低品位復(fù)雜錳礦浸出與電解過(guò)程的強(qiáng)化研究.pdf

1、錳是我國(guó)重要的戰(zhàn)略資源，濕法電解是制備金屬錳的主要方法。隨著我國(guó)電解錳產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，錳礦品位不斷降低、成分變得復(fù)雜，錳資源的綜合利用程度低，嚴(yán)重制約著電解錳產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。低品位復(fù)雜錳資源的高效利用成為了錳產(chǎn)業(yè)目前的研究重點(diǎn)。本文基于化工過(guò)程強(qiáng)化方法、非線性動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)理論、表面化學(xué)基本原理，圍繞低品位復(fù)雜錳礦的浸出及電解過(guò)程，開(kāi)展了如下工作：
　　（1）采用電場(chǎng)強(qiáng)化新方法，開(kāi)展了低品位氧化錳礦（MnO2）的電場(chǎng)強(qiáng)化浸出研究，分析了浸

2、出工藝、浸出過(guò)程動(dòng)力學(xué)以及電場(chǎng)強(qiáng)化機(jī)理。研究結(jié)果表明，電場(chǎng)強(qiáng)化低品位氧化錳礦浸出過(guò)程中，各個(gè)浸出因素之間存在不同程度的交互作用，通過(guò)條件優(yōu)化，錳的浸出率可以達(dá)到96.7%；浸出過(guò)程符合核縮減模型中產(chǎn)物表面擴(kuò)散控制模型，其表觀速率方程為此處為方程；浸出過(guò)程中，加入的還原劑Fe2+還原氧化錳后自身被氧化成Fe3+，這些新生成的Fe3+在陰極區(qū)能迅速地被還原成Fe2+，在體系中構(gòu)成Fe2+—Fe3+—Fe2+的循環(huán)，使Fe2+維持在較高的濃度

3、，從而強(qiáng)化低品位氧化錳礦還原浸出。
　?。?）基于非線性理論，研究了含氯錳礦中氯的脫除方法及氯離子對(duì)電解過(guò)程的影響機(jī)制。結(jié)果表明，通過(guò)碳酸鈉堿性預(yù)處理，氯的脫除率可達(dá)96.6%，錳礦品位提高到42.1%，相比直接水洗分別提高了22%和2.7%；在合格液中加入Cl-能夠抑制陽(yáng)極電化學(xué)振蕩，提高電解電流效率、降低電耗；Cl-在陽(yáng)極反應(yīng)可能得到ClO-、ClO2-、ClO3-、ClO4-等氯的含氧酸根，極快地將體系中的低價(jià)錳物種氧化到高

4、價(jià)態(tài)，打破中間價(jià)態(tài)錳物種的存在和循環(huán)，并且在陽(yáng)極上形成致密的非晶態(tài)錳化合物，從而抑制電化學(xué)振蕩，降低電解過(guò)程非功消耗，實(shí)現(xiàn)電解節(jié)能。氯離子對(duì)電解錳陽(yáng)極電化學(xué)振蕩影響機(jī)制的認(rèn)識(shí)，為電解錳節(jié)能電解提供了新的思路和理論支持。
　　（3）以表面化學(xué)基本原理為指導(dǎo)，開(kāi)展了低品位碳酸錳礦浸出、壓濾及電解過(guò)程的表面化學(xué)強(qiáng)化研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，浸出時(shí)，添加劑（TJ-A）的加入能夠降低溶液表面張力、改善溶液對(duì)錳礦的浸濕作用，使得錳礦和硫酸更容易接觸

5、而發(fā)生反應(yīng)，提高浸出率；壓濾過(guò)程中，TJ-A吸附在錳渣表面的微孔裂隙中，增加液體表面產(chǎn)生的附加壓力，改善錳渣的滲透效果，使錳渣中的自由水順利脫離錳渣，從而降低錳渣含水率，添加TJ-A之后，錳渣含水率從原來(lái)的31.3%降低到22.9%；TJ-A能夠提高電解錳合格液的電導(dǎo)率，降低合格液表面張力，使體系自由能降低，添加TJ-A之后溶液表面張力在52 mN/m時(shí)，電解電流效率從82.18%提高到86.33%，噸錳電耗由5990.6 kW·h降低

6、到5502.7 kW·h。
　?。?）結(jié)合多場(chǎng)耦合基本原理和方法，開(kāi)展了多場(chǎng)耦合強(qiáng)化電解錳高效節(jié)能工藝的研究。結(jié)果表明，陽(yáng)極開(kāi)孔形狀對(duì)電解槽內(nèi)電場(chǎng)、電極電位、電解質(zhì)電位的分布均有影響；實(shí)驗(yàn)及模擬結(jié)果表明，采用圓形開(kāi)孔陽(yáng)極時(shí)，陰極過(guò)電位更負(fù)、電解質(zhì)電位分布更加均勻、陽(yáng)極電流向其他方向的流通量減少、電流效率較高；對(duì)脈沖外場(chǎng)強(qiáng)化電解過(guò)程的研究表明，脈沖電解有利于抑制陰極氫氣的析出及陽(yáng)極泥的產(chǎn)生、提高陰極電流效率、得到平整致密的金屬錳產(chǎn)品

7、，電解電流效率可以達(dá)到88.3%，相對(duì)于直流電解，其電流效率提高了8.72個(gè)百分點(diǎn)，陽(yáng)極泥減少了55.5%；與直流電解相比，脈沖電解可以不同程度的提高雜質(zhì)離子Cu2+、Co2+、Ni2+、Zn2+的耐受程度。
　?。?）開(kāi)展了低濃度含錳廢水中錳的資源化回收利用中試試驗(yàn)研究，對(duì)工藝連續(xù)運(yùn)行的可行性、穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，工藝連續(xù)穩(wěn)定性好，除雜及電解過(guò)程穩(wěn)定性高，雜質(zhì)去除效果好，錳損失??；在連續(xù)試驗(yàn)中，一、二級(jí)除雜過(guò)

8、程錳回收率分別為97.68%和93.87%，電解過(guò)程錳回收率為86.74%（含陽(yáng)極液、陽(yáng)極泥等），以金屬錳產(chǎn)品計(jì)，全過(guò)程錳回收率為51.80%；金屬錳產(chǎn)品達(dá)到電解錳行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（YB/T051~2003）DJMnII級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；通過(guò)分析知，采用石灰法處理該廢水消耗19.44元/m3，電解回收金屬錳方法處理廢水獲利20.88元/m3，按企業(yè)年廢水量40萬(wàn)m3計(jì)，電解法每年可創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益1612.8萬(wàn)元；電解法能夠?qū)崿F(xiàn)低濃度含錳廢水中錳資源的回收，同