電解錳有機添加劑的研究

●12●有色金屬(冶煉部分)(http://ysyl. bgrimm. cn)2014年第1期doi: 10. 3969/j. issn. 1007-7545. 2014. 01. 004電解錳有機添加劑的研究鄒婷,陳上,李金龍,譚俊,張蕾,彭琴(吉首大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,湖南吉首416000)摘要:黍加有機添加劑T3進(jìn)行電解錳試驗,考察T3用量、電流密度.Mn2+濃度以及溫度對電流效率的影響。結果表明,在Mn2+濃度18 g/L、T3用量0.010 g/L、電流密度430 A/m2、電解溫度40 C的條件下,電流效率可達68. 0% ;電解溫度應控制在45 C以下,過(guò)高對電解影響較大。.關(guān)鍵詞:添加劑;電解錳;電流效率中圖分類(lèi)號: TF151. 8;TF803.2*7文獻標志碼:A文章編號:1007-7545(2014)01-0012-03Study on Organic Additive for Electrolytic ManganeseZOU Ting, CHEN Shang, LI Jin-long, TAN Jun, ZHANG Lei, PENG Qin(College of Chemistry and Chemical Engineering, Jishou University, Jishou 416000, Hunan, China)Abstract:Organic additive T3 was employed in manufacture of electrolytic manganese by simulating practi-cal industrial process. The effects of T3 dosage, current density, Mn2+ concentration and temperature oncurrent eficiency were investigated. The results indicate that the current efficiency is 68. 0% under the .conditions including Mn2+ concentration of 18 g/L, T3 dosage of 0.010 g/L, current density of 430 A/m2and temperature of 40 C. The electrolysis should be performed under temperature of 45 C as a highertemperature is unfavorable for electrolysis.Key words: additive; electrolytic manganese; current efficiency錳在國民經(jīng)濟中具有十分重要的戰略地位凹，的制約,尚無(wú)法在電解錳工業(yè)中規?；瘧?。本文我國現在已成為電解錳主要的生產(chǎn)國和出口國[2]。從實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)出發(fā),采用有機添加劑T3(含硫雜工業(yè)生產(chǎn)金屬錳是利用電解硫酸錳的水溶液而得到原子的噻吩類(lèi)有機物)進(jìn)行電解試驗,對影響電流效的。而錳的電極電勢遠低于氫,導致錳的電沉積過(guò)率的因素進(jìn)行研究。程與氫氣的析出過(guò)程相互競爭。因此電解時(shí)需要加試驗部分人添加劑來(lái)提高氫的超電勢,促進(jìn)錳在電極上穩定沉積[34]?，F在國內外用于工業(yè)生產(chǎn)的添加劑主要1.1試劑與儀器是SeO2和SO2,以及它們?yōu)橹鞯膹秃咸砑觿5]。我硫酸錳、硫酸銨、福美鈉(SDD)、T3均為工業(yè)國主要利用SeO2作為添加劑，鑒于其帶來(lái)的環(huán)境級;氨水、濃硫酸、硅酸鈉、重鉻酸鉀等均為分析純。問(wèn)題,國家環(huán)保部已經(jīng)提出電解錳行業(yè)逐步實(shí)行無(wú)主要儀器設備有自制電解槽、WLS數字恒流電源、硒電解。所以需要研究環(huán)保、節能、產(chǎn)品純度高、操AN0905型電子天平、DHG-9023A鼓風(fēng)干燥箱等。作簡(jiǎn)便的新添加劑來(lái)替代。