一種電解錳電解工序中的節(jié)能工藝制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種電解錳電解工序中的節(jié)能工藝，在普通的電解錳電解工序中，引入脈沖電源，通過設(shè)置合適的脈沖參數(shù)，輸出合適的脈沖頻率、占空比、平均電流密度，開始發(fā)生電析作用，在陰極板上析出金屬錳，陽極板析出氧氣，對(duì)電析產(chǎn)物進(jìn)行鈍化、水洗、烘干、剝離等處理，獲得金屬錳產(chǎn)品；本發(fā)明專利技術(shù)技術(shù)方案提供的脈沖電解能夠有效提高電解金屬錳電流效率、改善鍍層質(zhì)量以及減少陽極泥產(chǎn)生量，電解時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)20h，爆板率低，對(duì)應(yīng)單板產(chǎn)量高。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及電解錳領(lǐng)域，具體涉及一種電解錳電解工序中的節(jié)能工藝。
技術(shù)介紹
金屬錳的提煉方式主要有熱法(火法)和電解法(濕法)兩種，熱法生產(chǎn)(金屬錳)純度不超過95～98％，而純的金屬錳則是由電解法制備(電解金屬錳)，其純度可達(dá)99.7～99.9％以上。現(xiàn)在，電解法生產(chǎn)已成為金屬錳生產(chǎn)的主要方式，主要原材料錳礦為氧化錳礦和碳酸錳礦兩大類，除前工序制液方式不盡相同外，電解生產(chǎn)工藝基本相同。碳酸錳礦是直接利用硫酸與碳酸錳化合反應(yīng)制取硫酸錳溶液，再通過中和、凈化、過濾等一系列工藝制備為電解液，經(jīng)加入添加劑如二氧化硒、亞硫酸銨等即可進(jìn)入電解槽進(jìn)行電解；利用二氧化錳生產(chǎn)電解錳的工藝與用碳酸錳生產(chǎn)工藝有所差別，主要是二氧化錳在一般條件下不與硫酸反應(yīng)，必須經(jīng)處理為二價(jià)錳后再與硫酸反應(yīng)制備硫酸錳溶液，其處理方法一般為焙燒法，是將二氧化錳與還原性物質(zhì)(一般為煤炭)共同混合后密閉加熱，在一定溫度下C將四價(jià)錳還原為二價(jià)錳，粉碎后與硫酸反應(yīng)，這種方法稱為焙燒法；另一種方法是稱為兩礦法的，即是用二氧化錳礦粉和硫鐵礦在硫酸作用下發(fā)生氧化還原反應(yīng)來制備硫酸錳。不過這兩種方法由于成本較高，業(yè)內(nèi)基本不與采用，其中，焙燒法較之于兩礦法更為普遍。目前整個(gè)電解錳工藝流程中，電解金屬錳生產(chǎn)工藝流程主要分兩個(gè)階段：制備電解溶液和電解工序，而電解工序占總能耗的90％左右。由于工藝技術(shù)落后，每生產(chǎn)1t電解金屬錳需要消耗直流電5800kW·h～7000kW·h，電解過程的電流效率僅為65～74％，近30％的直流電耗散在非平衡態(tài)過程中而無法有效利用。同時(shí)，陽極板平均使用壽命不足18個(gè)月，對(duì)一個(gè)年產(chǎn)3萬噸電解金屬錳的企業(yè)來說，每年陽極板消耗近1200萬元。陽極板受電化學(xué)腐蝕而溶解，導(dǎo)致二價(jià)鉛離子在陰極電沉積析出進(jìn)入金屬錳中，使電解錳的純度降低、金屬錳表面形成晶枝而使陰陽極短路，降低直流電效率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)提供了一種電解錳電解工序中的節(jié)能工藝，有效的提高電解效率，提高電流利用率，改善鍍層質(zhì)量以及減少陽極泥產(chǎn)生量。本專利技術(shù)是通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：一種電解錳電解工序中的節(jié)能工藝，包括以下步驟：1)采用脈沖電源作為電源；2)向隔模電解槽注入水溶電解液，接通脈沖電源，設(shè)置參數(shù)，開始發(fā)生電析作用，在陰極板上析出金屬錳，陽極板析出氧氣；對(duì)電析產(chǎn)物進(jìn)行鈍化、水洗、烘干、剝離等處理，獲得金屬錳產(chǎn)品。