一种电解锰电解工序中的节能工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种电解锰电解工序中的节能工艺，在普通的电解锰电解工序中，引入脉冲电源，通过设置合适的脉冲参数，输出合适的脉冲频率、占空比、平均电流密度，开始发生电析作用，在阴极板上析出金属锰，阳极板析出氧气，对电析产物进行钝化、水洗、烘干、剥离等处理，获得金属锰产品；本发明专利技术技术方案提供的脉冲电解能够有效提高电解金属锰电流效率、改善镀层质量以及减少阳极泥产生量，电解时间可长达20h，爆板率低，对应单板产量高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电解锰领域，具体涉及一种电解锰电解工序中的节能工艺。
技术介绍
金属锰的提炼方式主要有热法(火法)和电解法(湿法)两种，热法生产(金属锰)纯度不超过95～98％，而纯的金属锰则是由电解法制备(电解金属锰)，其纯度可达99.7～99.9％以上。现在，电解法生产已成为金属锰生产的主要方式，主要原材料锰矿为氧化锰矿和碳酸锰矿两大类，除前工序制液方式不尽相同外，电解生产工艺基本相同。碳酸锰矿是直接利用硫酸与碳酸锰化合反应制取硫酸锰溶液，再通过中和、净化、过滤等一系列工艺制备为电解液，经加入添加剂如二氧化硒、亚硫酸铵等即可进入电解槽进行电解；利用二氧化锰生产电解锰的工艺与用碳酸锰生产工艺有所差别，主要是二氧化锰在一般条件下不与硫酸反应，必须经处理为二价锰后再与硫酸反应制备硫酸锰溶液，其处理方法一般为焙烧法，是将二氧化锰与还原性物质(一般为煤炭)共同混合后密闭加热，在一定温度下C将四价锰还原为二价锰，粉碎后与硫酸反应，这种方法称为焙烧法；另一种方法是称为两矿法的，即是用二氧化锰矿粉和硫铁矿在硫酸作用下发生氧化还原反应来制备硫酸锰。不过这两种方法由于成本较高，业内基本不与采用，其中，焙烧法较之于两矿法更为普遍。目前整个电解锰工艺流程中，电解金属锰生产工艺流程主要分两个阶段：制备电解溶液和电解工序，而电解工序占总能耗的90％左右。由于工艺技术落后，每生产1t电解金属锰需要消耗直流电5800kW·h～7000kW·h，电解过程的电流效率仅为65～74％，近30％的直流电耗散在非平衡态过程中而无法有效利用。同时，阳极板平均使用寿命不足18个月，对一个年产3万吨电解金属锰的企业来说，每年阳极板消耗近1200万元。阳极板受电化学腐蚀而溶解，导致二价铅离子在阴极电沉积析出进入金属锰中，使电解锰的纯度降低、金属锰表面形成晶枝而使阴阳极短路，降低直流电效率。
技术实现思路
本专利技术提供了一种电解锰电解工序中的节能工艺，有效的提高电解效率，提高电流利用率，改善镀层质量以及减少阳极泥产生量。本专利技术是通过以下技术方案予以实现的：一种电解锰电解工序中的节能工艺，包括以下步骤：1)采用脉冲电源作为电源；2)向隔模电解槽注入水溶电解液，接通脉冲电源，设置参数，开始发生电析作用，在阴极板上析出金属锰，阳极板析出氧气；对电析产物进行钝化、水洗、烘干、剥离等处理，获得金属锰产品。进一步的，步骤2)所述的中脉冲电源设置参数为：脉冲平均电流密度为300A/m2，占空比为0.5，脉冲频率为500Hz。进一步的，步骤2)所述的中电解液体系为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。进一步的，步骤2)所述的电解过程中，电解液温度为35-45℃。进一步的，步骤2)所述的电解过程中，阳极板为传统四元合金阳极板，阴极板为常规电解阴极板。进一步的，步骤2)所述的用脉冲电源电解时间为20h。本专利技术的有益效果在于：在普通的电解锰电解工序中，引入脉冲电源，通过设置合适的脉冲参数，输出合适的脉冲频率，占空比、平均电流密度，脉冲电解能够有效提高电解金属锰电流效率、改善镀层质量以及减少阳极泥产生量，电解时间可长达20h，爆板率低，对应单板产量高。本专利技术过程中，对电解锰电解工序的研究包括以下内容：1、脉冲参数对电沉积金属锰过程的影响脉冲电解主要有三个参数：脉冲频率，占空比和平均电流密度。在脉冲电沉积试验中，可以通过调节脉冲导通时间(ton)、关断时间(toff)和峰值电流密度(Ip)来改变脉冲电解的三个主要参数参数，从而影响锰沉积的电流效率，沉积层的表面形貌以及阳极泥的产生量。电解实验所采用的电解液体系为：30g·L-1Mn2+、120g·L-1(NH4)2SO4、0.03g·L-1SeO2、pH＝7.0。(1)脉冲频率的影响脉冲频率是指在单位时间内电流方向转变的次数，频率越高，则金属离子在阴极上获得电子被还原为金属而产生晶核的时间就越短。