CN103710533B - 一种生产电解金属锰的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用高铁高磷锰矿制备电解金属锰的方法，包括下列步骤：将高磷高铁锰矿和黄铁矿分别球磨成粉后按比例混合进行硫酸化焙烧；以水为浸出剂对所述经过硫酸化焙烧的混合物进行浸出得到硫酸锰溶液；对所述硫酸锰溶液进行除杂得到硫酸锰电解液；在所述硫酸锰电解液中加入电解添加剂，同时向溶液中加入铵盐作缓冲剂；将所述电解液放入电解槽，通直流电并保持恒温后，产生电析作用，在阴极上析出金属锰；对所述析出金属锰进行钝化、水洗、烘干、剥离等处理，获得电解金属锰产品。本发明具有工艺流程短，能耗低，对环境污染小，将适合高铁高磷等贫锰矿的开发和应用。
Description
技术领域
本发明涉及生产电解金属锰的方法，具体为利用低品位软锰矿制备电解金属锰的方法。
背景技术
目前，国内和国际一般采用两种工艺方法对锰进行深加工处理：一是对于有害杂质（如磷、硫）低的富矿石可直接采用火法冶炼工艺生产锰系合金产品；二是对于大部分碳酸锰和部分氧化锰矿，一般采用湿法冶金技术生产锰的系列盐类产品。然而，随着对锰矿资源的逐年开采，高品味、低杂质的优质锰矿日益枯竭。现有的高铁高磷锰矿、软锰矿等低品位锰矿是一种典型的含杂量高难处理复杂锰矿，一方面，由于其含有大量的磷而不能采用火法生产锰系合金产品，另一方面，当以这种锰矿为原料，采用现有湿法冶金技术生产锰盐系列产品时，由于在硫酸浸出时需要使用大量硫酸，使锰浸出渣呈现酸性而无法排放，企业含酸废液的渗漏对土壤和地下水资源造成了严重污染，同时矿石中有大量的铁质增加了溶液净化的负担，也影响了产品质量，以现有的锰矿湿法冶金技术，锰加工企业均不愿采用这类矿石作为原料。因此，该类低品位锰矿得不到有效利用。
发明内容
针对上述现有技术的缺点，本发明提供一种绿色环保且高效的利用软锰矿生产电解金属锰的方法。
本发明解决上述技术问题采用以下技术方案：一种生产电解金属锰的方法，其采用下列步骤：
（1）将软锰矿和黄铁矿粉粒按比例混合后，分别均重装入数个通有气体的反应管中，所有反应管置于炉膛中进行焙烧；
（2）将每个反应管焙烧后的混合物一并通入水池中，以水为浸出剂进行一级浸出，得到一级硫酸锰浸出液；
（3）将水池中的一级浸出液的上层部分液体导入储液罐中，下层部分液体导入浸出池；
（4）在浸出池中以硫酸为浸出剂对下层部分液体进行二级浸出，得到二级硫酸锰浸出液，并将全部二级浸出液导入所述储液罐中；
（5）对储液罐中的浸出液进行除杂，得到硫酸锰电解液。
（6）在硫酸锰电解液中加入电解添加剂和缓冲剂，使溶液的pH=7；
（7）将步骤（6）的溶液倒入电解槽，在电解槽内以不锈钢为阴极板、铅锡银锑四元合金为阳极板对溶液进行恒温电解，得到电解金属锰。
作为优选，步骤（1）中锰矿与黄铁矿磨成粉粒的粒径均为150目～250目，锰矿与黄铁矿的混合摩尔比为1:2～4。
作为优选，步骤（1）中的焙烧为恒温焙烧，焙烧温度为500℃～700℃，焙烧时间为3～4小时。
作为优选，步骤（2）中混合物与水的质量比为1:5～6，一级浸出时间为1.5～2.5小时。
作为优选，浸出池中导入的下层部分液体与硫酸的质量比为1:0.05～0.07，二级浸出时间为1～1.5小时。
作为优选，步骤（5）中的除杂依次采用加入硫化钡的预处理、加入福美钠的一段净化、加入高锰酸钾的二段净化、加入活性碳的三段净化工艺。
作为优选，步骤（6）中的电解添加剂为二氧化硒，每升电解液加入二氧化硒为0.04～0.06g。
作为优选，步骤（6）中的缓冲剂为硫酸铵，每升电解液加入硫酸铵为130g。
作为优选，所述电解槽用纤维织物半透膜均分为两个对称的阳极区和一个阴极区，两个阳极区底部联通，阴极区设有所述阴极板，阳极区设有所述阳极板，阴极板长度为阳极板长度的90%。
作为优选，步骤（7）的电解采用电流密度为360A/m2的直流电，恒温为38℃～45℃。