進(jìn)一步的，步驟2)所述的中脈沖電源設(shè)置參數(shù)為：脈沖平均電流密度為300A/m2，占空比為0.5，脈沖頻率為500Hz。進(jìn)一步的，步驟2)所述的中電解液體系為Mn2+/g.L-1＝35-37、(NH4)2SO4/g.L-1＝110-120、SeO2/g.L-1＝0.020、S2-/g.L-1≤0.004、pH＝6.9-7.1。進(jìn)一步的，步驟2)所述的電解過程中，電解液溫度為35-45℃。進(jìn)一步的，步驟2)所述的電解過程中，陽極板為傳統(tǒng)四元合金陽極板，陰極板為常規(guī)電解陰極板。進(jìn)一步的，步驟2)所述的用脈沖電源電解時(shí)間為20h。本專利技術(shù)的有益效果在于：在普通的電解錳電解工序中，引入脈沖電源，通過設(shè)置合適的脈沖參數(shù)，輸出合適的脈沖頻率，占空比、平均電流密度，脈沖電解能夠有效提高電解金屬錳電流效率、改善鍍層質(zhì)量以及減少陽極泥產(chǎn)生量，電解時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)20h，爆板率低，對(duì)應(yīng)單板產(chǎn)量高。本專利技術(shù)過程中，對(duì)電解錳電解工序的研究包括以下內(nèi)容：1、脈沖參數(shù)對(duì)電沉積金屬錳過程的影響脈沖電解主要有三個(gè)參數(shù)：脈沖頻率，占空比和平均電流密度。在脈沖電沉積試驗(yàn)中，可以通過調(diào)節(jié)脈沖導(dǎo)通時(shí)間(ton)、關(guān)斷時(shí)間(toff)和峰值電流密度(Ip)來改變脈沖電解的三個(gè)主要參數(shù)參數(shù)，從而影響錳沉積的電流效率，沉積層的表面形貌以及陽極泥的產(chǎn)生量。電解實(shí)驗(yàn)所采用的電解液體系為：30g·L-1Mn2+、120g·L-1(NH4)2SO4、0.03g·L-1SeO2、pH＝7.0。(1)脈沖頻率的影響脈沖頻率是指在單位時(shí)間內(nèi)電流方向轉(zhuǎn)變的次數(shù)，頻率越高，則金屬離子在陰極上獲得電子被還原為金屬而產(chǎn)生晶核的時(shí)間就越短。通常認(rèn)為脈沖頻率不能過低，否則相當(dāng)于直流，起不到脈沖電鍍的效果；脈沖頻率也不能過高，因?yàn)橛捎谑茈p電層電容效應(yīng)的影響，雙電層的充電時(shí)間需要明顯短與導(dǎo)通時(shí)間，否則電脈沖波形會(huì)受雙電層電容效應(yīng)的影響而變形。同樣，雙電層的放電時(shí)間也應(yīng)比脈沖電流的關(guān)斷時(shí)間短得多。此外，雙電層電容效應(yīng)也會(huì)使得在脈沖電沉積中不能充分發(fā)揮瞬時(shí)高峰值電位的有利作用，鍍層晶粒尺寸反而增大，所以在脈沖電沉積過程中應(yīng)避免導(dǎo)通時(shí)間、關(guān)斷時(shí)間比雙電層的充、放電時(shí)間短，即脈沖頻率不能過高。所以頻率的選擇，直接關(guān)系到錳沉積層的質(zhì)量，選擇合適的頻率對(duì)脈沖電解金屬錳很有意義。固定脈沖平均電流密度為400A/m2、占空比為0.5、電解時(shí)間為t＝2h，通過改變脈沖頻率探究脈沖頻率對(duì)電解金屬錳過程電流效率、陽極泥的產(chǎn)量、以及表面形貌的特征的影響。在電流密度為400A/m2，占空比為0.5的條件下，頻率為500Hz時(shí)的電流效率最高為86.00％，陽極泥的產(chǎn)生量也相對(duì)較低為0.8g。在低頻區(qū)，當(dāng)f＝50Hz時(shí)電流效率相對(duì)較高，雖然陽極泥產(chǎn)生的陽極泥較少為0.7g，但是電流效率相對(duì)較低。當(dāng)頻率大于500Hz時(shí)，電流效率隨頻率的增大而略有減小，但是變化相對(duì)較小，基本保持平穩(wěn)。通過對(duì)不同脈沖頻率下電解錳產(chǎn)品的形貌。可以看到錳產(chǎn)品在頻率為500Hz比其他頻率下滑致密且粒狀結(jié)晶相對(duì)較少；因?yàn)槊}沖頻率太低，接近直流，析氫反應(yīng)更為嚴(yán)重，必然影響電解效率鍍層質(zhì)量；較高頻率下雙電層的影響不可忽略，雙電層充、放電的周期電流產(chǎn)生法拉第電流波的沉積。