电解锰生产学习交流

1、电解锰的定义电解锰又称电解金属锰，是锰矿石经酸浸出获得锰盐，再送电解槽电解析出的单质金属。电解锰的纯度很高，含锰大于99.7%以上，硫≤0.05%，磷≤0.05%，碳≤0.04%。2、电解锰的特性电解锰外观似铁，呈不规则片状，质坚而脆，一面光亮，另一面粗糙，为银白色到褐色，加工为粉末后呈银灰色；在空气中易氧化，遇稀酸时溶解并置换出氢，在略高于室温时，可分解水而放出氢气。产品采取铁桶或柔性集装袋包装。牌号化学成分(质量分数)/%MnCSPSiSeFe不小于不大于DJMnA99.950.010.030.0010.0020.00030.006DJMnB99.90.020.040.0020.0040.0010.01DJMnC99.880.020.020.0020.0040.060.01DJMnD99.80.030.040.0020.010.080.03注：锰含量由减量法减去产品中表列杂质含量总和得到，即w(Mn)=100一[w(C+S+P+Si+Se+Fe)]（%)。3、金属锰的牌号根据电解金属锰按其锰及杂质含量的不同分为A、B、C、D四个牌号，详见表2。（牌号表摘自电解金属锰YBT051-2003）表2电解金属锰牌号表目前，我国电解金属锰生产主要以99.7％的产品为主（现大部分厂家实际已达到99.8％以上），只有少数几个厂家生产99.9％的产品。4、电解锰的作用电解锰的纯度很高，它的作用是增加合金金属材料的硬度、韧性、耐磨性和耐腐性。应用最广泛的有不锈钢、高锰钢、锰铜合金、锰铝合金、合金钢、钛锰、锰镁合金、电工钢、低磷低碳特殊钢等。电解锰由于它的高纯度、低杂质特点，现已成功而广泛地运用于钢铁冶炼、有色金属、电子技术、环境保护、食品卫生、电焊条业、航天工业等各个领域。锰合金是钢铁工业、铝合金工业、磁性材料工业、化学工业不可缺少的主要原料之一。5、电解锰的用途。①锰是冶炼工业不可缺少的添加剂。电解锰加工成粉状后是生产四氧化三锰的主要原料，电子工业广泛使用的磁性材料原件就是四氧化三锰生产的，市场需求量每年增长15%左右。②近些年，世界铝工业成为电解锰的主要用户，铝锰合金为现代轻美型建筑材料、装饰工程材料和地下工程防腐和保护材料，铝锰合金门窗等已进入普通居民住宅，大大地扩大了金属锰的市场。③在钢铁工业中，电解金属锰也用来做脱氧剂和脱硫剂，据统计，每吨钢消耗电解锰平均为0.06㎏。随着冶金技术的进步，炼钢企业生产附加值高的锰钢，含锰1.4%-1.8%的锰钢一般用于制造汽车、柴油机上的连杆螺栓、半轴、进气阀和机床的齿轮等。④目前，全球约有90%的电解锰用于钢铁，尤其是不锈钢生产。在国内电解锰约有70%—75%用于下游钢铁行业，45%用于锰钢合金钢，30%用于200系不锈钢。特别是我国200系不锈钢的发展，金属锰在冶金中的比重越来越大，200系列不锈钢主要用于消费品领域，所有的食品器皿、橱柜设备及用具、建筑装潢装饰等。⑤在炼钢生产中，电解锰特别适合冶炼合金化元素含有量10%以上的高锰钢、耐热钢、精密钢、耐蚀钢等“特、精、高”合金钢和冶炼低杂质、低有害元素的纯净钢、趋纯净钢等钢种。据我国不锈钢、高合金钢和优质钢的产品及耗用电解锰水平，2004年中国不锈钢等优特钢冶炼消耗电解锰约16万吨。其中：铬锰不锈钢耗用11万吨；铬镍不锈钢、耐热不锈钢、精密合金钢、高温合金钢、耐蚀合金钢和其他优特钢消耗5万吨左右。高锰钢即坚硬又富有韧性，且没有磁性，不会被磁铁所吸引，如由84%的铜、12%的锰和4%的镍组成的合金钢，它的电阻随温度的改变很小，被用来制造精密的电学仪器。高锰钢一直是矿山公路、铁路、建材、化工、冶金、磨料生产行业的主力耐磨材料。在军事上用高锰钢制造钢盔、坦克钢甲、穿甲弹的弹头等。1、世界陆地锰矿资源丰富，但分布不均匀。锰矿资源主要分布在南非、乌克兰、加蓬、澳大利亚、印度、中国、巴西和墨西哥等国家。南非和乌克兰是世界锰矿资源最丰富的两个国家，南非锰矿资源占世界锰矿资源的77%，乌克兰占10%。