CN105734608B - 利用电解槽进行金属锰和氯消毒剂的同步生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用电解槽进行金属锰和氯消毒剂的同步生产工艺，采用恒流电解技术，即可实现沉积金属锰和产生氯消毒剂的同步生产，所述电解槽包含多个单元电解槽，所述各单元电解槽之间设置有阴离子交换膜与密封垫片。本发明的有益效果是：由于阴离子交换隔膜的使用，确保了可同步利用阴极电流和阳极电流制备所需产物，且阴阳极产物纯度均可达到行业标准，大大提高了能源利用效率。对于电解锰行业而言，意味着其能耗降低了一倍以上。

Description

利用电解槽进行金属锰和氯消毒剂的同步生产工艺
技术领域
本发明涉及一种利用电解槽进行金属锰和氯消毒剂的同步生产工艺。
背景技术
自美国矿业局1920年提出隔膜电解法生产金属锰以来。全世界一直采用中性MnSO4-NH4SO4-H2O系电解液进行隔膜电解生产。经过反复的研究和工业优化后，目前，大多数企业的电解生产控制条件为：槽温35-48℃，(NH4)2SO4浓度(130±20)g/L，电流密度330-380A/m2，槽液中锰浓度15-20g/L，进液锰浓度35-40g/L，进液pH控制在6.8左右。其中有硒电解电流效率一直徘徊在75％左右，直流电耗大约为5700-6300kWh/t·Mn；无硒电解的电流效率仅50％左右，直流电耗更高达7000-8000kWh/t·Mn。因此，该行业一直归属为高能耗行业，为了降低电解锰生产能耗，研究者和生产者做了大量的工作，如对阳极结构进行改进(专利：201310575496，一种电解锰阳极板及制造方法)；并且尽可能的优化阴阳极间的距离，目前工业生产电解槽的同名极距已经降低到650-700mm。进一步节能降耗的空间已经很小了。
而采用MnCl2-NH4Cl-H2O水体系进行电解锰生产，经研究证实，氯化锰电解与硫酸锰电解法相比具有如下优点：a.基础电解液导电性较好，溶液导电率高，电解槽压低(仅为3.57V，硫酸盐溶液的槽压为4.83V，节约能耗达到20％以上)；b.溶液可以维持高pH值，溶液中游离的氢离子的含量低，阴极电极表面能够参与还原反应的氢离子减少，更多的电子用于锰沉积，所以电流效率高。
至于阳极析氯制备消毒剂，目前经典的制备工艺为采用盐水或者海水，在阳极氧化氯离子析出氯气，阴极以不锈钢或者镍网为集流体，同步析出氢气，将所得混合液排出氢气后，所得产物即为氯消毒剂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提出一种利用电解槽进行金属锰和氯消毒剂的同步生产工艺，主要是同步利用阴极和阳极的电流，在生产金属锰的同时在阳极室得到了氯消毒剂。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：利用装置有阴离子交换膜的电解槽进行金属锰和氯消毒剂的同步生产工艺，采用恒流电解技术，即可实现沉积金属锰和产生氯消毒剂的同步生产，所述电解槽包含多个单元电解槽，所述各单元电解槽之间设置有阴离子交换膜与密封垫片。
按上述方案，所述单元电解槽个数为单数。
按上述方案，所述单元电解槽的从内部一端交替布置有网状阳极，板状阴极，而分别称之为阳极室和阴极室，且在所述单元电解槽的另一端最后一个单元布置一个网状阳极作为阳极室。
按上述方案，所述单元电解槽的阳极室和阴极室分别设置有阳极出液通道和阴极出液通道，以及阳极进液通道和阴极进液通道。
按上述方案，所述单元电解槽包括有左边框、右边框和底部框；所述的阴极和阳极出液通道位于某一端边框的下部，所述的阳极和阴极进液通道位于对应端边框的上部。
按上述方案，含氯化锰和氯化铵的阴极液置于阴极室，含氯化钠的阳极液置于阳极室。
按上述方案，所述阴离子交换膜为具有高导电性聚氟乙烯基或者聚砜基均相阴离子交换隔膜。
按上述方案，所述的网状阳极为具有低析氯过电位的钛基钌、钛二元、钌、钛、锡三元氧化物涂层或者铂金属或者铂钌、铂镍合金镀层网状阳极。
按上述方案，所述的板状阴极为镜面不锈钢板状阳极、抛光铝板、锌板或者镀锌不锈钢板。
按上述方案，阴极液氯化锰的浓度为15-30g/L，氯化铵的浓度为100-150g/L，阳极液氯化钠浓度为15-35g/L；控制电流密度为200-500A/m2。
本发明的有益效果是：由于阴离子交换隔膜的使用，确保了可同步利用阴极电流和阳极电流制备所需产物，且阴阳极产物纯度均可达到行业标准，大大提高了能源利用效率。对于电解锰行业而言，意味着其能耗降低了一倍以上。
附图说明
图1为本发明电解槽的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的方案做进一步详细的说明，但是此说明不会构成对本发明的限定。
利用电解槽进行金属锰和氯消毒剂的同步生产工艺，采用恒流电解技术，即可实现沉积金属锰和产生氯消毒剂的同步生产，所述电解槽包含单数个单元电解槽，所述各单元电解槽之间设置有阴离子交换膜1与密封垫片；其中，所述阴离子交换膜为具有高导电性聚氟乙烯基或者聚砜基均相阴离子交换隔膜；所述单元电解槽的内部一端交替布置有网状阳极2，板状阴极3，而分别称之为阳极室8和阴极室9，所述的网状阳极为具有低析氯过电位的钛基钌钛二元、钌钛锡三元氧化物涂层或者铂金属或者铂钌、铂镍合金镀层网状阳极；所述的板状阴极为镜面不锈钢板状阳极、抛光铝板、锌板或者镀锌不锈钢板；且在所述单元电解槽的另一端最后一个单元布置一个网状阳极作为阳极室；所述单元电解槽的阳极室和阴极室分别设置有阳极出液通道4和阴极出液通道5，以及阳极进液通道6和阴极进液通道7；所述单元电解槽包括有左边框、右边框和底部框；所述的阴极和阳极出液通道位于左边框的下部，所述的阳极和阴极进液通道位于右边框的上部；含氯化锰和氯化铵的阴极液置于阴极室，含氯化钠的阳极液置于阳极室；阴极液氯化锰的浓度为15-30g/L，氯化铵的浓度为100-150g/L，阳极液氯化钠浓度为15-35g/L；控制电流密度为400A/m2，电解10分钟后，面积、体积比为2:1的电解槽中，所得阳极电解液即可得到含有效氯8-10％的消毒剂产品，保持一定的阳极液流速，即可实现消毒剂的连续生产；阴极板工作24小时后，断电，取出阴极板，即可得到合格锰片，其综合电流效率可达170％以上。
本发明考虑到锰是在电解槽的阴极得到产物，而氯消毒剂是在阳极得到产物，再结合阴离子交换膜所具有的独特的离子选择性透过特性，可以将阴极室的Mn2+离子限制在阴极室，而阳极室采用NaCl溶液，允许Cl-在阴极室和阳极室间穿梭，以维持电荷平衡。另外，阴阳极反应所需电流密度也基本一致，这样阴阳极室的离子浓度可以保持一致，不会出现大的浓度差而产生离子迁移。基于以上原理，本发明采用MnCl2-NH4Cl-H2O水体系在阴极室进行电解锰生产，而采用NaCl-H2O水体系在阳极室进行氯消毒剂的生产，这样，同时利用了阴极和阳极的电流，在生产金属锰的同时在阳极室得到了氯消毒剂，从而，大大提高了生产的电流效率，降低了生产能耗。

