CN112551591B - 一种电解金属锰阳极泥制备高纯硫酸锰合格液的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电解金属锰阳极泥制备高纯硫酸锰合格液的方法，包括以下步骤：电解金属锰阳极泥依次加入水、碳酸盐溶液、酸溶液、水清洗，获得低钙镁、低酸含量的阳极泥，低钙镁、低酸含量的阳极泥除钾，中和，去除沉淀，得硫酸锰合格液。通过本发明能高效的去除电解金属锰阳极泥中的Ca、Mg、K、Na等金属杂质，得到能用于制备高纯硫酸锰的结晶母液。
Description
技术领域
本发明涉及电解金属锰阳极泥处理技术领域，尤其是一种电解金属锰阳极泥制备高纯硫酸锰合格液的方法。
背景技术
电解金属锰阳极泥是电解金属锰生产时电解液中少量Mn2+在阳极板上放电生成MnO2，积累在阳极板上形成的副产物。由于阳极泥中含有Pb、Se、Co、Ca、Mg等杂质，且电解锰阳极泥的矿物组成与结构复杂，其中的铅与锰的水合氧化物共生关系十分密切，大多数晶形发育不完善，因此采用机械分选方法不能提纯锰及回收铅，导致目前国内大多数生产厂家没有合适的方法进行回收利用，而是作为工业固体废物堆存或廉价出售，造成资源浪费和环境污染。
目前，国家已经明确将电解锰阳极渣列入危废管理，今后将阳极渣直接外售的做法已行不通，单如果常规堆放，又会占用土地，降低企业的经济效益，因此，公司阳极渣的处理问题已迫在眉睫。
据分析测试，阳极泥中Mn含量42~55％左右，Pb含量在5%左右，是一种很好的锰资源和铅资源，如果能去除其中的Ca、Mg、K、Na等金属杂质，将阳极泥有效的回收利用，那么对于阳极泥的资源化回收利用和环境保护将具有重大意义。
发明内容
本发明公开了一种电解金属锰阳极泥制备高纯硫酸锰合格液的方法，能高效的去除电解金属锰阳极泥中的Ca、Mg、K、Na等金属杂质，得到能用于制备高纯硫酸锰的结晶母液。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种电解金属锰阳极泥制备高纯硫酸锰合格液的方法，其特征在于包括以下步骤：
S1. 电解金属锰阳极泥加入水清洗，过滤，清洗和过滤操作不重复或重复1~3次，得阳极泥一洗渣和阳极泥一洗液；
S2. 阳极泥一洗渣加入碳酸盐溶液清洗，过滤，得阳极泥二洗渣和阳极泥二洗液；
S3. 阳极泥二洗渣加入酸溶液清洗，过滤，得阳极泥三洗渣和阳极泥三洗液，所述阳极泥三洗渣低钙镁杂质含量的阳极泥；
S4. 阳极泥三洗渣用水清洗1~3次，过滤，得低钙镁、低酸含量的阳极泥；
S5. 低钙镁、低酸含量的阳极泥除钾，中和，去除沉淀，得硫酸锰合格液。
进一步的，所述步骤S5中，除钾具体包括以下步骤：低钙镁、低酸含量的阳极泥加入水、硫酸和铁粉，再加入还原剂，反应接近终点时，控制溶液的pH值在1.2~2.5之间。更进一步的，低钙镁、低酸含量的阳极泥加入水、硫酸和铁粉，再加入还原剂，其中，还原剂为双氧水，低钙镁、低酸含量的阳极泥与水的固液比为1:2~10g/ml，酸矿质量比为1:0.5~2.0，铁粉的用量为0.01~20g/L，双氧水的重量为低钙镁、低酸含量的阳极泥干重的0.5~2.0倍，还原剂反应完全后，控制溶液的pH值在1.2~2.5之间，升高温度至85~98℃。
进一步的，所述步骤S4过滤得的阳极泥终洗液返回至步骤S1替换水；
和/或
返回至步骤S2作为碳酸盐溶液的溶剂；
和/或
返回至步骤S3作为酸溶液的溶剂。
进一步的，所述碳酸盐溶液为碳酸钠溶液或碳酸钾溶液。
