电解金属锰生产中电解液除杂工艺的优化

摘要：电解液的成分组成将会直接影响金属锰的电解过程。通过去除如铁、钴、镍、铜、锌、铅、锡等重金属以及非金属、有机物等杂质，可有效提高电解液质量，从而提高产量，降低直流电耗，提高企业效益。基于此，文章对电解金属锰生产中电解液除杂工艺的优化进行了探讨。

关键词：电解金属锰；电解液；除杂工艺；氧化除铁；锰矿原料 文献标识码：A

中图分类号：TF114 文章编号：1009-2374（2015）25-0036-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.25.018

在进行电解金属锰的生产时，由于当前的锰矿原料的质量下降，传统的电解生产工艺已经不能保障电解液的质量，使得电解锰的电解液槽的稳定性变得极差，电流的效率也在不断下降，生产单位质量内的锰所需的硫酸锰溶液的含量过高，而锰金属的回收利用率却极低。而当前阻碍电解锰快速发展的主要因素是原材料低金属回收率以及燃料动力的低利用率，基于此，进行生产工艺的改革势在必行。

1 电解锰电解液的杂质

铁、铜、镍、钴等重金属在电解液中由于和锰的标准电位相同，因此会在电解过程中析出，各种金属在电解液中的含量如图1所示，而其与H+反应产生氢气，使得电流效率降低，使得锰金属的纯度降低，造成产品的不合格；含有碳、硫以及磷等杂质，这些物质会将二氧化硒中的硒离子还原成为硒物质，使得所添加的电解添加剂失去了应有的作用。过高浓度的氟会降低电流的效率，甚至还会导致极板的腐蚀，进而影响到锰金属的电积过程。砷元素是对电解过程影响最大的一种元素，当电解液中砷的浓度达到0.05g/L的时候，就会造成电流效率的快速下降，阻碍锰金属的电积，在阴极上还会产生黑色的物质，严重地影响了锰金属的质量。电解溶液中杂质数量的增加严重地影响了正常电解工作的开展，更会影响锰金属产品的质量，因此尽可能地减少电解液中的杂质数量，提升锰金属产品的纯度和基本质量是当前的冶金工作人员的首要任务。

2 电解金属锰生产中电解液除杂实验

2.1 选用的试剂和原料

在本实验中所选用的实际和原料主要包括以下种类：纯硫酸，纯氨水，工业级的液体SDD，无机硫化机A，阳极液的Mn离子浓度为14.06g/L，而硫酸的浓度wie28.59g/L，工业级的冶金锰粉，Mn2+浓度为16.3%的碳酸锰粉以及Mn2+浓度为31%的焙烧锰粉。

2.2 所使用的仪器和设备

所使用的设备包括电热恒温水浴锅，5000mL和3000mL的烧杯各一只，电动搅拌器一个。

2.3 所使用的试验方法

本实验中所采用的试验办法对比试验，即采用不同的除铁顺序进行试验，具体操作办法如下：在4000mL的烧杯中防止一定数量的电解锰阳极溶液，浸出液中Mn2+的浓度应当39g/L，加入542.5g的碳酸锰粉，然后按照酸矿比为0.53添加硫酸进行浸出，到碳酸矿粉达到浸出终点为止，浸出的时间大约为120min，浸出水浴的温度为55℃，在达到浸出终点之后，进行取样检测，检测溶液中Fe2+和H2SO4的含量，将反应后的溶液平均划分为四份，再分别进行试验，即增加锰金属含量为14%的焙烧矿，测定溶液的pH值为3，加入一定量的冶金锰粉进行氧化除铁。而另一个实验则在前面试验的步骤之下，在加入冶金锰粉之后，再加入焙烧锰粉来降低溶液中的余酸含量，冶金锰粉的含量应当和铁粉的含量相同，但是进行除铁的顺序却不同。另外，采用不同的除铁方式进行除铁，取两份含量相同的全碳酸矿粉浸出液和碳酸矿粉焙烧浸出液，在其中分别加入含量相同的液体SDD和液体的SDD+无机硫化剂A，然后观察各种重金属含量的变化情况。