2、我国电解锰资源并不丰富，储量排名在世界第七位，已探明的锰矿约有1200多处，213个锰矿区，5.66亿吨保有储量，可用资源约2.4亿吨，分布于全国的21个省、市、自治区，其中以广西和湖南最为重要，保有储量分别为2.15亿吨和1.03亿吨，占全国总保有储量的38%和18%，其次是贵州的0.74亿吨，占13%，云南0.48亿吨，占8%，四川0.27亿吨，占5%，辽宁0.39亿吨，占7%，湖北0.14亿吨，占2%，陕西0.13亿吨，占2%。贵州、云南、四川、辽宁、湖北、陕西六个省储量合计2.15亿吨，占全国总保有储量的38%。系列1,广西,2.15,40%系列1,湖南,1.03,19%系列1,贵州,0.74,14%系列1,云南,0.48,9%系列1,四川,0.27,5%系列1,辽宁,0.39,7%系列1,湖北,0.14,3%系列1,陕西,0.13,3%广西湖南贵州云南四川辽宁湖北陕西我国现已查明80%的锰矿属于沉积或沉积变质型，这类矿床分布广，矿体成多层薄层状，缓倾斜，埋藏深，需要进行地下开采，开采技术条件差，适合露天开采的储量只占全国总储量的6%。3、锰矿石生产情况：我国的电解锰生产企业主要集中在湖南、贵州、重庆交界的锰三角是地区。由于开发早和发展快，现在锰矿在秀山、松桃已经供应紧张，同时当地政府重复征收资源补偿费、出县要收几十元/吨，矿石价格占到电解锰成本的1/3。重庆、松桃、湘西的矿山都存在乱采乱挖的现象，几万吨储量目前只剩一半，而且资源回收率很低，只有50%左右，开采中采富弃贫现象严重，矿石品位从19%下降至16%。但广西的矿石供应丰富，大新的储量有一亿吨，够几十年使用。我国现有锰矿石生产企业420家，总生产能力达到1200万吨/年，以中小企业为主，由于锰矿生产集中度差，技术水平低，2006年全国锰矿石产量为1100万吨。中国是世界上最大的锰矿石进口国，全国2006年锰矿石进口620.7万吨，2008年进口757万吨，进口锰矿石已占国内锰矿石消耗量的36%，预计今后一段时间还要增加。4、海外扩张情况：①中信大锰矿业有限公司是由中信资源控股有限公司（香港上市公司）与广西大锰矿业有限公司与2005年8月出资在崇左市设立中外合资公司，注册资金5亿元，公司锰矿储量过亿吨，占全国锰矿总量的22%，位居全国之首，为中国最主要的电解锰生产企业。中信大锰在加蓬买了3000万吨矿石，在南非买了1000万吨矿石，并着手自己开采。②重庆武陵锰业有限公司在非洲科特迪瓦探明一储量4000万吨、品位高达40%的锰矿，准备投资一亿元人民币占股39%，以解决企业长远的矿石需求问题。③湖南天雄矿业公司在赞比亚已探明1亿吨的储量准备开采。1、生产工艺电解锰的生产工艺：一种是以碳酸锰矿为原料，直接利用硫酸与碳酸锰化合反应制取硫酸锰溶液；另一种是以二氧化锰为原料生产电解锰的工艺。目前用碳酸锰矿为原料生产电解锰的较多。电解金属锰是锰的湿法冶金产品，采用“浸出——净化——电解”的生产工艺。主要是采用碳酸锰粉与无机酸反应，制得锰盐溶液，加铵盐作缓冲剂，用加氧化剂氧化中和的方法除铁，加硫化剂除重金属，经过“沉降——过滤——深度净化——过滤”得出纯净的硫酸锰溶液，加入添加剂后，作为电解液进入电解槽电解析出的单质金属，生产出金属锰。2、工艺流程说明工艺流程分为化合（浸出）、净化、电解和电解锰后处理四个阶段。化合（浸出）：该过程主要包括碳酸锰矿粉的酸性浸出、氧化、中和三个过程。将碳酸锰矿粉按工艺比例要求加入化合槽中，同时加入阳极液、硫酸进行浸出反应，再加入适量二氧化锰矿粉进行氧化反应，最后加入适量氨水进行中和反应以调节溶液pH值。反应所需的热量由碳酸锰矿粉和阳极液或硫酸反应放热以及硫酸的稀释热提供。浸出采用机械搅拌槽，浸出槽的进出周期为8h。浸出温度约为60℃，液固比=8～10：1，控制浸出中和的终点pH=6.5～7.0，并取样化验，合格的中和液通过溜槽流入浸出液中转槽。