CN105177622B - 一种节能降耗的电解锰生产新工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能降耗的电解锰生产新工艺，将阴极液在电解槽外做成小循环，作为原电解液循环的辅助，利用低含锰的阴极液置换锰渣中高含锰的合格液，用于补充进槽锰金属量；利用热泵原理将阴极液蓄积的热量转换成热风、热水的热量，用于烘干锰片、加热阳极液，冷却下来的阴极液去调控电解槽温。本发明投入小，可利用现有系统，实现高效益的节能减排，具有显著的工业化应用前景。

Description

一种节能降耗的电解锰生产新工艺

技术领域

本发明涉及湿法冶金电解金属生产技术，特别涉及到电解金属锰生产工艺。

背景技术

传统的电解金属锰生产工艺：电解液由阴极室经隔膜袋流入阳极室，在阳极室内产生阳极液汇入阳极假底后，再经一个隔离通道从电解槽上沿流出，阳极液进入浸出桶，添加硫酸浸出锰矿粉，浸出液经净化除杂过滤后，返回电解。电解过程中Mn²⁺在阴极室内阴极板上析出金属锰，并产生电热效应放出焦耳热，除了阳极液带走和槽面蒸发、槽体散热外，还有大量的热蓄积在槽内，《中国锰业技术》第二十章给出了按理论计算和生产工厂实测得出的数据：每析出1Kg金属锰需导出4.6×10³KJ热量（夏天高温日值），由于传统槽内冷却导出热量存在的缺点：传热效率差，冷却水量大（每生产1吨产品需冷却水量200～250ｍ³，是电解液循环量的4～5倍），水份蒸发、吹风、渗漏等损失多(每生产一吨锰损耗1.5～2ｍ³冷却水)，槽内电解液杂质易积累，结垢快，影响电解效率和产品质量，诸多弊端，使众多厂家尝试槽外冷却，但至今尚未见到好的技术成果，早年有一项专利CN01111708.3（一种锰电解阴极液的冷却及镁的回收方法），也没有得到工业实施，存在以下缺点:①进槽液锰浓度低，进槽液温度相对较高，要同时满足槽内热的交换量和质（锰）的交换量，很难操作控制，而且阴极液循环量大，是电解液循量的3倍以上，耗能高；②靠阴极液自身蒸发散热，受环境温度制约，不易实现槽温的精确控制（41～43℃）；③结晶物会在蒸发塔内，溜槽和集液池内大量发生，清理麻烦。

我国的电解锰产量大，占全球产量的95%以上，耗用的锰矿石除了一部分进口外，剩余都是我国自有矿石，而我国的锰矿石品位低，随着大量开采，入化合桶锰粉的品位从原来的14～18%已降到10～13%（有的还经过磁选富集），制合格液的含锰浓度也从原来的含Mn²⁺36～38g/L下降到含Mn²⁺34～35g/L，合格液含Mn²⁺量低，将会增加吨产品锰的耗液量，从而增加电解用液的循环量，势必增大制液过程中的浸出、过滤的负荷和辅料耗用，有时会造成供液困难，生产不能正常进行，虽然众多厂家的生产线开工率不高，足够多的生产线可以应付生产，但生产成本高，至今还没有用含Mn²⁺34g/L以下的合格液生产而取得较好经济效益的厂家；若要低品位锰矿粉制高浓度液，锰渣带出锰量大，锰的收率下降，也没有经济效益，这都是低品位矿石的应用难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低能耗物耗、能适应低浓度Mn²⁺合格液生产的电解锰新工艺。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

将阴极液在电解槽外做成小循环，作为原电解液循环的辅助，利用低含Mn²⁺的阴极液置换锰渣高含Mn²⁺的合格液，用于补充进槽锰金属量；利用热泵原理将阴极液蓄积的热量转换成热风、热水的热量，用于烘干锰片、加热阳极液及洗涤用水，冷却下来的阴极液去调控电解槽温，具体的工艺流程如下：

