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【西安矿源】|| 电解金属锰的概述

作者:admin 发布日期:2019/5/28 关注次数: 二维码分享

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一、概述

电解锰生产仅四十年左右的历史。1930年美国矿业局开始试验,1935年基本获得成功。电锰公司 Knoxville厂于1939年投入了工业规模的生产[24。此后,英国、德国、日本等国都相继发展了电解锰生产。近几年来南非的电解锰生产获得了很快的发展,1970年产量达9500吨,1971年发展到12500吨。资本主义国家中生产量很大的是美国。1969年美国消耗电解锰28000多吨,主要用于低镍合金钢、不锈钢中以锰代替镍,同时在铝工业中亦大量使用电解锰。日本电解锰产量1968年为7756吨,1969年为7956吨56)。主要产品有含锰在99.9%的脱氧添加剂,有含锰在92~94%、含氮
5~7%的氮化锰,有含锰在998%的粉状产品。

电解金属锰的特点是产品纯净,含锰达99.8%以上,几乎没有硫、磷、碳等杂质,而且可以利用贫锰矿石制取。

电解锰具有硬而脆的特性。纯金属锰是不能加工的,当加入2%铜和1%镍后,就变成可锻的合金。

电解锰主要用于钢铁及有色合金方面作为净化剂、脱氧剂和合金添加剂,特别是生产不锈钢用量大。用低镍的铬锰钢代替镍铬钢,具有相同的抗腐性能。所以电解锰的发展为我国以锰代镍的钢种生产开辟了前景。在冶炼特殊钢,要求含碳和含磷低时,也必须用电解锰。另外,电解锰也用于化学、医药、食品、分析、催化及科研等方面。如日本电解锰使用比例如下:特殊钢占40%;镍铜合金生产占25%;轻合金占15%;化学药品占20%。H本在生产不锈钢、低碳钢、高速钢等钢种时,均广泛应用电解锰。我国电解锰(包括电热法金属锰)主要用于不锈钢生产,约占总用量的75%;其次是滚珠钢,约占15%;其他部门的用量约占10%。我国冶金工业部颁电解金属锰标准参见下表

二、电解原理

电解锰可用贫锰矿制取。一般将碳酸锰矿和氧化锰矿还原焙烧成的氧化亚锰与硫酸作用,制成纯净的硫酸锰溶液,再进行电解而成。某厂电解锰对锰矿石的质量要求列于表电解錳对餂矿石质量要求

电解锰对锰矿石质量要求


锰矿石与硫酸的反应过程如下:

MnO+H2SO4→MnSO4+H2O
MncO3+H2so4+MnSO4+CO2+H,O

酸、碱、盐之水溶液均能离解成带正负性的阳阴离子,水虽是弱电解质,但亦能部分离解,因此,它们呈如下平衡

MnSO 2Mn++so

在通入直流电下,已离解的正负离子分别往与本身电性相反的阴阳极移动,发生电极放电作用。锰离子在阴极上放电形成金属锰沉积在阴极上

Mn+ ->M

在电解过程中,总的反应式如下:

MnSO4+H20*Mn++H2SO,+-4-02t

反应式右边说明,锰沉积于阴极上,自阳极逸出,产生的硫酸可在浸出过程中循坏应用。

三、工艺程及技术枭

电解过程主要为两大工序,一是备合格的硫酸锰压滤液,二是合格溶液进行电解。电解金属锰的原则工艺流程如图


电解金属锰原则流程

1.制液

锰矿石与硫酸浸出后获得的粗制溶液,加入适量的二氧化锰以氧化除铁,再加压滤一硫化渣氨水、石灰乳,中和余酸,压滤除渣,滤液中尚含有钴、镍等杂质,加人硫化
铵,使共沉淀过滤,获得电终送电解的合格溶液。

从电动势来看,锰悬一种能从水溶液中电解出的金属。因此它的产生一方面要求在电解操作时严格控制生产条件,同时对硗酸锰溶液有严格的要求。下表所列是目前我国电解合格溶液的成分与杂质含量的要求。

