化除杂单元，净化单元和电解单元组成；
其中，所述制液单元与所述硫化除杂单元的进液口相连接，所述硫化除杂单元的液体出液口与所述净化单元的进液口相连接，所述净化单元的出液口与所述电解单元进液口相连接。
进一步地，所述制液单元包括用于将锰矿制备成80～130目的锰矿粉的雷蒙磨机，将硫铁矿制备成80～130目的硫铁矿粉的雷蒙磨机，带有搅拌机的浸出槽，加热锅炉，温度控制装置和一次压滤装置；
其中，所述浸出槽设置在所述锰矿粉雷蒙磨机和所述硫铁矿粉雷蒙磨机的物料输出口的下方；
所述浸出槽内设有硫酸输入管，阳极液输入管以及氨水输入管；
所述加热锅炉的蒸汽输出口经设置在所述浸出槽上的蒸汽输入口与所述浸出槽的内腔相连通；
所述温度控制装置由温度感应探头和控制装置构成，所述温度感应探头伸入到所述浸出槽内，所述控制装置用于接收所述温度感应探头的感应信号，并向外输出控制信号，所述控制装置的控制信号输出端与所述加热锅炉的信号输入端相连接；
在所述浸出槽开口处设有一横梁，在所述横梁上设有所述搅拌机，所述搅拌机由电机，传动装置，桨叶和桨叶轴构成，所述的桨叶轴下端穿过所述横梁的中部伸入到所述浸出槽内，所述桨叶设置在所述桨叶轴的下端，所述桨叶轴的上端经传动装置与所述电机的动力输出端相连接，或经联轴器与所述电机的动力输出端相连接；
所述一次压滤装置设置在所述浸出槽口上方的一侧，所述一次压滤装置的进液口与所述浸出槽的出液口通过输送管道相连接，在所述输送管道上设置有增压矿浆泵。
进一步地，所述硫化除杂单元包括硫化池和二次压滤装置，所述硫化池进液口与所述一次压滤装置的出液口连接，所述硫化池出液口连接所述二次压滤装置进液口。
进一步地，所述净化单元包括净化池、深度净化池、沉清池及精压滤装置，所述二次压滤装置的出液口连接所述净化池进液口，所述净化池出液口连接所述深度净化池进液口，所述深度净化池出液口连接所述沉清池进液口，所述沉清池出液口连接所述精压滤装置进液口。
进一步地，所述电解单元包括电解槽，设置在所述电解槽内的阴极板和阳极板，所述电解槽进液口与所述精压滤装置出液口连接，所述电解槽由槽体、设置在所述槽体内底部的假底框构成，所述假底框上槽体内设置有至少一组隔膜框，所述槽体、隔膜框及假底框均由木质材质制成，所述每组隔膜框由两排纵向立置架及设置在所述两立置架之间底部的底框构成，所述底框由若干根横置杆间隔排列构成，所述隔膜框两立置架上间隔横置形状面积与其横截面相当的所述阳极板和所述阴极板，其中所述隔膜框两立置架两端及横置杆之间均设置所述阳极板，横置杆上设置所述阴极板，槽体两侧分别设有正、负导电电极，所述电极上对应所述阴极板和所述阳极板设有用于限定所述阴极板和所述阳极板各自位置的凹槽，所述槽体内两侧设置有蛇形金属冷却水管。
进一步地，所述传动装置由设置在所述桨叶轴上端的皮带轮，设置在所述电机上的皮带轮和设置在两皮带轮上的皮带构成。
进一步地，在所述硫化池和所述沉清池外设有用于翻搅其各自池内部液态介质的空气压缩机。
进一步地，所述硫化池出液口与所述二次压滤装置进液口，所述净化池出液口与深度净化池进液口以及沉清池出液口与所述精压滤装置之间分别设置有增压耐酸泵。
特别的，所述阴极板为不锈钢板，阳极板为铅、锑、锡、银四元合金材质制成。
进一步地，所述阳极板为网格状结构，所述阳极板与所述阴极板的有效面积之比为：0.6∶1.0。
