CN110804744A - 一种电解金属锰的生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电解金属锰的生产工艺，属于金属提炼技术领域，包括：浸出：碳酸锰矿磨成矿粉加蒸馏水和浓硫酸，加入表面活性剂搅拌制成矿浆；中和除铁：用氨水调节矿浆的pH值，向矿浆中吹入热空气，继续用氨水调节矿浆的pH值，抽滤；除重金属：加入10％福美钠溶液，滤布过滤，向滤液中加入活性炭、抗氧化剂、电解添加剂以及有机絮凝剂，静置抽滤；除镁：制成电解锰饱和溶液，在搅拌下加入NH4F和MgF2，抽滤；电解：通入直流电进行电解反应；后处理：阴极板取出，沥干，钝化，热水冲洗，吹干，烘干，称重包装。本发明的方法工艺技术先进，净化彻底，提高了电流效率；操作简单且成本低；制备的金属锰纯度高且质量稳定，推广应用前景广阔，经济效益明显。

Description

一种电解金属锰的生产工艺
技术领域
本发明属于金属锰制备技术领域，特别涉及一种电解金属锰的生产工艺。
背景技术
解金属锰广泛应用于冶金、医学、电子、通讯等领域。随着科技的发展，电解锰的应用不断扩大，市场需求量年增长15％左右。我国电解锰年产能力可达80万吨，占世界总产量的80％。多年来，我国电解锰大部分用于出口，主要出口日本、韩国、欧美等国家。电解金属锰是用锰矿石经酸浸出获得锰盐，再送电解槽电解析出的单质金属，电解锰的纯度很高，含锰量大于99.7％以上，因而主要在航空工业、冶金和有色金属冶炼时使用。
现今，电解法生产已成为金属锰生产的主要方式。电解法生产可分为两个主要过程：制液和电解，其中，制液即是制取出合格的可供电解的含锰离子溶液，一般包括浸出、除杂、粗过滤、精过滤等工序，电解即是将制液得到的合格的可供电解的含锰离子溶液通入电解槽进行电解，得到电解金属锰。
电解法生产金属锰中的还原浸出工艺一直是国内外锰矿加工的重要研究内容，根据流程的不同，可以分为两类：还原焙烧-酸浸法和直接还原浸出法，直接还原浸出法避免了高温焙烧程序，简化了工序，成为电解金属锰生产的重要研究方向，但是现有的直接还原浸出法存在一定的局限性，净化除杂不彻底，制备的金属锰纯度不高，电解效率低，生产成本高，经济效应差。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种电解金属锰的生产工艺，。
为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现：
一种电解金属锰的生产工艺，包括以下步骤：
浸出：将碳酸锰矿破碎磨成矿粉放入搅拌机内，按照固液比为1:4～6加入蒸馏水搅拌均匀，按照碳酸锰矿与浓硫酸之比为1:0.3～0.6缓慢加入浓硫酸，发生化合反应放热使浸出体系温度达到60～80℃，反应2～4h，最后加入表面活性剂搅拌均匀制成矿浆；
中和除铁：用氨水将矿浆的pH值调节到5.0～5.5，向矿浆中吹入热空气，使体系中Fe2+氧化成Fe3+，继续用氨水将矿浆的pH值调节到6.0～7.0，静置0.5～2h使Fe3+水解沉淀于矿浆中，通过抽滤固液分离后，获得粗制硫酸锰溶液；
除重金属：在搅拌下，向粗制硫酸锰溶液中加入浓度为10％福美钠溶液，净化时间1～2h，定性检测重金属合格后，用滤布过滤，过滤液流入静置池中，加入活性炭、抗氧化剂、电解添加剂以及有机絮凝剂，静置24～36h，再次用滤布过滤即得精制电解锰溶液；
