电场强化软锰矿湿法技术实验研究

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21世纪以来,钢铁产业发展迅猛,作为钢铁行业重要添加剂的金属锰的需求也随之上升,造成了大量优质碳酸锰矿资源的快速消耗,因此,软锰矿资源的综合利用就越来越受人们的广泛关注。本文基于化工过程强化方法、浸出动力学基础理论、热力学及电化学分析基本原理,以广西某电解锰企业的软锰矿为研究对象,围绕软锰矿浸出及电解过程,开展了如下工作:(1)电场强化软锰矿与黄铁矿湿法浸出及电解实验研究。结果表明,电场能够强化软锰矿的还原浸出,在相同的浸出条件下,有效地降低了还原剂黄铁矿用量的40%,缩短了浸出时间60 min,减少了硫酸用量40%,使软锰矿的浸出率提高了1020%;根据浸出过程动力学分析表明,电场强化软锰矿的湿法浸出过程是受表面化学反应控制,表观活化能为53.76 kJ/mol,动力学方程为:1-(1-X)1/3=3.53×105?[FeS2/MnO2]0.264?[H2SO4]0.571?[j]1.194?exp(﹣53.76×103/RT)?t。而无电场体系下软锰矿浸出过程是受产物扩散控制,表观活化能为80.11 kJ/mol。电场能有效降低该浸出反应的表观活化能,减少单质硫对矿物颗粒的吸附,提高矿物分子之间的碰撞频率,从而疏通Fe(II)/Fe(III)与FeS2的电子通道,提高软锰矿的浸出率;同时,电场体系下制备的两矿电解液电解过程正常,电场体系在一定程度上消除了低价硫对电解金属锰过程的不利影响。(2)低价硫生成机理及其对电解金属锰过程的影响研究。热力学分析表明,以黄铁矿作为还原剂,湿法浸出软锰矿的过程中,将会相继产生Sx2-、S、SxO32-、SxO62-和SO32-等低价硫物质,这些物质在两矿电解液中的含量随还原剂用量和温度的变化而变化;同时研究表明,低价硫物质中S2O32-对电流效率的影响尤为显著,当S2O32-浓度大于0.20 g/L时,其电流效率从模拟电解液时的85%急剧下降至72%;电解锰SEM图表明,模拟电解液中低价硫物质的掺入改变了原有有序的堆叠结构,电解锰表面逐渐出现裂缝,并出现一层胶状的沉积物紧紧粘附在电解锰表面,阻碍金属锰的进一步沉积;电化学分析表明,电解液中低价硫物质的存在影响着电解金属锰的电化学行为,在阴极上会生成不稳定的含硫化合物,阴极沉积金属锰的过程中,需要额外消耗电量来发生低价硫的氧化还原反应,这是造成电解金属锰电流效率下降的重要原因。
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