本发明与现有技术相比具有如下优点：一是以水为浸出剂进行选择性浸出，其在提高锰的提取率的同时，能有效抑制磷、铁的浸出，防止杂质进入溶液，提高了后续产品的质量；二是绿色无污染：采用硫酸化焙烧工艺，以水作为浸出剂进行一级浸出，以少量的硫酸作为浸出剂进行二级浸出，不仅避免了传统工艺中使用大量的硫酸对锰矿中其他有害杂质进入溶液，大大减轻后续作业中对硫酸锰溶液的净化负担，提高了硫酸锰电解液的质量；而且提高了浸出率；三是本发明可以低品位的软锰矿等为原料，一定程度解决了硫酸锰溶液生产企业对紧缺的碳酸锰矿的依赖问题；四是电解液中加入电解添加剂二氧化硒促使金属锰晶型转变、抗氧化性增强、改善沉积锰的质量、增强对杂质元素的容忍能力、抑制阳极泥的生成和提高了电解效率；六是阴阳电解板的大小和形状的设计使阳极板的有效面积为阴极板有效面积的55%～60%，这样能提高阴极板上电流密度从而有利于降低阳极析氧过电位，产生较少的阳极泥，同时也减少了电解中锰沉积德边缘效应。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图；
图2是本发明电解设备示意图。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本发明做详细说明：
参考图1，本发明生产电解金属锰的方法采用下列步骤：
（1）将软锰矿和黄铁矿粉粒按比例混合后，分别均重装入数个通有气体的反应管中，所有反应管置于炉膛中进行隔焰焙烧，粉末和火焰不接触，有利锰矿粉还原且不会扬尘，烟气中不含矿粉，达到环保排放要求；一般地，软锰矿与黄铁矿磨成粉粒的粒径均为150目～250目，目数过大或过小均不利于焙烧；锰矿与黄铁矿的混合摩尔比为1:2～4为宜，焙烧为恒温焙烧，焙烧温度为500℃～700℃，焙烧时间为3～4小时。
（2）将每个反应管焙烧后的混合物一并通入水池中，以水为浸出剂进行一级浸出，得到一级硫酸锰浸出液；由于采用高温焙烧，在熟料出炉时仍保持较高温度，直接将其通入清水中即可以达到较高温度进行浸矿，所以不需要外加蒸提高浸矿速率。
（3）将水池中的一级浸出液的上层部分液体导入储液罐中，下层部分液体导入浸出池；随着反应的进行，大部分上层液体浸矿已基本完成，由于没有外加蒸气，温度会慢慢下降，特别是下层的一部分液体反应较慢，甚至有杂质，因此须对少部分下层液体继续进行浸出，可提高了浸出率。一般地，混合物与水的质量比为1:5～6，一级浸出时间为1.5～2.5小时。
（4）在浸出池中以硫酸为浸出剂对下层部分液体进行二级浸出，得到二级硫酸锰浸出液，并将全部二级浸出液导入所述储液罐中，这样提高浸出率；浸出池中导入的下层部分液体与硫酸的质量比为1:0.05～0.07，二级浸出时间为1～1.5小时。由于加入硫酸量极少，一方面不会造成含酸废液，另一方面在后续的电解中，无需再加入硫酸调节pH值。
（5）对储液罐中的浸出液进行除杂，得到硫酸锰电解液；本发明依次采用加入硫化钡的预处理、加入福美钠的一段净化、加入高锰酸钾的二段净化、加入活性碳的三段净化工艺。
（6）在硫酸锰电解液中加入电解添加剂和缓冲剂，每升电解液加入二氧化硒为0.04～0.06g，每升电解液加入硫酸铵为130g；同时，可加入氨水使溶液的pH=7；
（7）将步骤（6）的溶液倒入电解槽，在电解槽内以不锈钢为阴极板、铅锡银锑四元合金为阳极板对溶液进行恒温电解，得到电解金属锰；在所述电解槽用纤维织物半透膜均分为两个对称的阳极区和一个阴极区，两个阳极区底部联通，阴极区设有所述阴极板，阳极区设有所述阳极板，阴极板长度为阳极板长度的90%；作为优选，电解采用电流密度为360A/m2的直流电，恒温为38℃～45℃。
实施例1：
将软锰矿和黄铁矿分别放入球磨机中球磨，分别筛分得到粒径为150目的矿粉；将软锰矿粉和黄铁矿粉以1:2的摩尔比混合，并均重装入4个通有气体的反应管中，所有反应管置于炉膛中进行隔焰恒温焙烧，焙烧温度为500℃，焙烧时间为3小时。将焙烧好的熟料导入水池中，按质量比1:5加入清水浸矿。浸出1.5小时后，将7/8的上层液体通入储液罐，下层液体倒入浸出池，并按照1:0.05的质量比加入硫酸，并持续搅拌。1.5小时后，将二级浸出液导入储液罐与一级浸出液混合，并对储液罐内的浸出液进行全元素分析，浸出液为含有杂质的硫酸锰浸出液，锰的浸出率为86.9%。