除镁：将精制电解锰溶液置于磁力搅拌容器中，用水浴控制温度85～90℃制成电解锰饱和溶液，在搅拌下加入NH4F和MgF2，搅拌1～2h，反应后常温静置24～36h抽滤，获得电解锰合格溶液；
电解：将电解锰合格溶液倒入隔膜电解槽中，将电解槽置于恒温水浴中，水浴温度控制为恒温40℃，隔膜电解槽通入直流电进行电解反应，反应36～48h；
后处理：将电解后的阴极板从电解槽中取出，沥干，放入钝化液中钝化，然后用热水冲洗，热风快速吹干，再用烘箱烘干，将烘干的金属锰从阴极板上剥离下来，称重包装，将未剥离干净的阴极板放入阳极液中浸泡，使阴极板上残锰溶解掉，然后将阴极板放入洗液中浸泡3～5min，取出用水冲洗干净，下次重复使用。
进一步地，所述抗氧化剂为SeO2，所述电解添加剂为(NH4)2SO4，所述有机絮凝剂为以淀粉、壳聚糖、木质素和植物胶为原料制备而成的天然高分子有机絮凝剂。
进一步地，所述后处理步骤中烘箱温度为70～80℃，所述钝化液为3％重铬酸钾溶液，所述洗液中7％硝酸溶液与3％重铬酸钾溶液的配比为1:2～3。
进一步地，所述NH4F的加入量为电解锰饱和溶液的千分之一，所述MgF2加入量为电解锰饱和溶液的万分之一。
进一步地，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、二甲基硅油、二乙二醇单丁醚、壬基酚聚氧乙烯醚中的任意一种或多种的组合物。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种电解金属锰的生产工艺，采用浸出、中和除铁、除重金属、除镁等净化工序将电解锰溶液中的铁元素、硫元素、重金属元素和镁元素杂质除去，制备的电解金属锰产品，其硫含量和铁含量均超过了电解金属锰行业的质量标准，打破了碳酸锰矿长期用火法冶炼的技术壁垒；浸出工序中加入表面活性剂，表面活性剂在中和除铁、除重金属、除镁工序中降低了溶液的表面张力，减小了溶液运动阻力，强化了溶液的流动和传质作用，提升了净化效果，表面活性剂在电解步骤中破坏掉水分子在电极表面吸附，增加了溶质与电极界面之间的接触机会，从而能够减小溶质扩散到电极表面所消耗的能量，提高电流效率；中和除铁工序中采用热空气将Fe2+氧化成Fe3+，再配合氨水调节pH从而将铁元素沉淀除去，操作简单且成本低廉；本发明的浸出电解金属锰的工艺技术先进，制备的金属锰纯度高且质量稳定，推广应用前景广阔，经济效益明显，社会效益巨大。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种电解金属锰的生产工艺，包括以下步骤：
浸出：将碳酸锰矿破碎磨成矿粉放入搅拌机内，按照固液比为1:5加入蒸馏水搅拌均匀，按照碳酸锰矿与浓硫酸之比为1:0.5缓慢加入浓硫酸，发生化合反应放热使浸出体系温度达到80℃，反应4h，最后加入表面活性剂搅拌均匀制成矿浆；
中和除铁：用氨水将矿浆的pH值调节到5.0，向矿浆中吹入热空气，使体系中Fe2+氧化成Fe3+，继续用氨水将矿浆的pH值调节到6.5，静置1h使Fe3+水解沉淀于矿浆中，通过抽滤固液分离后，获得粗制硫酸锰溶液；
除重金属：在搅拌下，向粗制硫酸锰溶液中加入浓度为10％福美钠溶液，净化时间2h，定性检测重金属合格后，用滤布过滤，过滤液流入静置池中，加入活性炭、SeO2、(NH4)2SO4以及以淀粉、壳聚糖、木质素和植物胶为原料制备而成的天然高分子有机絮凝剂，静置36h，再次用滤布过滤即得精制电解锰溶液；