进一步的，所述酸溶液为无机酸或醋酸。
进一步的，所述步骤S1中，电解金属锰阳极泥与水的固液比为1:2~10g/mL。
进一步的，所述步骤S2中，所述碳酸盐溶液的质量百分数为1~40%，固液比为1:2~10g/mL；
所述步骤S3中，酸矿质量比为0.005~0.1，固液比为1:2~10g/mL。
进一步的，所述步骤S4中，电解金属锰阳极泥与水的固液比为1:2~10g/mL。
进一步的，所述步骤S5中，中和时还包括以下步骤：加入硫化铵或硫化锰除重金属。
步骤S5中，中和时pH值调节至4.9~5.5。
以上所述的电解金属锰阳极泥制备高纯硫酸锰合格液的方法，步骤S1加入清水，清洗可溶性二价锰和硫酸铵；步骤S2加入碳酸钠溶液沉淀钙、镁，将粘结在阳极泥胶体中的硫酸钙和硫酸镁转化为碳酸钙和碳酸镁；步骤S3加入酸溶液溶解碳酸钙和碳酸镁，将钙、镁转化为可溶性的Ca2+和Mg2+，充分反应后进行固液分离即可去除阳极泥中的钙镁；步骤S4中再经过清水洗涤1~3次，可去除酸根离子；步骤S5去除K+，与此同时，也可以去除Na+，经过步骤S5处理后的溶液中Ca含量低于70mg/L，Mg含量低于30mg/L，K含量低于40mg/L，Na含量低于50mg/L，中和后结晶，结晶获得的硫酸锰可达到电池级硫酸锰的指标，实现金属锰阳极泥的高效资源回收利用。
进一步的，本发明通过加入水、硫酸、铁和双氧水，以黄钾铁矾沉淀法去除K+，处理后的溶液中K含量低于40mg/L，最低的仅为0.14 mg/L，具有良好的除K效果，同时，也可以去除一定的Na+，可很好的提高硫酸锰的纯度，提高硫酸锰的质量。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于以下实施例。
试验过程采用中试厂阳极泥作为原料，原料分析结果如下表：
表1 阳极泥检测分析结果
实施例1
一种电解金属锰阳极泥制备高纯硫酸锰合格液的方法，包括以下步骤：
S1. 电解金属锰阳极泥加入水清洗，电解金属锰阳极泥与水的固液比为1: 8g/mL，搅拌30min，过滤，得阳极泥一洗渣和阳极泥一洗液，此步骤清洗可溶性二价锰和硫酸铵；
S2. 阳极泥一洗渣加入碳酸钠溶液清洗，碳酸钠溶液的质量百分数为2%，固液比为1: 4g/mL，搅拌反应120min，过滤，得阳极泥二洗渣和阳极泥二洗液，此步骤将粘结在阳极泥胶体中的硫酸钙和硫酸镁转化为碳酸钙和碳酸镁；
S3. 阳极泥二洗渣加入盐酸溶液清洗，固液比为1: 3g/mL，酸矿质量比为0.01，过滤，得阳极泥三洗渣和阳极泥三洗液，所述阳极泥三洗渣低钙镁杂质含量的阳极泥，此步骤将钙、镁转化为可溶性的Ca2+和Mg2+，充分反应后进行固液分离即可去除阳极泥中的钙镁。
S4. 阳极泥三洗渣用水清洗2次，过滤，此步骤清洗钠离子和氯离子，得低钙镁、低酸含量的阳极泥，其中，第2次清洗的洗水返回至步骤S2用于制备碳酸钠溶液，第1次清洗的洗水返回至步骤S3用于制备盐酸溶液。
S5. 低钙镁、低酸含量的阳极泥按照固液比1:2g/mL加入水，按酸矿质量比1:1加入硫酸反应，按7.5g/L加入铁粉反应0.5h后，再加入双氧水，用量为预处理后渣干重的1.3倍进行反应，反应过程中要慢慢滴加双氧水，如果双氧水加入过快会出现冒槽现象，反应时间2.5h，反应接近终点时，控制溶液的pH值在1.2~2.5之间，将温度升高至90~95℃，待沉淀完全，如果溶液pH值超过3.0时，溶液中的Fe3+会水解形成氢氧化铁沉淀，如果pH值低于1.2时，后面的除K、Na比较困难，所以在浸出过程中要控制好溶液的pH值。