通常认为脉冲频率不能过低，否则相当于直流，起不到脉冲电镀的效果；脉冲频率也不能过高，因为由于受双电层电容效应的影响，双电层的充电时间需要明显短与导通时间，否则电脉冲波形会受双电层电容效应的影响而变形。同样，双电层的放电时间也应比脉冲电流的关断时间短得多。此外，双电层电容效应也会使得在脉冲电沉积中不能充分发挥瞬时高峰值电位的有利作用，镀层晶粒尺寸反而增大，所以在脉冲电沉积过程中应避免导通时间、关断时间比双电层的充、放电时间短，即脉冲频率不能过高。所以频率的选择，直接关系到锰沉积层的质量，选择合适的频率对脉冲电解金属锰很有意义。固定脉冲平均电流密度为400A/m2、占空比为0.5、电解时间为t＝2h，通过改变脉冲频率探究脉冲频率对电解金属锰过程电流效率、阳极泥的产量、以及表面形貌的特征的影响。在电流密度为400A/m2，占空比为0.5的条件下，频率为500Hz时的电流效率最高为86.00％，阳极泥的产生量也相对较低为0.8g。在低频区，当f＝50Hz时电流效率相对较高，虽然阳极泥产生的阳极泥较少为0.7g，但是电流效率相对较低。当频率大于500Hz时，电流效率随频率的增大而略有减小，但是变化相对较小，基本保持平稳。通过对不同脉冲频率下电解锰产品的形貌。可以看到锰产品在频率为500Hz比其他频率下滑致密且粒状结晶相对较少；因为脉冲频率太低，接近直流，析氢反应更为严重，必然影响电解效率镀层质量；较高频率下双电层的影响不可忽略，双电层充、放电的周期电流产生法拉第电流波的沉积。故在f>1000Hz后，电流效率变化较小。综上所述，我们认为脉冲电沉积金属锰过程中，在脉冲频率为500Hz时能够得到较为平整的产品，同时获得较高的电流效率。(2)占空比的影响占空比(Ton：Toff)是脉冲电解的一个重要参数，脉冲占空比是导通时间(Ton)与周期(T)之比，对电沉积锰的质量和电流效率均有很大影响，因为在导通时间(Ton)里阴极附近金属离子不断消耗，使得电极附近金属离子浓度小于溶液本体中的金属离子浓度，产生浓差极化。在关断时间(Toff)里溶液本体中金属离子由于扩散和对流传质使得电极附近金属离子得到补充。因此占空比的选择关系到电极界面金属离子浓度的恢复情况，选择合适的占空比在脉冲电解锰生产中十分关键。导通时间Ton越长，扩散层越厚，反之则越薄，浓度极化的影响就越小。而且，当占空比小时，峰值电流密度就小，沉积速度和电流效率也就低，当占空比大时，峰电流密度也就大，其值可以达到平均电流密度的10倍甚至100倍，1000倍，所以沉积速度和电流效率也就增加，这样就可以提高锰的沉积速度和电流效率。所以锰的沉积速度和电流效率随占空比(ton越小)的增加而增加。但是过大的占空比会使得沉积时间增加，间接的造成能源上的浪费。设计了一组实验，控制脉冲平均电流密度为I＝400A/m2，脉冲频率为500Hz，考察不同脉冲占空比0.2、0.3、0.5、0.6、0.7、0.8、1(直流)对电解锰电流效率等的影响。结果显示：在平均电流密度为Ia＝400A/m2，频率f＝500Hz，电解时间t＝2h的条件下，在占空比为0.2时，电流效本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电解锰电解工序中的节能工艺，其特征在于：包括以下步骤：1)采用脉冲电源作为电源；2)向隔模电解槽注入水溶电解液，接通脉冲电源，设置参数，开始发生电析作用，在阴极板上析出金属锰，阳极板析出氧气；对电析产物进行钝化、水洗、烘干、剥离等处理，获得金属锰产品。

【技术特征摘要】
1.一种电解锰电解工序中的节能工艺，其特征在于：包括以下步骤：1)采用脉冲电源作为电源；2)向隔模电解槽注入水溶电解液，接通脉冲电源，设置参数，开始发生电析作用，在阴极板上析出金属锰，阳极板析出氧气；对电析产物进行钝化、水洗、烘干、剥离等处理，获得金属锰产品。2.根据权利要求1所述一种电解锰电解工序中的节能工艺，其特征在于：步骤2)中脉冲电源设置参数为：脉冲平均电流密度为300A/m2，占空比为0.5，脉冲频率为500Hz。3.根据权利要求1所述一种电解锰电解工序中的节能工艺，其特征在于：步骤2)中电解液体系为Mn2...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄冠汉，陶长元，明宪权，黄炳行，闭伟宁，吴晓丹，李庆梅，刘作华，杜军，范兴，张兴然，李文生，张莉，程亚亚，黄国平，
申请(专利权)人：中信大锰矿业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广西;45