除镁：将精制电解锰溶液置于磁力搅拌容器中，用水浴控制温度90℃制成电解锰饱和溶液，在搅拌下加入NH4F和MgF2，NH4F的加入量为电解锰饱和溶液的千分之一，MgF2加入量为电解锰饱和溶液的万分之一，搅拌2h，反应后常温静置36h抽滤，获得电解锰合格溶液；
电解：将电解锰合格溶液倒入隔膜电解槽中，将电解槽置于恒温水浴中，水浴温度控制为恒温40℃，隔膜电解槽通入直流电进行电解反应，反应36h；
后处理：将电解后的阴极板从电解槽中取出，沥干，放入3％重铬酸钾溶液中钝化，然后用热水冲洗，热风快速吹干，再用烘箱烘干，烘箱温度为70℃，将烘干的金属锰从阴极板上剥离下来，称重包装，将未剥离干净的阴极板放入阳极液中浸泡，使阴极板上残锰溶解掉，然后将阴极板放入7％硝酸溶液与3％重铬酸钾溶液的配比为1:2的混合溶液中浸泡3min，取出用水冲洗干净，下次待用；对于阳极板，用小刀和毛刷将阳极板表面阳极泥刮干净，避免下次使用时附着在阳极板上的阳极泥影响阳极的导电性。
实施例2
一种电解金属锰的生产工艺，包括以下步骤：
浸出：将碳酸锰矿破碎磨成矿粉放入搅拌机内，按照固液比为1:6加入蒸馏水搅拌均匀，按照碳酸锰矿与浓硫酸之比为1:0.6缓慢加入浓硫酸，发生化合反应放热使浸出体系温度达到80℃，反应3h，最后加入表面活性剂搅拌均匀制成矿浆；
中和除铁：用氨水将矿浆的pH值调节到5.0，向矿浆中吹入热空气，使体系中Fe2+氧化成Fe3+，继续用氨水将矿浆的pH值调节到6.8，静置2h使Fe3+水解沉淀于矿浆中，通过抽滤固液分离后，获得粗制硫酸锰溶液；
除重金属：在搅拌下，向粗制硫酸锰溶液中加入浓度为10％福美钠溶液，净化时间2h，定性检测重金属合格后，用滤布过滤，过滤液流入静置池中，加入活性炭、SeO2、(NH4)2SO4以及以淀粉、壳聚糖、木质素和植物胶为原料制备而成的天然高分子有机絮凝剂，静置24～36h，再次用滤布过滤即得精制电解锰溶液；
除镁：将精制电解锰溶液置于磁力搅拌容器中，用水浴控制温度85℃制成电解锰饱和溶液，在搅拌下加入NH4F和MgF2，NH4F的加入量为电解锰饱和溶液的千分之一，MgF2加入量为电解锰饱和溶液的万分之一，搅拌1h，反应后常温静置24～36h抽滤，获得电解锰合格溶液；
电解：将电解锰合格溶液倒入隔膜电解槽中，将电解槽置于恒温水浴中，水浴温度控制为恒温40℃，隔膜电解槽通入直流电进行电解反应，反应40h；
后处理：将电解后的阴极板从电解槽中取出，沥干，放入3％重铬酸钾溶液中钝化，然后用热水冲洗，热风快速吹干，再用烘箱烘干，烘箱温度为80℃，将烘干的金属锰从阴极板上剥离下来，称重包装，将未剥离干净的阴极板放入阳极液中浸泡，使阴极板上残锰溶解掉，然后将阴极板放入7％硝酸溶液与3％重铬酸钾溶液的配比为1:2.5的混合溶液中浸泡3.5min，取出用水冲洗干净，下次待用；对于阳极板，用小刀和毛刷将阳极板表面阳极泥刮干净，避免下次使用时附着在阳极板上的阳极泥影响阳极的导电性。
实施例3
一种电解金属锰的生产工艺，包括以下步骤：
浸出：将碳酸锰矿破碎磨成矿粉放入搅拌机内，按照固液比为1:4加入蒸馏水搅拌均匀，按照碳酸锰矿与浓硫酸之比为1:0.4缓慢加入浓硫酸，发生化合反应放热使浸出体系温度达到70℃，反应3h，最后加入表面活性剂搅拌均匀制成矿浆；