电解合格液标准


电解锰对钴、镍要求特别严格,如果钴、镍含量超过要求,电流效率显著下降,甚至不能使锰电解沉积
2.电解
电解除对电解液有严格要求外,在电解时还要严格控制技术操作条件,如电解温度、电流密度、电解槽中含锰浓度、进液和排出液流速、酸碱度(pH)等,都要严加控制。下表是电解时槽液成分及其他电解条件。

电解福福波成分及条件



实际上,电解条件是互为影响的,若槽液pH降低,含锰稍高或pH稍高,含锰稍低亦能正常电解。因此,在一定的条件下,含锰可超出表6-4中规定范围,可波动在8~9之间。一般说来,槽液中含锰量过低或过高都影响电流效率,因过低时阴极附近锰离子浓度低,在电流密度不变的情况下,单位时间内产量小,浓差极化作用显著加强,结晶生成速度缓慢,容易发生龟裂现象。锰离子浓度过亩,山于电积层附近锰离子过剩,锰离子迁移速度相对降低,致使锰的进一步电解析出发生困难。

电解是在通入直流电的电解槽中进行的。电解槽中相间放置阴阳电极板,阴极板采用耐酸不锈钢薄板,阳极板为铅锡银合金(P60~65%,Sn30~35%,Ag1~2%),电解周期一般为24小时,电解沉积好了的阴极板定期取出(同时放人新的阴极板),清洗、烘干、剥离、整装即为电解锰成品。

四、主要技术经济指据

1.电解锰成分

电解锰的成分随着生产方法及用途不同而有不同的成分。如我国用汞齐法生产的电解锰,纯度达9995~99.99%;用硫酸锰溶液生产的普通电解锰产品含锰在99.8%以上。下表是我国用碳酸锰矿石和高价氧化锰矿石经还原焙烧制成的合格硫酸锰溶液进行电解的电解锰成分。

2.原料消耗及生产成本

电解锰生产主要取决于锰矿石、氨、硫酸的供应和廉价电的来源,其中主要的是锰矿石和电力消耗。锰矿石的消耗量是随矿石中含锰的多少以及锰矿石在浸出、电解过程中的浸出率、回收率面异。国内某厂每吨电解锰的消耗定额及

电解锰成分


成本组成如表。如果在水电比较发达的地区和在矿区附近利用廉价的贫锰矿或尾矿进行电解,则电费及矿石费用可大为降低。

电解锰消耗定额及成本组成



3.技术经济综合指标
目前生产电解锰主要是用碳酸锰矿和氧化锰矿石经过焙烧后生成的一氧化锰用硫酸浸出,电解制成。用碳酸锰矿的优点是矿石可直接浸出,但浸出时需要加温至90~95C。用氧化锰矿则相反,矿石需要先经过还原焙烧,将四价的二氧化锰还原成二价的一氧化锰方能与硫酸反应浸出。下表是它们的技术经济比较数据。


技术经济比较数据


随者冶金工业及其他工业的发展,对其产品质量要求越来越高,因此,对电解金属锰的产量、质量要求亦愈高。我国电解锰产量不断增加,质量也不断提高,生产含锰在99,99%以上的高纯度产品。在工艺流程上,有采用一{化硫直接浸出氧化锰矿的工艺;有采用有色冶炼厂烟道中含二氧化硫废气经过泡沫吸收、浸出塔浸出氧化锰矿石进行电解的新工艺:有用中和法从含锰酸性废水中回收氢氧化锰,再以硫酸浸取制备电解锰的综合利用流程。我国电解锰不仅用于不锈钢,而且还广泛用于在各种特殊钢中以锰代镍。日本电解锰生产品种较多。由于电解锰均呈碎片状,使用时不易沉入炉底,操作不便,影响回收率,故多压成0。1~1。0公斤的压块。压制时不添加任何粘合剂,不影响纯度又能脱氡,故兼有脱氢电解锰(H<00006)的特点。日本电解锰除在钢铁工业中应用外,还广泛地应用在有色金属及化学药品等部门。在美国由于锰矿资源的贫乏,多利用贫锰矿石和冾炼锰铁炉渣进行电解,生产含锰99%的电解锰及含氢4。6~6%的氮化锰应用在不锈钢(以锰代镍)和低镍合金钢中,大大地促进了电解锰的产。同时在铝工业中亦大垦使用电解锰,消耗率已增至15%,并有继续发展的趋势。

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