3 电解金属锰生产中电解液化合除杂实验结果及工艺优化

3.1 不同的除杂方法对比

我们对所使用的除杂方法通过实验进行对比，我们所采用的试验办法是：取一定数量的全碳酸矿粉浸出液和碳酸矿粉以及焙烧矿的浸出液，分别加入相同体积和相同浓度的SDD以及液体SDD和无机硫化剂A的混合液，观察各种重金属含量的变化，针对实验的结果进行分析。浸出液中的钴、镍、铜、铅以及镉等多种有害物的含量基本相当，都基本达到了生产的工艺要求。而碳酸锰制备的硫酸锰中的锌的含量比焙烧矿的含量高出了两倍以上，而且SDD对锌的硫化作用极差，但是无机硫化剂A的除锌作用就比较明显。有资料表明，当电解液中的锌含量超过3mg/L的时候，就会对锰的上板以及电解槽产生较大的影响，极易造成爆板以及槽液碱化的现象。所以说，在使用SDD进行除杂的同时，需要混入无机硫化剂A进行除杂，也可以利用锌离子和硫离子容易结合成稳定的硫化锌沉淀物，以去除电解液中含有的锌离子，进而达到净化电解液的目的，提升电解液的电解效率，更可以减少电解液对焙烧材料的依赖程度，使生产的工艺更加简单，减少锰金属的生产成本。

3.2 不同的除铁顺序对比

对于电解液中含有的铁元素，我们采用不同的方法去除，所采用的试验办法如下：即取出4000mL的电解锰阳极液放置在烧杯中，当浸出液中Mn2+的浓度达到39g/L的时候在其中加入542.5g的碳酸锰粉，按照矿酸比列为0.53来添加硫酸，然后进行浸出，到碳酸粉浸出终点时停止，浸出的时间大约为120min，浸出时的水温大约控制在55℃左右，达到浸出终点之后取出所检测的样本，检测溶液中Fe2+以及H2SO4的含量，将反应之后的反应液平均分成四份，每份100mL分别进行实验，在实验1中加入焙烧矿，锰的金属量大约为14%，测定实验液的pH值大约为3，再加入一定量的氧化亚铁。在实验2中所进行的实验步骤和实验1相同，加入冶金锰粉之后再加入焙烧锰粉以减少余酸的含量，但是进行除铁的顺序有所差异。对于最终的实验结果进行分析和讨论，使用相同剂量的冶金粉，在添加焙烧锰粉进行余酸的清除之前先加入冶金锰粉所能取得的除铁效果会更好。对于氧化铁来说，必须在酸性条件进行，增加溶液中的H+浓度能够促进化学反应向着正方向去进行，提升二氧化锰的氧化效率。对于实验1所使用的浸出工艺来说，加入氧化的矿物质进行除铁时，溶液的酸碱度pH值大约为3。而根据化学反应原理可以知道，二氧化锰氧化铁的最佳酸碱度的pH值必须小于1.5。酸液的浓度越高，氧化矿的氧化能力和氧化效率就越低，所需要的氧化矿的数量就越大。所以说，在进行除铁之前加入一定数量的冶金锰粉能够有效地减少冶金粉的消耗量，大约1吨产品可以节约110块钱的投入，如果年产量为六万吨的话，每年可以节约8200吨的除铁冶金锰粉，即就是减少660万元的成产成本。

4 结语

在碳酸锰粉的反应达到终点之前先加入一定量的冶金锰粉进行氧化除铁，然后再加入焙烧来降低余酸的含量，这样的除铁效果更好。另外，使用一定比例的SDD和无机硫化剂A进行混合除杂，能够有效地减少溶液中锌和铅的含量，所获取的溶液的质量也比较稳定。以上所述的办法能够有效地减少全酸工艺中电解效率低下和槽况极易恶化的问题，为以后生产工艺的革新、生产成本的下降、对焙烧材料的依赖性的降低都提供了有力的帮助。

参考文献

[1] 周良才.铁镍钴等元素对金属锰沉积的影响[J].中国锰业，2012，10（1）.

[2] 梅光贵，钟竹前，周元敏.硫铁矿（FeS2）与MnO2浸出的热力学与动力学分析[J].中国锰业，2012，22（1）.

[3] 刘延军，谭中坚，廖胜群.中国电解锰产业发展趋势分析[J].中国锰业，2014，24（1）.

作者简介：韦忠实（1974-），男，广西大化人，中信大锰大新锰业有限公司工程师，研究方向：冶金。