上述的结构，将细度为80～130目的锰矿粉和硫铁矿粉投放到已进行搅拌的注满阳极液的浸出槽内，然后开始按投放的锰矿粉和硫铁矿粉的重量，加入适量的硫酸溶液，此时开启加热锅炉加热矿浆，当矿浆升温到90℃时，开始浸出2～4小时，浸出结束的矿浆需取样分析，并用氨水调节其PH值，然后往浸出槽内投入适量的锰矿粉进行搅拌氧化，氧化过程中需再取样分析，合格后再加入氨水调节矿浆的PH值，此时浸出液中生成Fe(OH)3的沉淀物。含有沉淀物Fe(OH)3的浸矿浆经一次压滤装置将沉淀物从溶液中分离，分离后的浸出液残存重金属杂质(Co、Ni、Zn、Cu等)的MnSO4溶液加硫化剂后进入硫化池内，通过空气压缩机将高压空气通入到硫化池内翻转搅拌MnSO4溶液，使其与加入的硫化剂充分反应产生重金属杂质(Co、Ni、Zn、Cu等)的硫化物沉淀，再经二次压滤装置将沉淀物从溶液中分离，分离后的滤液进入净化池内，并加入强氧化剂进行氧化反应使还原性杂质离子氧化成单质离子，氧化成单质离子后的溶液进入到沉清池内，并加入絮凝剂进行絮凝沉清，通过空气压缩机将高压空气通入到沉清池内搅拌其内部的溶液，搅拌后静置并经精滤装置将絮凝沉淀物从MnSO4溶液中分离完成净化，得到电解液。加入适量的电解添加剂的电解液进入到电解槽中进行电解析出金属锰。
本发明取消了原有生产过程中的还原焙烧作业，消除了焙烧烟气对环境毒害污染，改善了工人劳动条件。以低品位氧化锰矿和有色金属矿选矿尾矿(硫铁矿)为原料生产电解金属锰，生产成本低，生产流程短，锰的金属回收率高，经济环保。
附图说明
图1为本发明具体实施例的结构示意图；
图2为本发明的电解槽的槽体的结构示意图；
图3为本发明的电解槽的假底框的结构示意图；
图4为本发明的电解槽的隔膜框的结构示意图；
图5为本发明的电解槽的阳极板的结构示意图；
图6为本发明的电解槽的阴极板的结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细描述。
如图1所示所述两矿法生产电解金属锰制造系统，所述制造系统由制液单元40，硫化除杂单元41，净化单元42和电解单元43组成；
其中，制液单元40的出液口与所述硫化除杂单元41的进液口相连接，所述硫化除杂单元41的液体出液口与所述净化单42元的进液口相连接，所述净化单元42的出液口与所述电解单元43进液口相连接。
所述制液单元40包括用于将锰矿制备成80～130目的锰矿粉的雷蒙磨机1，将硫铁矿制备成80～130目的硫铁矿粉的雷蒙磨机2，带有搅拌机的浸出槽21，加热锅炉15，温度控制装置和一次压滤装置10；
其中，所述浸出槽21设置在所述锰矿粉雷蒙磨机1和所述硫铁矿粉雷蒙磨机2的物料输出口的下方；
所述浸出槽21内设有硫酸输入管7，阳极液输入管8以及氨水输入管9；
所述加热锅炉15的蒸汽输出口经设置在所述浸出槽21上的蒸汽输入口与所述浸出槽21的内腔相连通；
所述温度控制装置由温度感应探头17和控制装置16构成，所述温度感应探头17伸入到所述浸出槽21内，所述控制装置16用于接收所述温度感应探头17的感应信号，并向外输出控制信号，所述控制装置16的控制信号输出端与所述加热锅炉15的信号输入端相连接；
在所述浸出槽21开口处设有一横梁18，在所述横梁18上设有所述搅拌机，所述搅拌机由电机4，传动装置22，桨叶11和桨叶轴14构成，所述的桨叶轴14下端穿过所述横梁18的中部伸入到所述浸出槽21内，所述桨叶11设置在所述桨叶轴14的下端，所述桨叶轴14的上端经传动装置22与所述电机4的动力输出端相连接；所述传动装置22由设置在所述桨叶轴14上端的皮带轮6，设置在所述电机4上的皮带轮3和设置在两皮带轮3和6上的皮带5构成。
所述一次压滤装置10设置在所述浸出槽21口上方的一侧，所述一次压滤装置10的物料输入口与所述浸出槽21的物料输出口通过输送管道13相连接，在所述输送管道13上设置有增压矿浆泵12。
所述硫化除杂单元42包括硫化池25和二次压滤装置26，所述硫化池25进液口与所述一次压滤装置10的出液口连接，所述硫化池25出液口连接所述二次压滤装置26进液口。
