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高纯电解锰生产工艺设计探讨 2011-5-31 9:09:32    浏览: 次   我要评论
[导读]介绍了高纯电解锰生产工艺设计思路,指出了该工艺存在的废水处理问题和解决的方法。

电解锰是生产不锈钢,高强度的合金钢和铜、铝等有色金属合金的重要原料。近年来随着钢铁工业及铝工业的飞速发展,电解锰的用量大大增加,优质高纯锰的用量更是加速增长。虽然目前我国电解锰行业普通电解锰的生产能力已高达15×l04 t/a,完全能满足钢铁工业及铝工业对普通锰的需要。但优质高纯电解锰,目前国内尚无生产厂家,一些企业为调整产品结构,不得不花费大量外汇进口优质高纯电解锰。在国际市场优质高纯电解锰产品已多元化,有片状、粒状、粉状、脱氢级、低氧级、氮化级等多品种,含锰量达99.9%以上,而我国目前仅能生产含锰量99.7%左右的片状普通电解锰,为此我国优质高纯电解锰的生产势在必行。

一、流程的确定

传统电解锰生产工艺经过多年的发展改进,现已形成比较成熟的工艺流程即:碳酸锰矿石粉磨-锰矿粉间断浸出-池槽硫化-电解槽电解-人工钝化、洗涤、烘干-产品剥离-包装。该流程溶液净化工序采用一段硫化-一段活性炭吸烟;电解工序采用SeO2作为电解添加剂,因而存在硫化不完全、含杂质高等问题,并且大大增加了杂质硒的含量,降低了电解金属锰的纯度。确定高纯电解锰生产工艺流程的设想是:在传统电解锰生产工艺的基础上,着手解决溶液净化及电解工序中影响高纯电解锰生产的一系列因素。

高纯电解锰生产的原料菱锰矿,含锰量21.68%左右。锰冶炼整个系统溶液量大,传统的生产工艺和其它行业特别是湿法有色冶金行业相比,存在生产过程劳动强度大、工作环境差、机械化程度低的缺点。随着湿法冶金工艺技术的发展和提高,连续浸出工艺在湿法冶金和化工行业得到了广泛的应用。将碳酸锰矿粉的间断浸出工艺改为连续浸出工艺具有设备生产能力大、节省劳动力、劳动条件好、生产过程易于实现自动化、浸化矿浆稳定等特点,较适合具有规模化的高纯电解锰生产,并且适宜采用蒸汽间接加热阳极液,避免溶液体积膨胀,保证浸出温度及回收率。

溶液净化工序采用三段净化、三段过滤的净化工艺,替代传统的一段硫化、一段活性碳吸附工艺,更适合溶液中杂质的彻底除去。硫化作业在搅拌槽中进行,采用二段硫化,延长硫化液在槽内的停留时间,保证硫化反应充分,确保电解液的质量,为生产高纯电解锰提供合格的溶液。

传统电解锰生产工艺中的电解工序,由于过多地使用二氧化硒作为添加剂,致使产品中硒的量过高,一般在0.08%左右,从而降低了锰的纯度,其含锰量仅99.7%左右。高纯电解锰对杂质的要求严格,其中硒含量要求在0.05%以下。如何降低硒的含量,有关资料介绍了许多方法:(1)减少二氧化硒添加剂用量,采用二氧化硒与另一种新添加剂组成混合添加剂;(2)采用新的辅助添加剂,配套使用几种辅助添加剂等。多数辅助添加剂效果不太明显,副作用较大。单纯减少添加剂二氧化硒的用量又影响电流效率,降低产量。过多减少二氧化硒用量,电解不正常,起壳,倒溶严重。使用二氧化硒混合添加剂存在其比例在实际操作中难以准确控制的弊端。目前,国内外有使用二氧化硫作为新的添加剂成功的实验验证对高纯电解锰的生产是合理可行的。

大规模化高纯电解锰的生产,阴极板出装槽及钝化、洗涤工作量非常大。为减轻操作工人的劳动强度,提高电解金属锰行业的装备水平,工艺流程宜选用人工辅以机械出板,钝化、洗涤、干燥自动化生产线取代传统的人工操作。

二、工艺流程

高纯电解金属锰的生产工艺,在传统的电解锰生产工艺基础上,将部分工艺进行改进,其工艺流程如图l。

图1  高纯电解锰生产工艺流程

(一)破碎及粉磨

菱锰矿经粗矿仓由板式给料机给料,经颚式破碎机粗碎至100mm进入细碎型颚式破碎机细碎至40mm以下,然后进入立磨机,其上端设有选粉机进行物料分级,0.147mm以下的合格粉料由引风机引入旋风分离器,90%的产品经旋风分离器捕集,其余10%的微细物料再用布袋收尘器捕集,其产品进入粉料仓作为粉磨产品。由袋式收尘器出来的尾气经引风机由烟囱排空,排放尾气含尘浓度小于120 mg/m3,可达到环保要求。

