溶液深度凈化對電解金屬錳生產(chǎn)的影響

廖英歡，陳升茂，傅 佳，石澤香，劉棟柱

(1.中信大錳礦業(yè)有限責(zé)任公司大新錳礦分公司，廣西 大新 532315;2.中信大錳礦業(yè)有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530029)

0 前言

錳是一種十分重要的戰(zhàn)略資源，廣泛應(yīng)用于冶金、化工、電子、電池、農(nóng)業(yè)等部門［1］。近年來，隨著國家對電解金屬錳(以下簡稱為：電解錳)行業(yè)清潔生產(chǎn)要求的提出，對行業(yè)的“三廢”、電耗的要求日趨嚴(yán)格［2］，而在實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，新液靜置后能使有害懸浮雜質(zhì)經(jīng)過自然沉降凝結(jié)成大顆粒除掉，但自然沉降效果有限且沉降緩慢。當(dāng)新液中懸浮的細(xì)小顆粒的半徑足夠小時，其布朗運動的能量足以抵消其所受重力的影響，這些粒子能夠長時間以穩(wěn)定狀態(tài)懸浮在新液中，會導(dǎo)致車間生產(chǎn)狀況惡化、產(chǎn)量低、電耗高，因此，有必要對靜置新液進(jìn)行進(jìn)一步的深度凈化。

目前，溶液深度凈化主要針對體系中特定物質(zhì)進(jìn)行。陳奇志等［3］報道了硫酸錳溶液的各項除雜工藝，如采用粉體電解二氧化錳作為溶液除鉬的吸附劑，氟化沉淀除鈣鎂，利用硫酸銨與金屬離子形成復(fù)鹽沉淀的方式脫除 Zn、Si、Ca、Mg等雜質(zhì)。朱利軍［4］采用體積分?jǐn)?shù)30%，皂化率為60%的P2O4與磺化煤油組成有機相，常溫下萃取鈣、鎂離子，萃取率分別達(dá)到99.37%和90.62%。陳麗鵑等［5］采用以硫酸鐵除鉀鈉，氟化錳除鈣、鎂的多步凈化工藝，各雜質(zhì)凈化率都在90%以上，且不帶入新雜質(zhì)。王雨紅等［6］采用吸附法脫除錳電解液中殘余有機物，COD(有機物)脫除率達(dá)到40.8%。黃炳行等［7］采用氯化亞銅沉淀法脫除錳電解液中氯離子，研究表明：40℃下反應(yīng)30 min，氯離子脫除率達(dá)到60.8%。陳飛宇等［8］研究了用 MnS、MnS礦、BaS除重金屬的效果，經(jīng)比較得出結(jié)論，使用MnS除重金屬能達(dá)到高純硫酸錳的要求。這些工藝都是針對硫酸錳溶液中特定雜質(zhì)而提出的解決方案，并未從工業(yè)上考察其對電解錳產(chǎn)量及電耗等影響。

本研究以聚丙烯酰胺為絮凝劑，考察了不同用量絮凝劑深度凈化后對電解車間產(chǎn)量、電耗及電解過程的影響。旨在為溶液的深度凈化與電解過程的關(guān)系以及電解錳清潔生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)。

1 實驗原料和方法

實驗所用原料為廣西某電解錳廠的新液靜置液，其 pH 為6.8～7.1，主要成分含量為：Mn2+36～37 g/L，(NH4)2SO4110 ～120 g/L，S2－≤0.0025 g/L。45120－陰離子聚丙烯酰胺：一種合成的高分子量聚丙烯酰胺，能完全溶于水，形成粘度很高的溶液，呈雜白色，可自由流動，密度為0.7 ～0.8 g/cm3，0.5%絮凝劑溶液的pH值為7～7.5。

實驗方法：在本廠電解錳1車間和10車間靜置槽內(nèi)按比例加入一定量PAM，靜置20 h，其他工藝操作維持不變，每天對電解錳1車間、10車間產(chǎn)量和電耗進(jìn)行跟蹤。