所述净化单元43包括净化池28、深度净化池29、沉清池30及精压滤装置31，所述二次压滤装置26的出液口连接所述净化池28进液口，所述净化池28出液口连接所述深度净化池29进液口，所述深度净化池29出液口连接所述沉清池30进液口，所述沉清池30出液口连接所述精压滤装置31进液口。
如图2至图6所示，所述电解单元44包括电解槽32，设置在所述电解槽内的阴极板34和阳极板33，所述电解槽32进液口与所述精压滤装置31出液口连接，所述电解槽32由槽体44、设置在所述槽体内底部的假底框45构成，所述假底框45上槽体内设置有至少一组隔膜框46，所述槽体44、隔膜框46及假底框45均由木质材质制成，所述每组隔膜框46由两排纵向立置架及设置在所述两立置架之间底部的底框构成，所述底框由若干根横置杆间隔排列构成，所述隔膜框46两立置架上间隔横置形状面积与其横截面相当的所述阳极板33和所述阴极板34，其中所述隔膜框46两立置架两端及横置杆之间均设置所述阳极板33，横置杆上设置所述阴极板34，所述槽体44两侧分别设有正、负导电电极，所述电极上对应所述阴极板34和所述阳极板33设有用于限定所述阴极板34和所述阳极板33各自位置的凹槽，所述槽体44内两侧设置有蛇形金属冷却水管；所述阳极板为网格状结构，所述阳极板与所述阴极板的有效面积之比为：0.6∶1.0。。
如图1所示，在所述硫化池25和所述沉清池30外设有用于翻搅其各自池内部液态介质的空气压缩机39和36；所述硫化池25出液口与所述二次压滤装置26进液口，所述净化池28出液口与深度净化池29进液口以及沉清池30出液口与所述精压滤装置31之间分别设置有增压耐酸泵38，37和35。
本发明所述两矿法生产电解金属锰制造系统，采用的原料为低品位的氧化锰矿(含锰量为15～25％)，还原剂为硫铁矿(有色金属矿尾矿或原生硫铁矿)。氧化锰矿石经过制粉机5，本实施例选用3R、4R、5R型的雷蒙磨机为制粉机，锰矿粉和硫铁矿细度要求100％过80～130目筛孔。
在所述浸出槽21内注入阳极液，当阳极液没过所述搅拌装置的所述桨叶11后开始搅拌，然后开始按计量要求往所述浸出槽21内按质量比1∶0.3～0.5∶0.3～0.5投放锰矿粉，硫矿粉以及硫酸，投放好后，开始打开加热锅炉15为矿浆供热，使其温度达90℃，此时开始计算时间，要求的浸出时间为2～4小时。在物料浸出的过程中，多次检测浸出液中锰的含量，当锰的含量达到给定的浓度后，即浸出结束。
浸出过程属于极为复杂的多相化学反应，溶液中锰呈MnSO4，铁呈Fe2(SO4)3，其他杂质元素(Co、Ni、Zn、Cu等)生成相应的硫酸盐，其总反应式为：15MnO2+2FeS2+14H2SO4＝15MnSO4+Fe2(SO4)3+14H2O
MeO+H2SO4＝Me SO4+H2O
其中MeO为重金属(Co、Ni、Zn、Cu等)的氧化物。
浸出结束后，矿浆PH值为2.5～3.0，取样定性分析Fe2+离子，根据Fe2+含量情况，用氨水调整矿浆PH值为4.5～5.0，然后往所述浸出槽21中投入适量的锰矿粉进行氧化，搅拌氧化20～30分钟，取样定性分析Fe2+离子，直至Fe2+达到合格的要求；再用氨水调整矿浆PH值为6.0～6.5.此条件下浸出液中Fe2(SO4)3可完全水解生产Fe(OH)3，并沉淀于浸出渣中达到除铁的目的。
Fe2(SO4)3水解按下式反应进行：
Fe2(SO4)3+6H2O＝2Fe(OH)3+3H2SO4
在除铁的过程中，大部分金属离子也水解沉淀，杂质SiO2随同Fe(OH)3沉淀于浸出渣中。矿浆氧化中和除铁结束后，经所述一次压滤装置10，获得含铁合格的浸出液，滤渣送渣场堆存。
合格浸出液的质量要求：浸出经氧化中和除铁后溶液要求含锰量为38～42g/L，定性检测Fe2+离子为零。