随后，对硫酸锰浸出液先预处理，每升浸出液加入硫化钡8g，硫化钡对溶液中重金属离子例如锌和砷具有良好的除杂效果，并持续搅拌，搅拌时间为30分钟；再进行一段净化，加入福美钠的量为每升溶液0.6g，福美钠对重金属离子例如镍和钴具有良好的除杂效果，一段净化过程中铁离子的浓度有可能还是无法到达标准，这个过程还应适当加入双氧水就可以达到铁离子除去标准，加入双氧水的量为每升溶液1ml；接着进行二段净化，加入高锰酸钾的量为每升8g，同时滴加硫酸，使pH=5，进一步对溶液中砷进行除杂；最后进行三段净化，加入活性碳的用量为每升溶液0.1g，搅拌时间为1小时。由于经过二段静化后溶液中还存在少量的三价铁离子、铝离子和硅，其会形成胶体，加入活性炭可聚集胶体达到沉淀，过滤后静置24小时得到纯净的硫酸锰溶液，测得该纯净硫酸锰溶液中锰的含量为37.2g/L，而用于电解液的硫酸锰溶液的锰的含量标准是36～41g/L，所以最终制得合格的硫酸锰电解液。
参考图2，取锰的含量为37.g/L的上述硫酸锰电解液1L，加入电解添加剂二氧化硒0.04g，加入缓冲剂硫酸铵为130g，并用氨水调节电解液的pH值为7，将该电解液放入锥形瓶7中，用恒流泵8将电解液从锥形瓶中抽出并输送到电解槽3中用纤维织物半透膜5隔开的阴极区中，阴极区中插有不锈钢阴极板6，在阴极区两侧为纤维织物半透膜5隔开成型的两个阳极区，两个阳极区底部联通，阳极区中插有铅锡银锑四元合金阳极板4，阴极板长度为阳极板长度的90%，阳极板设计为栅栏状，阴阳电解板的大小和形状的设计使阳极板的有效面积为阴极板有效面积的55%～60%，这样能提高阴极板上电流密度从而有利于降低阳极析氧过电位，产生较少的阳极泥，同时也减少了电解中锰沉积德边缘效应。阴极板和阳极板分别接电源1的负极和正极，电解槽3置于恒温水浴锅2中，通直流电并保持恒温后，直流电的电流密度为360A/m2，保持恒温为38℃，电解液开始产生电析作用，在阴极上析出金属锰，用恒流泵将阳极区中的废液从电解槽底部的出口10抽出，并输送到废液盛放器皿9中，但此条件下电解效率低，经试验测得当电解添加剂二氧化硒的加入量少于0.02g时，电解完全无法进行，所以电解添加剂二氧化硒的加入量至少为0.02g，而此时加入的电解添加剂二氧化硒为0.04g电解效率为65%，电解8小时后对所述析出金属锰放入3%重铬酸钾溶液中进行钝化，然后水洗，放入80℃烘箱中烘干24小时，将烘干后的金属锰从阴极板上剥离下来，称重得29.6g电解金属锰。
实施例2：
将软锰矿和黄铁矿分别放入球磨机中球磨，分别筛分得到粒径为200目的矿粉；将软锰矿粉和黄铁矿粉以1:3的摩尔比混合，并均重装入4个通有气体的反应管中，所有反应管置于炉膛中进行隔焰恒温焙烧，焙烧温度为600℃，焙烧时间为3.5小时。将焙烧好的熟料导入水池中，按质量比1:5.5加入清水浸矿。浸出2小时后，将9/10的上层液体通入储液罐，下层液体倒入浸出池，并按照1:0.06的质量比加入硫酸，并持续搅拌。1小时后，将二级浸出液导入储液罐与一级浸出液混合，并对储液罐内的浸出液进行全元素分析，锰的浸出率为89.5%。随后，对硫酸锰浸出液先预处理，每升浸出液加入硫化钡9g，并持续搅拌，搅拌时间为40分钟；再进行一段净化，加入福美钠的量为每升溶液0.8g，这个过程还加入双氧水的量为每升溶液1ml；接着进行二段净化，加入高锰酸钾的量为每升9g，同时滴加硫酸，使pH=5；最后进行三段净化，加入活性碳的用量为每升溶液0.1g，搅拌时间为1小时，过滤后静置24小时得到纯净的硫酸锰溶液，测得该纯净硫酸锰溶液中锰的含量为40.7g/L，制得合格的硫酸锰电解液。取锰的含量为40.7g/L的上述硫酸锰电解液1L，加入电解添加剂二氧化硒0.05g，加入缓冲剂硫酸铵为130g，并氨水调节电解液的pH值为7，将该电解液放入电解槽，通直流电并保持恒温后，直流电的电流密度为360A/m2，保持恒温为40℃，电解8小时后对所述析出金属锰放入3%重铬酸钾溶液中进行钝化，然后水洗，放入80℃烘箱中烘干24小时，将烘干后的金属锰从阴极板上剥离下来，称重得36.8g电解金属锰产品。
实施例3：