國內外學(xué)者在添加劑研1.2電解 液的制備究方面做了不少工作,但是由于各種實(shí)際生產(chǎn)條件電解液配置要求如下:Mn2+濃度(質(zhì)量濃度,下收稿日期:2013-07-08中國煤化工基金項目:吉首大學(xué)大學(xué)生研究性學(xué)習和創(chuàng )新性實(shí)驗計劃項目(JSU-CX-2013-01),MHCNMHG作者簡(jiǎn)介:鄒婷(1991-),女,湖南人,大學(xué)本科;通信作者:陳上(1970-),男,湖南吉首人，山,mna2014年第1期有色金屬(冶煉部分)(http://ysyl. bgrimm. cn)●13●同)18 g/L,硫酸銨濃度110 g/L,經(jīng)過(guò)SDD處理除68. 0%,當電流密度超過(guò)430 A/m2 后,電流效率逐去其它重金屬雜質(zhì)0],靜置,抽濾,以備電解用。電漸降低。根據Tafel公式[8]:解補加液的Mn2+濃度為35 g/L,硫酸銨濃度為110n=a+ blgj1)g/L,處理方法同上。提高電流密度j,可增大析氫的過(guò)電位n,抑制1.3極板處理氫氣的析出,從而導致電流效率逐漸增大。電解試電解所用的陰極不銹鋼板和陽(yáng)極鉛銻錫銀四元驗中如果電流密度過(guò)高,錳電沉積速度過(guò)快,導致陰合金板經(jīng)過(guò)處理才能在用于電解試驗[”]。陰極不銹極板表面不平整;同時(shí)電解結束后,陰極兩邊有大量鋼板經(jīng)機械拋光和電化學(xué)拋光,蒸餾水洗凈,干燥，枝晶,從而導致電解過(guò)程中陰極板的實(shí)際面積增大,稱(chēng)重,再經(jīng)過(guò)0. 5%的硅酸鈉溶液浸泡,待用。陽(yáng)極電流密度反而降低,氫的過(guò)電位降低,進(jìn)而使電流效鉛銻錫銀四元合金板經(jīng)砂紙打磨掉表面銹跡,蒸餾率降低;另外,在過(guò)高的電流密度下電解會(huì )導致電解水洗凈,干燥,待用。液溫度升高。綜合考慮,電流密度選擇430 A/m2。1.4 電解試驗2.3Mn2+濃度對電流效率的影響電解按照實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)條件進(jìn)行溫度40~44固定條件:溫度40~44 C，電流密度430C,pH 7. 4~8. O,電解液(Mn2+ 18 g/L,硫酸銨110A/m2,T3用量0.010g/L。當Mn2+濃度分別為g/L) ,補加液(Mn2+ 35 g/L,硫酸銨110 g/L),恒電10、15、20、25、30.35.40 g/L時(shí),電流效率分別為流電解10h。產(chǎn)品經(jīng)3%的重鉻酸鉀鈍化,水洗,7056.3%、65.2%、68.5%、69.3%、70.2%、70.8%、C烘干,稱(chēng)重。每種條件平行做3組,分別計算電流71.1%。效率,結果取3組平均值?？梢?jiàn),Mn2+濃度在10~20g/L時(shí)電流效率增加較大,超過(guò)20 g/L后,電流效率增加不明顯。電2結果與討論解試驗中發(fā)現,Mn2+濃度超過(guò)30g/L時(shí),電解槽中2.1 T3 用k對電流效率的影響有晶體析出,長(cháng)時(shí)間循環(huán)電解會(huì )影響電解正常進(jìn)行。固定條件:溫度40~44 C.錳離子濃度18 g/L.從實(shí)際電解工業(yè)生產(chǎn)出發(fā),電解液是以菱錳礦為原硫酸銨濃度110 g/L、電流密度400 A/m2。當電解料,采用硫酸浸出,氧化除硫,硫化沉淀除重金屬得液中T3用量(以濃度表示)分別為0.006、0.008、到的[9],一般正常浸出液中Mn2+ 濃度在30~400. 010、0.012、0.014、0.016.0.018 g/L時(shí)，電流效g/L,若菱錳 礦的品位低,浸出液Mn2+也同樣降低。率分別為59.9%、64.3%、66.8%.66.6%、66.3%、如果電解時(shí)電解液中Mn2+ 濃度較高,電解補加液.65. 9%、65.8%。需要更高的Mn2+濃度,才能維持電解正常進(jìn)行。由此可知,添加劑用量低于0.010 g/L時(shí),電流從工業(yè)浸礦制備電解液角度出發(fā),要獲得很高濃度效率隨添加劑用量的增加逐漸增大;當T3用量超Mn2+的電解液是不切實(shí)際的;而錳離子濃度太低，過(guò)0. 010 g/L時(shí),電流效率有所下降,但幅度不大。由于Mn2+濃差極化,Mn2+陰極沉積緩慢,相應的因為添加T3用量較高時(shí),T3在陰極板表面吸附過(guò)析氫反應更容易,導致電流效率降低,嚴重時(shí)還會(huì )引多,一定程度上降低了錳的電沉積速度,導致電流效起電解錳起殼,錳層脫落(10]。因此電解液Mn2+濃率下降。因此在實(shí)際電解錳工業(yè)生產(chǎn)中,添加劑用度控制在15~20g/L更適合電解的正常進(jìn)行。量要控制在-定范圍內才能維持較高的電流效率。