浸出液经一次压滤装置10进入到所述一次压滤装置10的溜槽24中，此时滴入硫化氨液，当加入了硫化氨液的硫化液流到所述硫化池25内时，利用设置在所述硫化池25外的所述空气压缩机39对其内的液体进行风吹翻搅20～30分钟，在翻搅的过程中，取液分析重金属含量，当Co、Ni、Zn、Cu等定性分析合格后，硫化后液体经所述二次压滤装置11，获得含重金属合格的滤液，滤渣送渣场堆存。
合格的滤液的质量要求：含锰量为38～42g/L，含Co量应小于1mg/L，含Ni量应小于1mg/L，含Zn量应小于0.5mg/L，含Fe量应小于1mg/L，含Cu量应小于0.5mg/L，滤液的PH值为6.0～6.5。
滤液中含有还原性杂质离子，对电解作业有不良的影响，甚至会使电解无法正常生产，进而严重地影响了产品的质量。因此对滤液必须进行深度净化，除去还原性杂质离子，使其生成单质离子悬浮于溶液中。用于除去还原性杂质离子的净化剂可采用强氧化剂，如：二氧化锰粉、过硫酸铵、双氧水等，本实施例选择双氧水为最好净化剂。双氧水的加入量，依据滤液体积，按每立方米加入0.25～0.35公斤。
先将双氧水配置成20～40％浓度的水溶液，滴加在所述二次压滤装置26的溜槽27中，滴有双氧水的滤液流至所述净化池28，再流至所述深度净化池29内静置4小时，实际也可在同一个池中进行(即所述净化池28和所述深度净化池29为同一池)，使滤液充分氧化，使还原性杂质氧化成单质离子。
经充分氧化的溶液进入到所述沉清池30中，并加入絮凝剂。絮凝剂可选用硫酸铝，用量为0.1～0.15Kg/m3，(加入前需先将硫酸铝用水溶解成水溶液)。此时可开动所述空气压缩机36进行风吹翻搅4～5分钟，再静置24～48小时，静置后的液体经所述精滤装置31进行精密压滤，精滤的过程中加入适量的电解添加剂Se，具体的加入量为10～15mg/L。
合格的电解液的成分要求：含锰量为36～40g/L，含Co量应小于1mg/L，含Ni量应小于1mg/L，含Zn量应小于0.5～1mg/L，含S2-量应小于2mg/L，Fe2+定性合格。
合格的电解液进入所述电解槽32内进行电解析出金属锰。本发明的所述电解槽32用40mm厚的方木制成，内有木质假底，假底内空高170mm，所述电解槽32内空腔尺寸为长×宽×高为3800×710×920mm，所述电解槽32两内壁装有不锈钢管蛇形冷却水管，所述电解槽32内装有阴极板50块，阳极板51块，所述阴极板34和所述阳极板33交错放置，所述阳极板33为网格结构，所述阳极板33的有效面积与所述阴极板34的有效面积之比为0.6∶1.0。所述阴极板34为不锈钢板，所述阳极板33为铅、锑、锡和银的四元合金板。
两矿法生产电解金属锰制造系统，生产工艺成熟，技术先进可靠，产品质量高，尤其是产品含C、S杂质低。本发明所述制造系统与氧化锰矿生产电解锰的传统工艺相比，取消了还原焙烧作业，消除焙烧烟气对环境的污染，改善了工人的劳动条件，生产流程短。生产过程中对硫酸锰溶液进行了深度净化，消除了溶液中还原性杂质对电解过程的影响，从而实现了电解稳定，电解析出锰产品质量高。
其次，本发明所述两矿法生产电解金属锰制造系统，所采用的原料为低品位贫氧化锰矿和有色金属矿选矿的尾矿(硫铁矿)，这两种矿源广，价格低，生产成本低，并且本制造系统的锰金属回收率比传统工艺提高5％～7％。
以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种两矿法生产电解金属锰制造系统，其特征在于，所述制造系统由制液单元，硫化除杂单元，净化单元和电解单元组成；
其中，所述制液单元与所述硫化除杂单元的进液口相连接，所述硫化除杂单元的液体出液口与所述净化单元的进液口相连接，所述净化单元的出液口与所述电解单元进液口相连接。