将软锰矿和黄铁矿分别放入球磨机中球磨，分别筛分得到粒径为250目的矿粉；将软锰矿粉和黄铁矿粉以1:4的摩尔比混合，并均重装入4个通有气体的反应管中，所有反应管置于炉膛中进行隔焰恒温焙烧，焙烧温度为700℃，焙烧时间为4小时。将焙烧好的熟料导入水池中，按质量比1:6加入清水浸矿。浸出2.5小时后，将9/10的上层液体通入储液罐，下层液体倒入浸出池，并按照1:0.07的质量比加入硫酸，并持续搅拌。1小时后，将二级浸出液导入储液罐与一级浸出液混合，并对储液罐内的浸出液进行全元素分析，锰的浸出率为88.1%；随后，对硫酸锰浸出液先预处理，每升浸出液加入硫化钡10g，并持续搅拌，搅拌时间为50分钟；再进行一段净化，加入福美钠的量为每升溶液1g，这个过程还加入双氧水的量为每升溶液1ml；接着进行二段净化，加入高锰酸钾的量为每升10g，同时滴加硫酸，使pH=5；最后进行三段净化，加入活性碳的用量为每升溶液0.1g，搅拌时间为1小时，过滤后静置24小时得到纯净的硫酸锰溶液，测得该纯净硫酸锰溶液中锰的含量为38.6g/L，制得合格的硫酸锰电解液。取锰的含量为38.6g/L的上述硫酸锰电解液1L，加入电解添加剂二氧化硒0.06g，加入缓冲剂硫酸铵为130g，并用稀硫酸和氨水调节电解液的pH值为7，将该电解液放入电解槽，通直流电并保持恒温后，直流电的电流密度为360A/m2，保持恒温为45℃，电解液开始产生电析作用，在阴极上析出金属锰，此条件下电解效率也较高，经试验测得当电解添加剂二氧化硒的加入量多于0.06g以后，电解效率基本不再变化，所以电解添加剂二氧化硒的加入量至多为0.06g。电解8小时后对所述析出金属锰放入3%重铬酸钾溶液中进行钝化，然后水洗，放入80℃烘箱中烘干24小时，将烘干后的金属锰从阴极板上剥离下来，称重得32.8g电解金属锰产品。
Claims (8)
1.一种生产电解金属锰的方法，其采用下列步骤：
（1）将软锰矿和黄铁矿粉粒按比例混合后，分别均重装入数个通有气体的反应管中，所有反应管置于炉膛中进行焙烧；软锰矿与黄铁矿的混合摩尔比为1:2～4；
（2）将每个反应管焙烧后的混合物一并通入水池中，以水为浸出剂进行一级浸出，得到一级硫酸锰浸出液；
（3）将水池中的一级浸出液的上层部分液体导入储液罐中，下层部分液体导入浸出池；
（4）在浸出池中以硫酸为浸出剂对下层部分液体进行二级浸出，得到二级硫酸锰浸出液，并将全部二级浸出液导入所述储液罐中；浸出池中导入的下层部分液体与硫酸的质量比为1:0.05～0.07，二级浸出时间为1～1.5小时；
（5）对储液罐中的浸出液进行除杂，得到硫酸锰电解液；除杂依次采用加入硫化钡的预处理、加入福美钠的一段净化、加入高锰酸钾的二段净化、加入活性碳的三段净化工艺；
（6）在硫酸锰电解液中加入电解添加剂和缓冲剂，使溶液的pH=7；
（7）将步骤（6）的溶液倒入电解槽，在电解槽内以不锈钢为阴极板、铅锡银锑四元合金为阳极板对溶液进行恒温电解，得到电解金属锰。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）中软锰矿与黄铁矿磨成粉粒的粒径均为150目～250目。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）中的焙烧为恒温焙烧，焙烧温度为500℃～700℃，焙烧时间为3～4小时。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中混合物与水的质量比为1:5～6，一级浸出时间为1.5～2.5小时。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（6）中的电解添加剂为二氧化硒，每升电解液加入二氧化硒为0.04～0.06g。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（6）中的缓冲剂为硫酸铵，每升电解液加入硫酸铵为130g。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述电解槽用纤维织物半透膜均分为两个对称的阳极区和一个阴极区，两个阳极区底部联通，阴极区设有所述阴极板，阳极区设有所述阳极板，阴极板长度为阳极板长度的90%。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（7）的电解采用电流密度为360A/的直流电，恒温为38℃～45℃。
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