中和除铁：用氨水将矿浆的pH值调节到5.5，向矿浆中吹入热空气，使体系中Fe2+氧化成Fe3+，继续用氨水将矿浆的pH值调节到6.5，静置1.5h使Fe3+水解沉淀于矿浆中，通过抽滤固液分离后，获得粗制硫酸锰溶液；
除重金属：在搅拌下，向粗制硫酸锰溶液中加入浓度为10％福美钠溶液，净化时间2h，定性检测重金属合格后，用滤布过滤，过滤液流入静置池中，加入活性炭、SeO2、(NH4)2SO4以及以淀粉、壳聚糖、木质素和植物胶为原料制备而成的天然高分子有机絮凝剂，静置36h，再次用滤布过滤即得精制电解锰溶液；
除镁：将精制电解锰溶液置于磁力搅拌容器中，用水浴控制温度90℃制成电解锰饱和溶液，在搅拌下加入NH4F和MgF2，NH4F的加入量为电解锰饱和溶液的千分之一，MgF2加入量为电解锰饱和溶液的万分之一，搅拌1h，反应后常温静置36h抽滤，获得电解锰合格溶液；
电解：将电解锰合格溶液倒入隔膜电解槽中，将电解槽置于恒温水浴中，水浴温度控制为恒温40℃，隔膜电解槽通入直流电进行电解反应，反应48h；
后处理：将电解后的阴极板从电解槽中取出，沥干，放入3％重铬酸钾溶液中钝化，然后用热水冲洗，热风快速吹干，再用烘箱烘干，烘箱温度为80℃，将烘干的金属锰从阴极板上剥离下来，称重包装，将未剥离干净的阴极板放入阳极液中浸泡，使阴极板上残锰溶解掉，然后将阴极板放入7％硝酸溶液与3％重铬酸钾溶液的配比为1:3的混合溶液中浸泡4min，取出用水冲洗干净，下次待用；对于阳极板，用小刀和毛刷将阳极板表面阳极泥刮干净，避免下次使用时附着在阳极板上的阳极泥影响阳极的导电性。
实施例4
一种电解金属锰的生产工艺，包括以下步骤：
浸出：将碳酸锰矿破碎磨成矿粉放入搅拌机内，按照固液比为1:6加入蒸馏水搅拌均匀，按照碳酸锰矿与浓硫酸之比为1:0.6缓慢加入浓硫酸，发生化合反应放热使浸出体系温度达到80℃，反应2h，最后加入表面活性剂搅拌均匀制成矿浆；
中和除铁：用氨水将矿浆的pH值调节到5.5，向矿浆中吹入热空气，使体系中Fe2+氧化成Fe3+，继续用氨水将矿浆的pH值调节到6.6，静置0.5～2h使Fe3+水解沉淀于矿浆中，通过抽滤固液分离后，获得粗制硫酸锰溶液；
除重金属：在搅拌下，向粗制硫酸锰溶液中加入浓度为10％福美钠溶液，净化时间2h，定性检测重金属合格后，用滤布过滤，过滤液流入静置池中，加入活性炭、SeO2、(NH4)2SO4以及以淀粉、壳聚糖、木质素和植物胶为原料制备而成的天然高分子有机絮凝剂，静置36h，再次用滤布过滤即得精制电解锰溶液；
除镁：将精制电解锰溶液置于磁力搅拌容器中，用水浴控制温度90℃制成电解锰饱和溶液，在搅拌下加入NH4F和MgF2，NH4F的加入量为电解锰饱和溶液的千分之一，MgF2加入量为电解锰饱和溶液的万分之一，搅拌2h，反应后常温静置36h抽滤，获得电解锰合格溶液；
电解：将电解锰合格溶液倒入隔膜电解槽中，将电解槽置于恒温水浴中，水浴温度控制为恒温40℃，隔膜电解槽通入直流电进行电解反应，反应48h；
后处理：将电解后的阴极板从电解槽中取出，沥干，放入3％重铬酸钾溶液中钝化，然后用热水冲洗，热风快速吹干，再用烘箱烘干，烘箱温度为80℃，将烘干的金属锰从阴极板上剥离下来，称重包装，将未剥离干净的阴极板放入阳极液中浸泡，使阴极板上残锰溶解掉，然后将阴极板放入7％硝酸溶液与3％重铬酸钾溶液的配比为1:3的混合溶液中浸泡5min，取出用水冲洗干净，下次待用；对于阳极板，用小刀和毛刷将阳极板表面阳极泥刮干净，避免下次使用时附着在阳极板上的阳极泥影响阳极的导电性。