①配液，制备主循环用液（合格液），含Mn²⁺32～38g/L，常规控制在含Mn²⁺34～36g/L，一次性制足小循环用液，浓度与阴极液相同含Mn²⁺13～15g/L，根据合格液浓度和提浓后小循环阴极液浓度配比混合入电解槽，进槽量按电解阴极析出1吨锰投入1.02～1.05吨锰金属量计；

②电解及分液循环，在现有电解条件下，去掉原有水冷却系统，电解槽上增加阴极液进出口，维持进出液体平衡，经电解后流出电解槽液分成两种成份，各自组成循环：⑴阳极液组成主循环，含Mn²⁺12～14g/L，流量按每生产1吨产品锰产出45～50ｍ³阳极液；⑵阴极液组成小循环，含Mn²⁺13～15g/L，阴极液小循环又分控温循环和提锰循环；

③小循环的控温循环，阴极液的一部分通过间接换热冷却，温度25～30℃，流量按每产出1吨电解锰循环40～50ｍ³阴极液，冷却下来的阴极液先在结晶桶内析出钙镁铵盐复合结晶及杂质再进入电解槽，与槽液直接混合换热，控制槽度41～43℃，换出来的热量经过水源热泵系统转换成65～75℃的热风和热水，用于烘干锰片，加热阳极液和洗澡、洗涤用水；

④小循环的提锰循环，阴极液的另一部分去化浆洗涤锰渣，渣液质量比1：1～1.2，过滤净化后，富锰阴极液含Mn²⁺17～19g/L，富锰阴极液与合格液混合配液入电解，进行下一循环；

⑤电解后处理，阴极锰周期性的从电解槽中取出，经过钝化、热水清洗后，用热泵系统供来的热风烘干，再剥离包装；

所述步骤3加热阳极液是用间接加热方式，加热后阳极液温度提高到50～60℃，可使浸出温度保持85℃以上。

本发明的有益效果：

1、将电解过程中的电热效应所产生的焦耳热用热泵装置转换成热风，既冷却了电解槽液又省去现有电热烘干用电成本，由于水源热泵的热效能可达4.5，水源热泵的装机功率低于电热管烘干装机功率，再加上新冷却系统动力用电功率远低于现有水循环冷却系统所用功率，综合计算每生产1吨电解锰省电100度以上。

2、冷却水存量大幅减少，只需原来的5%～10%，冷却水循环量只需原来的20%～25%，同时省去现有水循环过程中蒸发，吹风损耗，以每吨产品锰计减少1.5～2ｍ³补充新水，按电解锰行业清洁生产标准(HJ/T357-2007)，可以使吨产品耗鲜水量上升一个指标等级。

3、小循环的提锰循环量只有主循环量的20～25%，回收了锰渣中50%以上的可溶锰，提浓后的阴极液直接补充电解，省掉了主循环中阳极液浸出、除杂等长耗时环节，循环快，循环量少，当主循环中合格液含锰偏低时（含Mn²⁺32～34g/L），可以不增加主循环量，所增成本（阴极液循环置换成本）小于回收金属量所含价值，仍有经济效益；当主循环合格液浓度正常值时（含Mn²⁺34～38g/L），可减少主循环用液量，耗用减少，则能获得较高的经济效益。

4、电解槽浓度调节和温度调节相对独立，槽温易控制，槽内浓度均匀，钙镁铵盐结晶及杂质集中，易处理，清槽周期延长，产品质量好，浸出效率提高，综合效益好。

5、由于槽外集中冷却和配液，结合本发明人申请专利201510541317.0中的单元大槽和连续自动烘干装置，将发挥更大效益。

附图说明

图1是本发明的工艺流程示意图。

图2是本发明的一个实施例的流程简化图，图中所列参数是指生产1吨电解锰所耗指标。

图3是本发明的另一个实施例的流程简化图, 图中所列参数是指生产1吨电解锰所耗指标。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案，

