废铁屑还原浸出软锰矿制备硫酸锰及其电解工艺研究

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随着经济的发展,对锰系产品的需求将越来越大,特别是我国的菱锰矿资源不能满足锰产品日益增长的需要,所以开发利用软锰矿资源具有重要的意义。我国的软锰矿资源品位较低,如何选择合理的还原剂一直制约着软锰矿的发展,而传统的高温焙烧法消耗大量的能源,不利于锰矿可持续发展,采用新的还原技术成为必然。锰及其二氧化锰在很多方面都具有重要的用途,有些领域还是必不可少的,故如何从锰矿资源电解出锰及其二氧化锰是一项十分重要的课题。本论文采用机械制造过程中产生的废铁屑作为还原剂,以电解金属锰的阳极液或者电解二氧化锰的循环液为浸出液,在一定的浸出条件下浸出硫酸锰溶液,经过不同的试剂将硫酸锰溶液进行净化除杂后电解。主要是通过单因素实验探讨了软锰矿还原浸出过程中各因素对锰矿浸出率的影响、电解时不同的影响因素对电硫效率的影响,同时优化实验参数,并通过电化学等手段对硫酸锰进行电解锰动力学研究。其主要研究内容及结论如下:(1)对废铁屑还原浸出软锰矿进行了热力学分析并得到主要反应的标准平衡常数;确定了浸出工艺的最佳工艺参数:在浸出温度为50℃,废铁屑与软锰矿中二氧化锰的摩尔比为0.78:1,硫酸与软锰矿中二氧化锰的摩尔比为2.1:1,浸出时间80min的条件下矿石中二氧化锰被浸出;通过调节浸出液的pH至5-6,在反应温度80℃的条件下,浸出液中的三价铁离子以黄铵铁矾形式沉淀去除,而溶液中的其它离子(Co、Ni等)则加入硫化钡或二甲基二硫代氨基甲酸钠除去,钙镁等离子则加入氟化剂去除。(2)电解锰的动力学实验则通过循环伏安法(CV)、线性扫描法(LSV)等技术进行研究,通过测试不同锰离子浓度下的线性扫描曲线,根据塔菲尔方程求出不同锰离子浓度的电子传递系数及相应的交换电流密度;测试锰离子浓度为20g/L、不同温度下的稳定极化曲线,在扫描电位为-1.14V和-1.20V时,电极反应的表观活化能ΔG分别为37.11kJ·mol-1、30.87kJ·mol-1。(3)在阴离子隔膜的电解槽中优化电解锰生产工艺参数,电解出品质合格的锰产品,扫描电镜(SEM)表明:电解锰颗粒均匀,粒径在10μm左右,晶粒排列紧密,呈现螺旋错位生长方式;阴极板锰片外观质坚而脆,表面平滑的银白色金属形状,产品品质达到行标YB/T051-2003中的DJMnB,属于高纯级电解锰。(4)在实验室探索出最佳工艺参数的基础上对电解金属锰进行放大中试试验,中试试验表明:采用铁屑还原软锰矿制备的硫酸锰溶液经过净化除杂后完全满足中试生产,能够电解出符合要求的锰产品,经分析测试达到DJMnB标准。(5)对滤渣中铁离子的回收进行了可行性研究分析,提出碱浸法和高温煅烧法处理滤渣生成前驱体,使滤渣中黄铵铁矾发生反应进而促使铁离子生成氢氧化铁或者铁的氧化物前驱体,然后加入稀硫酸将铁以硫酸铁溶液的形式回收。(6)以电解微粒二氧化锰的循环液为浸出液还原浸出软锰矿,工艺路线可行,确定废铁屑与矿中二氧化锰最佳摩尔比为0.81:1,溶液中三价铁离子则水解成为氢氧化铁沉淀除去;微粒电解二氧化锰的最佳工艺参数通过单因素实验确定:C(H2SO4):3.0mol·L-1,Mn2+:55g·L-1,电流密度(J):300mA·cm-2,电解温度(T):40℃,产品的电流效率在85%以上;扫描电镜(SEM)表明:产品二氧化锰粒径在1μm以下,呈现球形,大小比较均一。
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