2.根据权利要求1所述两矿法生产电解金属锰制造系统，其特征在于，所述制液单元包括用于将锰矿制备成80～130目的锰矿粉的雷蒙磨机，将硫铁矿制备成80～130目的硫铁矿粉的雷蒙磨机，带有搅拌机的浸出槽，加热锅炉，温度控制装置和一次压滤装置；
其中，所述浸出槽设置在所述锰矿粉雷蒙磨机和所述硫铁矿粉雷蒙磨机的物料输出口的下方；
所述浸出槽内设有硫酸输入管，阳极液输入管以及氨水输入管；
所述加热锅炉的蒸汽输出口经设置在所述浸出槽上的蒸汽输入口与所述浸出槽的内腔相连通；
所述温度控制装置由温度感应探头和控制装置构成，所述温度感应探头伸入到所述浸出槽内，所述控制装置用于接收所述温度感应探头的感应信号，并向外输出控制信号，所述控制装置的控制信号输出端与所述加热锅炉的信号输入端相连接；
在所述浸出槽开口处设有一横梁，在所述横梁上设有所述搅拌机，所述搅拌机由电机，传动装置，桨叶和桨叶轴构成，所述的桨叶轴下端穿过所述横梁的中部伸入到所述浸出槽内，所述桨叶设置在所述桨叶轴的下端，所述桨叶轴的上端经传动装置与所述电机的动力输出端相连接，或经联轴器与所述电机的动力输出端相连接；
所述一次压滤装置设置在所述浸出槽口上方的一侧，所述一次压滤装置的进液口与所述浸出槽的出液口通过输送管道相连接，在所述输送管道上设置有增压矿浆泵。
3.根据权利要求1所述两矿法生产电解金属锰制造系统，其特征在于，所述硫化除杂单元包括硫化池和二次压滤装置，所述硫化池进液口与所述一次压滤装置的出液口连接，所述硫化池出液口连接所述二次压滤装置进液口。
4.根据权利要求1所述两矿法生产电解金属锰制造系统，其特征在于，所述净化单元包括净化池、深度净化池、沉清池及精压滤装置，所述二次压滤装置的出液口连接所述净化池进液口，所述净化池出液口连接所述深度净化池进液口，所述深度净化池出液口连接所述沉清池进液口，所述沉清池出液口连接所述精压滤装置进液口。
5.根据权利要求1所述两矿法生产电解金属锰制造系统，其特征在于，所述电解单元包括电解槽，设置在所述电解槽内的阴极板和阳极板，所述电解槽进液口与所述精压滤装置出液口连接，所述电解槽由槽体、设置在所述槽体内底部的假底和阳极框构成，所述假底框上槽体内设置有至少一组隔膜框，所述槽体、隔膜框及假底框均由木质材质制成，所述每组隔膜框由两排纵向立置架及设置在所述两立置架之间底部的底框构成，所述底框由若干根横置杆间隔排列构成，所述隔膜框两立置架上间隔横置形状面积与其横截面相当的所述阳极板和所述阴极板，其中所述隔膜框两立置架两端及横置杆之间均设置所述阳极板，横置杆上设置所述阴极板，槽体两侧分别设有正、负导电电极，所述电极上对应所述阴极板和所述阳极板设有用于限定所述阴极板和所述阳极板各自位置的凹槽，所述槽体内两侧设置有蛇形金属冷却水管。
6.根据权利要求2所述两矿法生产电解金属锰的制造系统，其特征在于，所述传动装置由设置在所述桨叶轴上端的皮带轮，设置在所述电机上的皮带轮和设置在两皮带轮上的皮带构成。
7.根据权利要求3或4所述两矿法生产电解金属锰制造系统，其特征在于，在所述硫化池和所述沉清池外设有用于翻搅其各自池内部液态介质的空气压缩机。
8.根据权利要求3或4所述两矿法生产电解金属锰制造系统，其特征在于，所述硫化池出液口与所述二次压滤装置进液口，所述净化池出液口与深度净化池进液口以及沉清池出液口与所述精压滤装置之间分别设置有增压耐酸泵。
9.根据权利要求5所述两矿法生产电解金属锰制造系统，其特征在于，所述阴极板为不锈钢板，阳极面板为铅、锑、锡、银四元合金材质制成。
10.根据权利要求5所述两矿法生产电解金属锰制造系统，其特征在于，所述阳极板为网格状结构，所述阳极板与所述阴极板的有效面积之比为：0.6∶1.0。
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