实施例1：

如图1，图2所示，一种节能降耗的电解锰生产新工艺，具体包括以下步骤：

①配液，制备主循环用液（合格液），含Mn²⁺32.5 g/L，一次性制足小循环用液，浓度与阴极液相同（含Mn²⁺14 g/L），将50ｍ³合格液和12ｍ³提浓后阴极液混合进入电解槽，进槽流量按电解阴极析出1吨金属锰净投入1.02吨锰金属量，均匀加入。

②电解及分液循环，在现有电解条件下，去掉原有水冷却系统，电解槽上增加阴极液进出口，维持进出液体平衡，经电解后将流出电解槽液分成两种成份，各自组成循环：⑴阳极液组成主循环，含Mn²⁺13g/L，流量按每生产1吨产品锰产出50ｍ³阳极液；⑵阴极液组成小循环，含Mn²⁺14g/L，阴极液小循环又分控温循环和提锰循环。

③阴极液组成控槽温小循环，按每产出1吨产品耗44ｍ³阴极液作为冷却剂，将41℃、44ｍ³出槽阴极液和20℃、44ｍ³冷却水间接换热（水和阴极液循环用泵运行功率40 KW，以一万吨电解锰生产线计），冷却的阴极液先在结晶桶内析出钙镁铵盐复合结晶后再进入电解槽，冷却后阴极液温度30℃，与电解槽液直接换热，控制槽温41～43℃，结晶桶内的结晶集中回收，换热后32℃冷却水的热量经水源热泵系统（运行功率160 KW，按一万吨电解锰生产线计）转换成70℃的热风和热水，且转换的热量满足烘干锰片外，可加热阳极液和洗澡，洗涤用水。

④另一部分阴极液组成洗渣锰小循环，每吨产品有12吨渣量，渣液质量比1：1，用12ｍ³阴极液化浆锰渣，过滤后阴极液含Mn²⁺17.6 g/L，提浓后阴极液与合格液混合配液入电解，进行下一循环。

⑤电解后处理，阴极锰周期性的从电解槽中取出，经过钝化、热水清洗后，用热泵系统供来的热风烘干，再剥离包装成品。

实施例2：

如图1，图3所示，一种节能降耗的电解锰生产新工艺，具体包括以下步骤：

①配液，制备主循环用液（合格液），含Mn²⁺35 g/L，一次性制足小循环用液，浓度与阴极液相同（含Mn²⁺14g/L），将45ｍ³合格液和12ｍ³提浓后阴极液混合后，进入电解槽，进槽流量按电解阴极析出1吨金属锰净投入1.03吨锰金属量，均匀加入。

②电解及分液循环，在现有电解条件下，去掉原有水冷却系统，电解槽上增加阴极液进出口，维持进出液体平衡，经电解后将流出电解槽液分成两种：⑴、阳极液，Mn²⁺13g/L，流量按每生产1吨产品锰产出45ｍ³阳极液；⑵、阴极液，含Mn²⁺14g/L，一部分阴极液作为电解槽液冷却剂，另一部分阴极液提取渣锰。

③阴极液组成控槽温小循环，按每吨产品耗用44ｍ³阴极液作为冷却剂，将42℃、44ｍ³出槽阴极液和22℃、44ｍ³冷却水间接换热（以一万吨电解锰生产线计，水和阴极液循环用泵运行功率40 KW），冷却的阴极液先在结晶桶内析出钙镁铵盐复合结晶后再进入电解槽，冷却后阴极液温度30℃，与电解槽液直接换热，控制槽温41℃～43℃，结晶桶内的结晶集中回收，换热后达34℃冷却水的热量经水源热泵系统（运行功率160 KW，按一万吨电解锰生产线计）转换成70℃的热风和热水，用于烘干锰片，加热阳极液，阳极液温度从35℃升至55℃，使浸出温度维持85℃以上，在保证95%以上浸出率的前提下，浸出时间缩短8小时以上。

④小循环阴极液提取渣锰，每吨产品有10吨渣量，渣液质量比1：1.2，用12ｍ³阴极液化浆锰渣，过滤净化后，阴极液浓度含Mn²⁺18.2g/L，提浓后阴极液与合格液混合入电解，进行下一循环。