中转槽中和合格液用泵送到压滤机进行一次压滤，滤液经滤液贮槽送净化工序进行硫化作业，滤渣进入渣仓后用汽车运往渣场。压滤渣含水26%左右。化合（浸出）过程中有如下化学反应。锰矿石的浸出：MnCO3+H2SO4=MnSO4+H2O+CO2↑矿石中各种杂质同时浸出：Fe3O4+4H2SO4=FeSO4+Fe2(SO4)3+4H2OMeO2+H2SO4=MeSO4+H2O(Me=Fe、Cu、Co、Ni、Mg等)软锰矿氧化Fe2+、水解净化除Fe3+：MnO2+4H++2Fe2+=Mn2++2Fe3++2H2OFe3++3H2O=Fe（OH）3↓+3H+净化：分为硫化、静置沉清。硫化：浸出压滤机的滤液经滤液贮槽用泵送到一次硫化槽，同时在槽中加入适量的(按溶液中的Ni+Co的20-30倍)SDD液（浓度为3-5%）对溶液进行硫化作业，以除去溶液中的杂质，然后溶液经溜槽流向一次硫化槽中沉清，溶液在沉清槽静置一段时间后，用泵将溶液送到一次硫化压滤机进行过滤，滤液经溜槽自流到静置沉清池，必要时加入少量SDD进行二次硫化。滤渣进入渣仓，用汽车运往渣场。静置沉清：为进一步除去溶液中悬浮物，需对硫化滤液进行静置沉清作业，静置沉清时间16～24h，然后用厢式压滤机进行再次分离作业，过滤液加入添加剂（SeO2）后即为合格的电解液，用泵送到电解合格液槽用以电解。压滤渣卸在渣仓，用汽车运往渣场。硫化过程中发生了如下化学反应：MeSO4+RS=RSO4+MeS↓(Me=Zn、Cu、Co、Ni、Mg等)电解：合格液槽中的新液经溜槽进入电解槽进行电解作业，电解时槽温控制在38～42℃，平均阴极电流密度370～380A/m2，同极距68mm，阴极锰析出周期24h。电解时加入少量二氧化硒添加剂以利于电解作业稳定，加入部分氨水以调节pH值。为带走电解时电流通过在槽中产生的热量以维持正常的电解温度，在电解槽内设冷却管，通入冷却水进行冷却，维持电解槽温在正常范围内。电解时，电解液不断加入，阳极液流入阳极液溜槽自流到浸出工序。在电解过程中发生了如下化学反应。锰的阴极电解析出、析氢副反应：Mn2++2e=Mn2H++2e=H2↑锰的阳极电解反应：Mn2++2H2O-2e=MnO2↓+4H+2H2O-4e=O2↑+4H+电解锰后处理：是指电解之后处理电解金属锰成品的一系列操作，包括钝化、水洗、烘干、剥落、包装以及极板处理等步骤。电解锰的后处理对产品质量，特别是硫含量有很大影响，必须严格按照工艺要求操作。(1)钝化:从电解槽中取出沉积了金属锰的阴极板在沥干电解液后，放入含重铬酸钾3%的水溶液中进行钝化处理。使金属锰表面形成钝化模层，或减缓金属锰在空气中的氧化。(2)水洗:将钝化处理后的阴极板沥干钝化液，放入热水槽浸泡、冲洗，除去金属锰表面粘附的电解液和钝化液。(3)烘干:将水洗干净的阴极板置入烘房烘烤，烘烤温度低于110℃，烘烤时间20-30分钟。(4)剥落:剥落就是将金属锰成品与阴极板分离。按照外观质量分级剥落。(5)包装:产品剥落完后，取样送检，然后按产品外观质量分别装桶、称重、包装。(6)阴极板处理:将剥离后的阴极板放入阳极液中浸泡，溶去阴极板上的残锰，然后放入洗液(7%HNO3+3%K2Cr2O7)中浸泡1分钟，取出后用自来水洗净；表面光亮平整的阴极板返回使用，表面不整洁的阴极板完全晾干后送抛光室进行抛光处理。电解锰后处理过程中将产生含铬和锰的废水，此部分废水送往废水处理站进行废水处理，处理合格后的水再用于洗板用，从而实现循环利用。1、生产指标电流效率:指电解过程中生产一吨电解锰理论上所必需的电能与实际上消耗的电能之比。在生产中电流效率大小是用实际锰产量和理论锰产量之比来表示：η＝（P实/P理）×100％式中：P实---实际锰产量，t；P理=C×I×τ×10-3(t)η---电流效率，%；C---锰的电化当量，C＝1.025(g×A-1×h-1)；I---电解槽系列平均电流，A；τ---代表电解时间，h。直流电耗:电耗是电解生产中一项综合技术指标，用下面公式表示：式中：