Claims (4)

1.利用电解槽进行金属锰和氯消毒剂的同步生产工艺，采用恒流电解技术，即可实现沉积金属锰和产生氯消毒剂的同步生产，所述电解槽包含多个单元电解槽，所述各单元电解槽之间设置有阴离子交换膜与密封垫片；所述单元电解槽个数为单数，含氯化锰和氯化铵的阴极液置于阴极室，含氯化钠的阳极液置于阳极室，所述单元电解槽从内部一端交替布置有网状阳极，板状阴极，而分别称之为阳极室和阴极室，且在所述单元电解槽的另一端最后一个单元布置一个网状阳极作为阳极室，所述阴离子交换膜为具有高导电性聚氟乙烯基或者聚砜基均相阴离子交换隔膜，所述的网状阳极为具有低析氯过电位的钛基钌、钛二元，钌、钛、锡三元氧化物涂层或者铂金属或者铂钌、铂镍合金镀层网状阳极；所述的阴极液氯化锰的浓度为15-30g/L，氯化铵的浓度为100-150g/L，阳极液氯化钠浓度为15-35g/L；控制电流密度为200-500A/m2。
2.按权利要求1所述的利用电解槽进行金属锰和氯消毒剂的同步生产工艺，其特征在于所述单元电解槽的阳极室和阴极室分别设置有阳极出液通道和阴极出液通道，以及阳极进液通道和阴极进液通道。
3.按权利要求2所述的利用电解槽进行金属锰和氯消毒剂的同步生产工艺，其特征在于所述单元电解槽包括有左边框、右边框和底部框；所述的阴极和阳极出液通道位于某一端边框的下部，所述的阳极和阴极进液通道位于对应端边框的上部。
4.按权利要求1所述的利用电解槽进行金属锰和氯消毒剂的同步生产工艺，其特征在于所述的板状阴极为镜面不锈钢板状阳极、抛光铝板、锌板或者镀锌不锈钢板。
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