加入金属锰粉中和，调节pH至5.2，过滤除去沉淀，得高纯硫酸锰合格液。
用上述母液来结晶，结晶产率为72.39%。
步骤S1测试数据：
步骤S3测试数据：
洗渣中Ca、Mg的测试数据：
实施例2
本实施例步骤S1~S4与实施例1相同。
S5. 低钙镁、低酸含量的阳极泥按照固液比1:3g/mL加入水，按酸矿质量比1:1.1加入硫酸反应，按7g/L加入铁粉反应0.5h后，再加入双氧水用量为预处理后渣干重的1.1倍进行反应，反应过程中要慢慢滴加双氧水，如果双氧水加入过快会出现冒槽现象，反应时间2.5h，反应接近终点时，控制溶液的pH值在1.2~2.5之间，将温度升高至90~95℃，待沉淀完全，如果溶液pH值超过3.0时，溶液中的Fe3+会水解形成氢氧化铁沉淀，如果pH值低1.2时，后面的除K、Na比较困难，所以在浸出过程中要控制好溶液的pH值。
加入金属锰粉中和，调节pH至5.0，过滤除去沉淀，得高纯硫酸锰合格液。
用上述母液来结晶，结晶产率为70.75%。
实施例3
一种电解金属锰阳极泥制备高纯硫酸锰合格液的方法，包括以下步骤：
S1. 电解金属锰阳极泥加入水清洗，电解金属锰阳极泥与水的固液比为1: 2g/mL，搅拌30min，过滤，重复3次，得阳极泥一洗渣和阳极泥一洗液，此步骤清洗可溶性二价锰和硫酸铵；
S2. 阳极泥一洗渣加入碳酸钠溶液清洗，碳酸钠溶液的质量百分数为2%，固液比为1: 4g/mL，搅拌反应120min，过滤，得阳极泥二洗渣和阳极泥二洗液，此步骤将粘结在阳极泥胶体中的硫酸钙和硫酸镁转化为碳酸钙和碳酸镁；
S3. 阳极泥二洗渣加入盐酸溶液清洗，固液比为1: 3g/mL，酸矿质量比为0.01，过滤，得阳极泥三洗渣和阳极泥三洗液，所述阳极泥三洗渣低钙镁杂质含量的阳极泥，此步骤将钙、镁转化为可溶性的Ca2+和Mg2+，充分反应后进行固液分离即可去除阳极泥中的钙镁。
S4. 阳极泥三洗渣用水清洗2次，过滤，此步骤清洗钠离子和氯离子，得低钙镁、低酸含量的阳极泥，其中，第2次清洗的洗水返回至步骤S2用于制备碳酸钠溶液，第1次清洗的洗水返回至步骤S3用于制备盐酸溶液。
S5. 低钙镁、低酸含量的阳极泥按照固液比1:2.5g/mL加入水，按酸矿质量比1:1加入硫酸反应，按8g/L加入铁粉反应0.5h后，再加入双氧水，用量为预处理后渣干重的1.3倍进行反应，反应过程中要慢慢滴加双氧水，如果双氧水加入过快会出现冒槽现象，反应时间2.5h，反应接近终点时，控制溶液的pH值在1.2~2.5之间，将温度升高至90~95℃，待沉淀完全，如果溶液pH值超过3.0时，溶液中的Fe3+会水解形成氢氧化铁沉淀，如果pH值低于1.2时，后面的除K、Na比较困难，所以在浸出过程中要控制好溶液的pH值。
加入金属锰粉中和，调节pH至5.3，过滤除去沉淀，得高纯硫酸锰合格液。
用上述母液来结晶，结晶产率为71.57%。
步骤S1测试数据：
步骤S3测试数据：
洗渣中Ca、Mg的测试数据：
实施例4
一种电解金属锰阳极泥制备高纯硫酸锰合格液的方法，包括以下步骤：
S1. 电解金属锰阳极泥加入水清洗，电解金属锰阳极泥与水的固液比为1: 8g/mL，搅拌40min，过滤，得阳极泥一洗渣和阳极泥一洗液，此步骤清洗可溶性二价锰和硫酸铵；
S2. 阳极泥一洗渣加入碳酸钠溶液清洗，碳酸钠溶液的质量百分数为2%，固液比为1: 4g/mL，搅拌反应120min，过滤，得阳极泥二洗渣和阳极泥二洗液，此步骤将粘结在阳极泥胶体中的硫酸钙和硫酸镁转化为碳酸钙和碳酸镁；