2.4溫度對電流效率的影響本文研制的添加劑是一種低毒的有機物,對環(huán)境的固定條件:電流密度430 A/m2 ,Mn2+濃度18危害小，而且使用量大大低于SeO2.g/L,T3用量0. 010 g/L,不同溫度下的電流效率如2.2電流密 度對電流效率的影響圖1所示。固定條件:溫度40~44 C、錳離子濃度18由圖1可知,電解溫度低于35 C時(shí),電流效率g/L、硫酸銨濃度110 g/L、T3用量0.010 g/L.當基本不變,超過(guò)35 C時(shí),電流效率開(kāi)始下降，超過(guò)電流密度分別為340、370、400、430、460、490.52045 C后,電流效率急劇下降。由于析氫反應的活化A/m2時(shí),電流效率分別為62. 1%、65.3%、66.8%、能高,式(1)中的a值隨溫度的升高顯著(zhù)降低,使得68. 0%、66. 8%、64. 3% .63. 9%。電流效率下午中國煤化工流效率大大降結果表明,隨著(zhù)電流密度的增加,電流效率逐漸低。而且電TCHCNMH G5會(huì )使電解過(guò)程增大,當電流密度為430 A/m2 時(shí),電流效率最大為釋放 出大量的熱，導玫電解無(wú)法進(jìn)行。工業(yè)上通常，14●有色金屬(冶煉部分)(http://ysyl. bgrimm. cn)2014年第1期當控制電解溫度在35~45C有利于電解高效穩定進(jìn)行。參考文獻[1]王運敏。中國的錳礦資源和電解金屬錳的發(fā)展[J]. 中國錳業(yè),2004 ,22(3) :26- 30.; 62-[2]孫大貴,劉兵,劉作華,等。電解制錳忝加劑的研究進(jìn)展60[J].中國稀土學(xué)報,2008,26(專(zhuān)輯) :934-937.[3]周元敏,梅光貴。電解金屬錳陰、陽(yáng)極過(guò)程的電化學(xué)反58應及提高電流效率的探討[].中國錳業(yè),2001,19(1);20 253035 40 45 5017-19溫度/心[4]陳孟軍.電解錳起殼初探[J].湖南冶金,1993<2):25-29.圖1溫度對 電流效率的影響[5]劉少有,駱晨燕,鄧德義,等。一種含新添加劑的電解錳Fig.1 Effect of temperature on溶液及其制備方法和應用:中國,CN102492958A[P].current efficiency2012- 06-13.采用蛇形管水冷的方法來(lái)冷卻陰極電解液。但溫度[6]張文山,石朝輝。電解金屬錳有關(guān)雜質(zhì)的影響及來(lái)源和去除方法[J].吉首大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2009 ,30(4):也不宜太低,因為低溫導致電解液導電性下降,能耗97-99.上升。所以溫度宜控制在35~45 C.[7]唐敏.電解錳復合添加劑的試驗研究[D].重慶:重慶大學(xué),2010:1-51.3結論[8]郭平.析氫反應與過(guò)電位的關(guān)系以及氫過(guò)電位的應用[J].河北化工,2009 ,32(7):12-15.1)當電流密度為430 A/m2 ,添加劑T3用量為[9]蔡大為。我國電解金屬錳技術(shù)發(fā)展現狀及其研究方向0.010 g/L時(shí),電流效率在68%以上。[J]. 中國錳業(yè),2009 ,27(3):12-16.2)電解液中Mn2+濃度控制在15~20 g/L時(shí)，[10]陳南雄,廖費偉.電解液成分對電解金屬錳生產(chǎn)過(guò)程電解可以連續穩定進(jìn)行。溫度對電解影響較大,適的影響[J].中國錳業(yè),2008.26<4):6-8.入網(wǎng)通知本刊已于1997年全文人編《中國學(xué)術(shù)期刊(光盤(pán)版)》,1999年加入“中國期刊網(wǎng)”和“網(wǎng)”,作者稿酬已于本刊印刷版一次付清。不同意文章上網(wǎng)者,請在來(lái)稿上附帶聲明,以便本刊做適當處理?！爸袊诳W(wǎng)”網(wǎng)址:http://www. cnki. net/ ,本刊網(wǎng)址:http://mete. cbpt. cnki. net/。網(wǎng)址: http://www. chinajoural. gov. cn/ periodical,本刊網(wǎng)址: http://ysjs-y. periodicals. net. cn/ default. html。本刊已開(kāi)通網(wǎng)上在線(xiàn)投稿,請作者登錄網(wǎng)站在線(xiàn)投稿,本刊網(wǎng)站地址為:http://ysyl. bgrimm, cn。中國煤化工MYHCNMH Gronooo