专利名称:金属锰和二氧化锰同槽电解的方法及设备的制作方法
技术领域:
本发明涉及制取金属锰和二氧化锰的硫酸盐溶液电解。
目前世界各国生产电解金属锰均采用(NH4)2SO4·MnSO4溶液电解法,使用惰性阳极如铅-银阳极并加隔膜,阴极为不锈钢板,其反应过程为
阴极析出金属锰;阳极析出氧气,氧气的析出不但使阳极电能白白浪费,而且导致严重的酸雾危害。主要技术条件及技术指标为电解温度38~40℃,槽电压4.5~5.0v,电流效率一般为60~70%,每吨电解锰电耗高达8500~10000度。
另一方面,电解二氧化锰的生产主要采用MnSO4溶液电解法,使用惰性性阴极如炭棒等,阳极为钛板或炭棒,其主要反应过程为
阳极析出二氧化锰,而阴极析出氢气,阴极上的电能也白白浪费且导致酸雾严重。其主要技术条件及技术指标为电解温度90~95℃,槽电压3~3.5v,电流效率一般为80~90%,每吨电解二氧化锰电耗为2600~2800度。
针对现有状况,本发明的目的是,提供一种将上述两种生产工艺合并为一种生产工艺的电解方法,实现金属锰和二氧化锰的同槽电解,以提高电能效率,并减少酸雾的危害。
本发明的解决方案是在加热阳极液的同时对阴极液进行冷却,使阴、阳极各具有不同的适宜温度;增加阳极作用面,以降低阳极电流密度,从而达到一槽两用的目的。
本发明的电解反应过程为
阴极上析出金属锰,阳极析出二氧化锰。反应过程在含硫酸铵的锰盐体系中进行。电解液要求含Mn2+为30~50g/l,(NH4)2SO4为120~140g/l,其中杂质含量Fe<5mg/l,Co<1mg/l;阴极液的PH=7.0~8.5。最好是使阴极液的PH值维持在7.5~8.0的范围。
阴极温度为30~45℃,阳极温度为75~90℃。
电流密度控制在阳极50~120A/m2,阴极150~500A/m2,槽电压为2.7~4.0v。
阴、阳电极均为惰性电极。阳极可采用钛、炭、铅-银合金等材料制成,但炭电极易脆损,铅-银合金电极使产品含铅而影响其纯度,所以最好选用钛;阴极一般用不锈钢即可,结合冷却方式可采用管材或板材等。
阴极置于袋状隔膜中,在隔膜的阻尼作用下,由补入的新液使阴极液维持一定的液位差。阴极为管状电极时,用通水或其它冷却介质的方法使之冷却;另一种方法是加大新液的循环量,由补充的新液予以冷却,此时宜用板状电极。实际操作中,是掌握阴极液的温度,使之在用管状电极时为40~60℃,在用板状电极时为30~45℃。阳极高温用电或蒸气加热阳极液的方法获得。
本发明为实现上述方法设计的电解槽,用钛板为阳极、U型不锈钢管为阴极(也可用炭棒或铅-银合金板为阳极、不锈钢板作阴极)。阴极隔膜为袋状,用一层或几层耐酸的涤纶或尼龙制成,最好是里面加一层帆布,而外面用一层涤纶或尼龙即可,隔膜袋的大小应使与装入的阴极之间形成一定空间。阳极由多块电极板联接成电极组,布置在隔膜外面,各电极板平行联接,分为两组安装在阴极两侧且与阴极平面垂直。若将多个阴极与多个阳极间隔布置,即可构成多对电极的电解槽。电极板采用同一形状规格的比较简单易行,其数量按阴、阳极电流密度要求进行配置,使两者的作用面的比值为1∶3~1∶12。
本发明实现了同槽同时产出电解金属锰和γ型电解二氧化锰,产品比Mn∶MnO2=1∶1.6~1∶2.11,产品质量为金属锰达DJ99.7%的一级品标准,二氧化锰含MnO2≥90%,达轻工部一级品标准。阴极电效率为70~75%,阳极电效率75~90%,比单电解节电50%以上。由于阳极电流效率提高,析氧量大大减少,基本上不逸出酸雾。采用本发明还可减少设备和基建投资,节省场地,提高劳动生产率。
附
图1为本发明的一种电解槽的正视图(局部剖视);
附图2为附图1的俯视图。
其中1-电解槽2-阳极3-阴极4-隔膜袋5-新液管6-阳极导线7-阴极导线8-导流槽9-溢液口实施例电解过程中,电解液含(NH4)2SO4控制在120~140g/l范围,Mn2+控制在30~50g/l范围;阴极液的PH=7.0~8.5;结果见下表
注1-6号样用不锈钢管为阴极;7,8号样用不锈钢板为阴极;
1-3,7,8号样为铅-银阳极;4,5号样为碳棒阳极;6为钛板阳极。
权利要求
1.一种金属锰和二氧化锰同槽电解的方法,是用(NH4)2SO4·MnSO4溶液为电解液,以惰性不溶材料为电极,采用阴极隔膜进行电解,本发明的特征在于1)电解条件为阳极温度为75~90℃,阴极温度为30~45℃;阳极电流密度为50~120A/m2,阴极电流密度为150~500A/m2;电解液含(NH4)2SO4为120~140g/l,含Mn2+为30~50g/l,阴极液的PH值为7.0~8.5;2)阴极析出金属锰,阳极析出二氧化锰。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,阳极材料为钛,阴极材料为不锈钢。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,阴极液的PH值为7.5~8.0。
4.一种用于金属锰和二氧化锰同时电解的电解槽,槽内装有阳极、阴极、阴极隔膜袋,其特征在于,阴极与阳极的作用面之比为1∶3~1∶12,隔膜袋的外层为涤纶或尼龙,内层为帆布。
5.根据权利要求4所述的电解槽,其特征在于,所述阳极由大小相同的多块电极板平行组装而成。
6.根据权利要求4或5所述的电解槽,其特征在于,所述阳极分成两组安装在阴极两侧,且阳极板的平面与阴极平面垂直。
7.根据权利要求4所述的电解槽,其特征在于,所述隔膜袋由一层帆布和一层涤纶或尼龙制成。
全文摘要
金属锰和二氧化锰同槽电解的方法及设备,用(NH
文档编号C25B1/00GK1039270SQ8810574
公开日1990年1月31日 申请日期1988年7月2日 优先权日1988年7月2日
发明者钟竹前, 梅光贵, 蔡传算, 汤祖尧, 刘荣义, 钟少林 申请人:中南工业大学