S3. 阳极泥二洗渣加入硝酸溶液清洗，固液比为1: 3g/mL，酸矿质量比为0.009，得阳极泥三洗渣和阳极泥三洗液，所述阳极泥三洗渣低钙镁杂质含量的阳极泥，此步骤将钙、镁转化为可溶性的Ca2+和Mg2+，充分反应后进行固液分离即可去除阳极泥中的钙镁。
S4. 阳极泥三洗渣用水清洗2次，过滤，此步骤清洗钠离子和硝酸根离子，得低钙镁、低酸含量的阳极泥，其中，第2次清洗的洗水返回至步骤S2用于制备碳酸钠溶液，第1次清洗的洗水返回至步骤S3用于制备硝酸溶液。
S5. 低钙镁、低酸含量的阳极泥按照固液比1:2.5g/mL加入水，按酸矿质量比1:1加入硫酸反应，按7.5g/L加入铁粉反应0.5h后，再加入双氧水，用量为预处理后渣干重的1.3倍进行反应，反应过程中要慢慢滴加双氧水，如果双氧水加入过快会出现冒槽现象，反应时间2.5h，反应接近终点时，控制溶液的pH值在1.2~2.5之间，将温度升高至90~95℃，待沉淀完全，如果溶液pH值超过3.0时，溶液中的Fe3+会水解形成氢氧化铁沉淀，如果pH值低于1.2时，后面的除K、Na比较困难，所以在浸出过程中要控制好溶液的pH值。
加入金属锰粉中和，调节pH至5.2，过滤除去沉淀，得高纯硫酸锰合格液。
用上述母液来结晶，结晶产率为70.87%。
步骤S1测试数据：
步骤S3测试数据：
洗渣中Ca、Mg的测试数据：
实施例5
本实施例步骤S1~S4与实施例1相同，步骤S5与实施例1基本相同，但在加入金属锰粉中和时，加入2g/L的硫化铵进行除重金属（主要除Fe），反应0.5h，之后再过滤去除沉淀，得高纯硫酸锰合格液。
用上述母液来结晶，结晶产率为71.59 %。
实施例1~6阳极预处理后渣结晶合格液检测结果见下表：
结晶后的硫酸锰产品测试数据如下：
结论：经过除Ca、Mg的阳极泥浸出中和后，获得的合格液用于结晶，结晶产品的钙镁以及主含量都达到电池级高纯硫酸锰的合格要求。
Claims (9)
1.一种电解金属锰阳极泥制备高纯硫酸锰合格液的方法，其特征在于包括以下步骤：
S1. 电解金属锰阳极泥加入水清洗，过滤，清洗和过滤操作不重复或重复1~3次，得阳极泥一洗渣和阳极泥一洗液；
S2. 阳极泥一洗渣加入碳酸盐溶液清洗，过滤，得阳极泥二洗渣和阳极泥二洗液；
S3. 阳极泥二洗渣加入酸溶液清洗，过滤，得阳极泥三洗渣和阳极泥三洗液，所述阳极泥三洗渣低钙镁杂质含量的阳极泥；
S4. 阳极泥三洗渣用水清洗1~3次，过滤，得低钙镁、低酸含量的阳极泥；
S5. 低钙镁、低酸含量的阳极泥除钾，中和，去除沉淀，得硫酸锰合格液；
所述步骤S5中，除钾具体包括以下步骤：低钙镁、低酸含量的阳极泥加入水、硫酸和铁粉，再加入还原剂，反应接近终点时，控制溶液的pH值在1.2~2.5之间；还原剂为双氧水。
2.根据权利要求1所述的电解金属锰阳极泥制备高纯硫酸锰合格液的方法，其特征在于：
低钙镁、低酸含量的阳极泥加入水、硫酸和铁粉，再加入还原剂，其中，低钙镁、低酸含量的阳极泥与水的固液比为1:2~10g/ml，酸矿质量比为1:0.5~2.0，铁粉的用量为0.01~20g/L，双氧水的重量为低钙镁、低酸含量的阳极泥干重的0.5~2.0倍，还原剂反应完全后，控制溶液的pH值在1.2~2.5之间，升高温度至85~98℃。
3.根据权利要求1或2所述的电解金属锰阳极泥制备高纯硫酸锰合格液的方法，其特征在于：
所述步骤S4过滤得的阳极泥终洗液返回至步骤S1替换水；
和/或
返回至步骤S2作为碳酸盐溶液的溶剂；
和/或