故在f>1000Hz后，電流效率變化較小。綜上所述，我們認(rèn)為脈沖電沉積金屬錳過程中，在脈沖頻率為500Hz時(shí)能夠得到較為平整的產(chǎn)品，同時(shí)獲得較高的電流效率。(2)占空比的影響占空比(Ton：Toff)是脈沖電解的一個(gè)重要參數(shù)，脈沖占空比是導(dǎo)通時(shí)間(Ton)與周期(T)之比，對(duì)電沉積錳的質(zhì)量和電流效率均有很大影響，因?yàn)樵趯?dǎo)通時(shí)間(Ton)里陰極附近金屬離子不斷消耗，使得電極附近金屬離子濃度小于溶液本體中的金屬離子濃度，產(chǎn)生濃差極化。在關(guān)斷時(shí)間(Toff)里溶液本體中金屬離子由于擴(kuò)散和對(duì)流傳質(zhì)使得電極附近金屬離子得到補(bǔ)充。因此占空比的選擇關(guān)系到電極界面金屬離子濃度的恢復(fù)情況，選擇合適的占空比在脈沖電解錳生產(chǎn)中十分關(guān)鍵。導(dǎo)通時(shí)間Ton越長(zhǎng)，擴(kuò)散層越厚，反之則越薄，濃度極化的影響就越小。而且，當(dāng)占空比小時(shí)，峰值電流密度就小，沉積速度和電流效率也就低，當(dāng)占空比大時(shí)，峰電流密度也就大，其值可以達(dá)到平均電流密度的10倍甚至100倍，1000倍，所以沉積速度和電流效率也就增加，這樣就可以提高錳的沉積速度和電流效率。所以錳的沉積速度和電流效率隨占空比(ton越小)的增加而增加。但是過大的占空比會(huì)使得沉積時(shí)間增加，間接的造成能源上的浪費(fèi)。設(shè)計(jì)了一組實(shí)驗(yàn)，控制脈沖平均電流密度為I＝400A/m2，脈沖頻率為500Hz，考察不同脈沖占空比0.2、0.3、0.5、0.6、0.7、0.8、1(直流)對(duì)電解錳電流效率等的影響。結(jié)果顯示：在平均電流密度為Ia＝400A/m2，頻率f＝500Hz，電解時(shí)間t＝2h的條件下，在占空比為0.2時(shí)，電流效本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種電解錳電解工序中的節(jié)能工藝，其特征在于：包括以下步驟：1)采用脈沖電源作為電源；2)向隔模電解槽注入水溶電解液，接通脈沖電源，設(shè)置參數(shù)，開始發(fā)生電析作用，在陰極板上析出金屬錳，陽極板析出氧氣；對(duì)電析產(chǎn)物進(jìn)行鈍化、水洗、烘干、剝離等處理，獲得金屬錳產(chǎn)品。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種電解錳電解工序中的節(jié)能工藝，其特征在于：包括以下步驟：1)采用脈沖電源作為電源；2)向隔模電解槽注入水溶電解液，接通脈沖電源，設(shè)置參數(shù)，開始發(fā)生電析作用，在陰極板上析出金屬錳，陽極板析出氧氣；對(duì)電析產(chǎn)物進(jìn)行鈍化、水洗、烘干、剝離等處理，獲得金屬錳產(chǎn)品。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種電解錳電解工序中的節(jié)能工藝，其特征在于：步驟2)中脈沖電源設(shè)置參數(shù)為：脈沖平均電流密度為300A/m2，占空比為0.5，脈沖頻率為500Hz。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種電解錳電解工序中的節(jié)能工藝，其特征在于：步驟2)中電解液體系為Mn2...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃冠漢，陶長(zhǎng)元，明憲權(quán)，黃炳行，閉偉寧，吳曉丹，李慶梅，劉作華，杜軍，范興，張興然，李文生，張莉，程亞亞，黃國(guó)平，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中信大錳礦業(yè)有限責(zé)任公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：廣西;45