⑤电解后处理，阴极锰周期性的从电解槽中取出，经过钝化、热水清洗后，用热泵系统供来的热风烘干，再剥离包装成品。

下两表为本发明技术方案与现有技术方案电耗、物耗对比表：

表一，一万吨电解锰生产线冷却烘干电耗对比表（吨产品锰计）

从表一可以看出，相比于现有技术，本发明每生产一吨产品可节电139度，一万吨生产线每年可节约139万度电。由于各实施例电耗指标相近，所以没有分开列出。

表二，一万吨电解锰生产线相关物耗对比表（吨产品锰计）

	冷却水补充量(ｍ³)	耗冷却水成本(元)	锰渣回收锰量 (Kg)	金属量价值(元)	金属回收成本（元）	主液循环减少量（ｍ³）	主液循环节约成本（元）	净收益（元）
									现有技术	2	5	0	0	0	0	0	-5
本发明实施例1	0	0	43	172	90	0	0	82
									本发明实施例2	0	0	50	200	90	5	60	170

从表二可以看出，本发明的实施例每吨产品都可节省2吨新水量，而且从回收锰和减少循环液成本节省大量耗用：实施例1，每吨产品净收益82元，一万吨生产线每年可收益82万元,节水2万吨；实施例2，每吨产品净收益170元，一万吨生产线每年可收益170万元，节水2万吨，效益显著。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (2)

1.一种节能降耗的电解锰生产新工艺，其特征在于：将阴极液在电解槽外做成小循环，作为原电解液循环的辅助，利用低含Mn²⁺的阴极液置换锰渣中高含Mn²⁺的合格液，用于补充进槽锰金属量；利用热泵原理将阴极液蓄积的热量转换成热风、热水的热量，用于烘干锰片、加热阳极液，冷却下来的阴极液去调控电解槽温，具体的工艺流程如下：

①配液，制备主循环用合格液，含Mn²⁺32～38g/L，常规控制在含Mn²⁺34～36g/L，一次性制足小循环用液，浓度与阴极液相同含Mn²⁺13～15g/L，根据合格液浓度和提浓后小循环阴极液浓度配比进槽液，进槽量按电解阴极析出1吨锰投入1.02～1.05吨锰金属量计；

②电解及分液循环，在现有电解条件下，去掉原有水冷却系统，电解槽上增加阴极液进出口，维持进出液体平衡，经电解后将流出电解槽液分成两种成份，各自组成循环：⑴阳极液组成主循环，含Mn²⁺12～14g/L，流量按每生产1吨产品锰产出45～50ｍ³阳极液；⑵阴极液组成小循环，含Mn²⁺13～15g/L，阴极液小循环又分控温循环和提锰循环；

③小循环的控温循环，一部分阴极液通过间接换热冷却，温度25～30℃，流量按电解阴极析出1吨金属锰产出40～50ｍ³阴极液，冷却下来的阴极液先在结晶桶内析出钙镁铵盐复合结晶及杂质再进入电解槽，与槽液直接混合换热，控制槽度41～43℃，换出来的热量经过水源热泵系统转换成65～75℃的热风和热水，用于烘干锰片，加热阳极液和洗澡，洗涤用水；

④小循环的提锰循环，阴极液的另一部分去化浆洗涤锰渣，渣液质量比1：1～1.2，过滤净化后，富锰阴极液含Mn²⁺17～19g/L，富锰阴极液与合格液混合配液入电解，进行下一循环；

⑤电解后处理，阴极锰周期性的从电解槽中取出，经过钝化、热水清洗后，用热泵系统供来的热风烘干，再剥离包装。

2.根据权利要求1所述的一种节能降耗的电解锰生产新工艺，其特征在于，所述步骤③加热阳极液是用间接加热方式，加热后阳极液温度提高到50℃～60℃，使浸出温度保持85℃以上。