(二)浸出及过滤

浸出过程包括碳酸锰矿粉的连续酸性浸出、氧化、中和三个过程。

由锰矿粉制备工序输送来的合格矿粉经给料机,电子称量皮带机定量地加入浸出槽,同时阳极液、浓硫酸按一定比例加入,控制浸出温度85℃左右,液固比8~10∶1,始酸100 g/L,终酸pH值3.0~3.5,时间4h。浸出后矿浆至氧化槽,加入MnO2矿粉氧化,时间1h左右,使溶液中的Fe2+氧化成Fe3+。氧化后液至中和槽,控制终酸pH值6.5~7.0,后经泵送至厢式压滤机进行压滤。压滤渣含水25%~30%,送往渣场。滤液进入净化工序。

(三)净化、电解、钝化、洗涤及烘干

净化作业分二级硫化,一段活性碳吸附,三段过滤进行。一段硫化在硫化槽中进行,按溶液中Ni+Co的20~30倍往硫化槽中加入SDD液,硫化后溶液经一次硫化沉清槽进入一次硫化压滤机,滤液再二次硫化,滤渣运往渣场。二次硫化加入适量SDD或硫化剂,其液经二次硫化沉清槽进入二次硫化压滤机,滤液流入静置沉清槽,静置沉清16~24h,进一步除去溶液中Ca、Mg、Fe、Al、Zn、Si等杂质;滤渣送往渣场。沉清后液经三次净化槽,活性碳、助滤剂吸附溶液中的极微小颗粒后压滤分离,滤液送往电解工序,滤渣送往渣场。

电解时控制槽温40℃左右,平均阴极电流密度400 A/m2,槽电压4.6~4.8 V,同极距79~81mm.并加入适量SO2作添加剂,必要时加入部分氨水以调整阴极区的pH值。

电解周期完毕后,人工辅以吊车取板出槽,阴极板经钝化后,放人直动线上进行冷、热水洗涤,烘干作业。排出的废水送废水处理站处理,烘干的阴极板人工剥锰。

三、技术指标

高纯电解锰生产工艺较传统的电解锰生产工艺所生产的电解金属锰产品纯度高,渣含量小。目前国内锰行业电解金属锰质量先进水平:含锰量99.8%,硒量≤0.06%;高纯电解锰生产工艺电解金属锰质量:含锰量≥99.9%、硒量≤0.02%,产品质量达到国际先进水平,其锰总回收率可达75%,较传统电解锰生产工艺高5%。其主要技术指标如下:

    锰浸出率/%               > 93

    浸出渣率/%                  70

    浸出过程回收率/%            87 .41

    净化率/%                    92.12

    净化液含锰/g·L-1              36

    阳极液含钰/g·L-1            16

    电解直收率/%                93.6

    锰总回收率/%                75

四、问题探讨

高纯电解锰生产工艺存在废水处理问题,其主要来源于电解槽冷却水、压滤机清洗水、钝化及极板清洗水和车间地面清洗水。冷却水锰企业一般采用直排方式进入河流;压滤机洗滤布水则采用微孔陶瓷砖过滤后重复利用;钝化及洗板废水中含大量水溶锰、悬浮物、总铬与六价铬等。由于水量大,含污染物浓度高,处理难度大,国内电解锰生产废水治理一般是加硫代硫酸钠将六价铬还原为三价铬,再加可溶性碳酸盐,使废水中锰离子与碳酸根离子结合生成碳酸锰沉淀,三价铬离子与碳酸盐水解生成的氢氧根结合生成氢氧化物沉淀而分离出来。或加可溶性碱,使废水中锰离子、三价铬离子与氢氧根离子结合生成氢氧化锰、氢氧化铬沉淀而分离出来。由于电解钝化污水含铬5~10 mg/L,而洗阴极板污水不含铬,故不宜采用二者混合处理的方法。如采用将含铬污水单独处理,除铬后再与洗阴极板污水汇合(含NH3 -N50~700mg/L,Mn2+ 640~5210 mg/L)除氨氮和锰的方法,则可适当减少处理的溶液量,降低废水处理的难度。采取除铬用硫酸亚铁-石灰法,除氨氮用折点加氯法,除锰用石灰中和法的工艺比较适合高纯电解锰生产中污水处理,并且经该工艺处理后的出水含铬、锰及氨氮的量均低于《污水综合排放标准》。

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网友评论: 点击查看

2011 发表于 2011-5-31 9:25:34
很好
发表于 2011-5-19 15:23:12
好好学习,我就要用到了!
发表于 2011-5-19 9:52:52
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