若在电解过程初期，阴极板上若锰产品有爆板、起壳现象，应取出极板，将产品溶掉后再次使用，若多次重复操作仍有起爆或起壳现象，必须重新换一个阴极板进行电解，原阴极板进行抛光处理。
阴极板剥离后，进行清洗，并将表面平整的阴极板放在指定位置备用，挑出严重发毛的阴极板送抛光槽进行抛光处理。
电解槽运行一定时间后，必须将阳极板和隔膜框吊出，进行清槽处理，清理出的阳极泥转运到指定位置堆放处理。阳极板和隔膜框经过清理和修补后，重复使用。
电解槽溢流的阳极液，通过阳极液溜槽，送至阳极液储池可以作为浸出液循环利用。
上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种电解金属锰的生产工艺，其特征在于：包括以下步骤：
浸出：将碳酸锰矿破碎磨成矿粉放入搅拌机内，按照固液比为1:4～6加入蒸馏水搅拌均匀，按照碳酸锰矿与浓硫酸之比为1:0.3～0.6缓慢加入浓硫酸，发生化合反应放热使浸出体系温度达到60～80℃，反应2～4h，最后加入表面活性剂搅拌均匀制成矿浆；
中和除铁：用氨水将矿浆的pH值调节到5.0～5.5，向矿浆中吹入热空气，使体系中Fe2+氧化成Fe3+，继续用氨水将矿浆的pH值调节到6.0～7.0，静置0.5～2h使Fe3+水解沉淀于矿浆中，通过抽滤固液分离后，获得粗制硫酸锰溶液；
除重金属：在搅拌下，向粗制硫酸锰溶液中加入浓度为10％福美钠溶液，净化时间1～2h，定性检测重金属合格后，用滤布过滤，过滤液流入静置池中，加入活性炭、抗氧化剂、电解添加剂以及有机絮凝剂，静置24～36h，再次用滤布过滤即得精制电解锰溶液；
除镁：将精制电解锰溶液置于磁力搅拌容器中，用水浴控制温度85～90℃制成电解锰饱和溶液，在搅拌下加入NH4F和MgF2，搅拌1～2h，反应后常温静置24～36h抽滤，获得电解锰合格溶液；
电解：将电解锰合格溶液倒入隔膜电解槽中，将电解槽置于恒温水浴中，水浴温度控制为恒温40℃，隔膜电解槽通入直流电进行电解反应，反应36～48h；
后处理：将电解后的阴极板从电解槽中取出，沥干，放入钝化液中钝化，然后用热水冲洗，热风快速吹干，再用烘箱烘干，将烘干的金属锰从阴极板上剥离下来，称重包装，将未剥离干净的阴极板放入阳极液中浸泡，使阴极板上残锰溶解掉，然后将阴极板放入洗液中浸泡3～5min，取出用水冲洗干净，下次重复使用。
2.根据权利要求1所述的电解金属锰的生产工艺，其特征在于：所述抗氧化剂为SeO2，所述电解添加剂为(NH4)2SO4，所述有机絮凝剂为以淀粉、壳聚糖、木质素和植物胶为原料制备而成的天然高分子有机絮凝剂。
3.根据权利要求1所述的电解金属锰的生产工艺，其特征在于：所述后处理步骤中烘箱温度为70～80℃，所述钝化液为3％重铬酸钾溶液，所述洗液中7％硝酸溶液与3％重铬酸钾溶液的配比为1:2～3。
4.根据权利要求1所述的电解金属锰的生产工艺，其特征在于：所述NH4F的加入量为电解锰饱和溶液的千分之一，所述MgF2加入量为电解锰饱和溶液的万分之一。
5.根据权利要求1所述的电解金属锰的生产工艺，其特征在于：所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、二甲基硅油、二乙二醇单丁醚、壬基酚聚氧乙烯醚中的任意一种或多种的组合物。
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