返回至步骤S3作为酸溶液的溶剂。
4.根据权利要求1或2所述的电解金属锰阳极泥制备高纯硫酸锰合格液的方法，其特征在于：
所述碳酸盐溶液为碳酸钠溶液或碳酸钾溶液。
5.根据权利要求1或2所述的电解金属锰阳极泥制备高纯硫酸锰合格液的方法，其特征在于：
所述酸溶液为无机酸或醋酸。
6.根据权利要求1或2所述的电解金属锰阳极泥制备高纯硫酸锰合格液的方法，其特征在于：
所述步骤S1中，电解金属锰阳极泥与水的固液比为1:2~10g/mL。
7.根据权利要求1或2所述的电解金属锰阳极泥制备高纯硫酸锰合格液的方法，其特征在于：
所述步骤S2中，所述碳酸盐溶液的质量百分数为1~40%，固液比为1:2~10g/mL；
所述步骤S3中，酸矿质量比为0.005~0.1，固液比为1:2~10g/mL。
8.根据权利要求1或2所述的电解金属锰阳极泥制备高纯硫酸锰合格液的方法，其特征在于：
所述步骤S4中，电解金属锰阳极泥与水的固液比为1:2~10g/mL。
9.根据权利要求4所述的电解金属锰阳极泥制备高纯硫酸锰合格液的方法，其特征在于：
所述步骤S5中，中和时还包括以下步骤：加入硫化铵或硫化锰除重金属。
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Address after: 532399 Xialei Town, Daxin County, Chongzuo City, Guangxi Zhuang Autonomous Region Applicant after: Daxin Manganese Mine Branch of Nanfang Manganese Industry Group Co.,Ltd. Address before: 532200 Daxin Manganese Mine, Xialei Town, Daxin County, Chongzuo City, Guangxi Zhuang Autonomous Region Applicant before: DAXIN MANGANESE MINE BRANCH OF CITIC DAMENG MINING INDUSTRIES Ltd. |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20221028 Address after: 532399 Xialei Town, Daxin County, Chongzuo City, Guangxi Zhuang Autonomous Region Applicant after: Daxin Manganese Mine Branch of Nanfang Manganese Industry Group Co.,Ltd. Applicant after: Nanfang Manganese Industry Group Co.,Ltd. Address before: 532399 Xialei Town, Daxin County, Chongzuo City, Guangxi Zhuang Autonomous Region Applicant before: Daxin Manganese Mine Branch of Nanfang Manganese Industry Group Co.,Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |