（毕业设计论文）《电解锰生产中装置和工艺参数的优化研究》.doc

电解锰生产中 装置和工艺参数的优化研究 二○一二年六月 摘 要 高速发展的锰电解行业同时也带来了严重的资源能源消耗以及环境问题，保持锰电解企业可持续发展是一项重要课题。为了降低电解锰生产过程的能耗，提高生产效率，减少环境污染问题，需要详细考察现有的电解工艺，并在此基础上提出更优的工艺和参数。 本论文从电解锰生产工艺中的隔膜、阴阳极电极材料、电解槽液的pH和温度、锰离子浓度、电流密度等方面展开了研究，得到如下有价值的结果： （1）提出以离子交换膜代替现有的布袋式隔膜，不仅可以提高电解效率，而且可以简化生产工艺， 提高产品质量。 （2）发现采用高析氢过电位的金属锌、铜做阴极，锰的沉积效率可显著提高，该结果对指导优化电极材料有重要的指导意义 （3）获得了合适的电解工艺参数。 关键词：电解锰，清洁生产，阴历交换膜，阴阳极，添加剂 PAGE \* MERGEFORMAT 6 1 绪论 1.1 概述 锰是一种金属元素，它以化合物形式广泛存在于自然界中。在化学元素周期表上，锰的原子序数是25，属于第四周期的过渡元素。1771年瑞典化学家谢勒(Scheele)在鉴定软锰矿中发现这一新的元素。1774年瑞典矿物学家卡恩（Gahn）和伯格曼(Bergmen)几乎同时在各自用碳还原软锰矿的方法时制得金属锰，同年由谢勒和伯格曼确认命名，他们并对由软锰矿中制取的金属锰以及锰的性质首次进行了详尽的研究和描述，这为以后锰及其系列产品的开发应用提供了基础。从我国冶金发展史来看，早在出土的战国时期的铁中就发现含有锰，其他朝代的出土钢铁件中也有含量不同的锰。到1851年，近代化学家徐寿，在他所译的《化学鉴源》一书中，才首次将化学元素“Mn”译为“锰”而引入中国。[1] 锰在地壳层中的丰度是 0.1%，位于第 12 位，在过渡元素中排第三位，仅次于铁和钛。锰在国民经济中具有十分重要的战略地位，锰系铁合金及锰的各种化合物，是现代工业发展中应用最广泛的材料之一。 目前，我国锰铁合金、电解金属锰、电解二氧化锰、四氧化三锰和系列锰盐制品（MnSO4、MnCO3、K2MnO4、MnCl2等），无论是产量还是质量都已位居世界前列，尤其是电解锰的生产，近年来产量逐年增加，出口量也迅速上升。2007 年，我国电解锰总产能力达到178.62万t，占全球总能力 98.4%，产量达到 102.40 万 t，占全球总产量的97%以上，几乎垄断了全球的电解锰的生产[2,3]。 1.2 锰的性质和用途 1.2.1 锰的性质 金属锰质坚而脆，致密的块状锰为银白色，粉末时为灰色，锰的熔点为 1244℃，沸点为2097℃，密度是7.20 g·。金属锰有α、β、γ和δ四种同素异形体，常温下以α晶型最稳定。金属锰的原子半径和室温下的密度，均随着晶型不同而略有差别，见表 1.1[2,4] 表1.1 室温下金属锰的原子半径、密度与晶型的关系 晶型 原子半径/pm 密度/g·cm-3 α-Mn 124.0 7.44 β-Mn …… 7.29 γ-Mn 136.6 7.11 δ-Mn 133.4 …… 金属锰非常活泼，在空气中易被氧化，生成褐色的氧化物覆盖层。金属锰也易在升温过程中发生氧化，形成层状氧化锈皮。锰还能从水中置换出氢，并易溶于稀酸，生成锰盐。室温时，锰与非金属不易发生反应，而加热时常发生剧烈的反应，如它在氟、氯、氮中能够燃烧，分别生成、、，并能直接与B、C、Si、P、As和S化合。锰的主要化合价有+2，+3，+4，+6 和+7。其中以+2（的化合物）、+4（二氧化锰，为天然矿物）和+7（高锰酸盐，如）为稳定的氧化态。价态的变化导致了离子性质的变化如锰离子半径随价态的增高而变小，离子电位和电负性随价态增高而相应增大。锰的氧化物及其水合物酸碱性递变规律是过渡元素中最典型的，随着锰的氧化态升高，碱性逐渐减弱，酸性逐渐增强[2,4]。 1.2.2 锰的用途 1、锰在钢铁工业中的应用 锰与氧、硫的亲和力都比较大，故锰是钢液的脱氧剂和脱硫剂。锰能强化铁素体和细化珠光体，故能提高钢的强度和淬透性，因而可作为钢的合金元素。锰时候钢铁行业不可缺