2 實驗結(jié)果及討論

實驗在本廠電解錳1車間連續(xù)進(jìn)行9 d，該車間產(chǎn)能為16.5 t/d，按每池添加絮凝劑PAM 18 g，其產(chǎn)量和電耗結(jié)果見表1所示。

表1 加絮凝劑前后電解錳1車間產(chǎn)量和電耗對比

從表1中數(shù)據(jù)可以看出，添加PAM靜置后，電解車間產(chǎn)量、單板產(chǎn)量及電耗情況均有所改善，產(chǎn)量由16.58 t增加到17.09 t，提高3.07%，單板產(chǎn)量由3.06 kg 提高至 3.15 kg，提高 2.94%，電耗由原先6 338.98 kW·h/t降至6 200.18 kW·h/t，降低電耗2.19%?？梢奝AM絮凝靜置液起到了良好的效果，推測通過絮凝劑分子長鏈的架橋作用，加快雜質(zhì)沉降速度，降低新液中懸浮的細(xì)小顆粒、膠體、硫化物等有害雜質(zhì)對電解過程的影響。因此，添加0.1 g/m3陰離子聚丙烯酰胺深度凈化溶液，能顯著改善電解過程，提高產(chǎn)量，節(jié)約能源為確保試驗數(shù)據(jù)的可靠性，對比了同一時期電解錳10車間產(chǎn)量和電耗，結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出：在不添加絮凝劑的情況下，同時期電解錳10車間產(chǎn)量和電耗略有小幅波動，但變化不大;而電解錳1車間添加絮凝劑前后數(shù)據(jù)變化明顯，因而可以排除實驗結(jié)果的偶然性，絮凝劑的作用明顯，同時也發(fā)現(xiàn)添加絮凝劑的電解過程較為平穩(wěn)，表征為析氫量少，陰極板板面上錳細(xì)膩。但添加絮凝劑后，PAM溶于水會形成很粘稠的膠狀物質(zhì)，其會被截留在濾布表面，堵塞濾孔，且濃度越大，濾布堵塞得越快，因而每隔2～3 d濾布堵塞嚴(yán)重，壓液慢，是需進(jìn)一步解決的問題。

表2 同期加絮凝劑前后電解錳車間產(chǎn)量和電耗對比

3 結(jié)論

根據(jù)電解錳生產(chǎn)過程中溶液的凈化對電解車間產(chǎn)量及電耗的影響，采用陰離子聚丙烯酰胺深度凈化靜置新液，探索了在靜置時間不變的情況下，不同用量絮凝劑對電解過程的影響，結(jié)果如下。

1)按每池18 g聚丙烯酰胺添加后進(jìn)行深度凈化，電解車間生產(chǎn)情況有大幅度的改善，產(chǎn)量由16.58 t增加到 17.09 t，提高 3.07%，單板產(chǎn)量由3.06 kg提高至 3.15 kg，提高 2.94%，電耗由原先6 338.98 kW·h/t降至6 200.18 kW·h/t，降低電耗2.19%，生產(chǎn)穩(wěn)定。

2)聚丙烯酰胺溶于水后，形成很粘稠的膠狀物質(zhì)，其被截留在濾布表面，會堵塞濾孔，且濃度越大，濾布堵塞得越快。

［1］Jianming Lu，David Dreisinger，Thomas Glück.Manganese electrodeposition-A literature review［J］.Hydrometallurgy，2014(141)：105－116.

［2］段寧，但智剛，宋丹娜.中國電解錳行業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和方向［J］.環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報，2011，1(1)：75－81.

［3］陳奇志，韋國柱，劉楠楠，等.錳礦浸出硫酸錳溶液的凈化除雜工藝研究［J］.大眾科技，2014，16(178)：90－92.

［4］朱利軍.工業(yè)硫酸錳浸出液的深度凈化及濕化學(xué)法制備四氧化三錳的研究［D］.長沙：湖南大學(xué)，2014.

［5］陳麗鵑，劉大為，彭天劍，等.硫酸錳溶液凈化工藝研究［J］.企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2012，31(4)：128－129.

［6］王雨紅，粟海鋒，文衍宣.吸附法脫除硫酸錳溶液中殘余有機物［J］.有色金屬(冶煉部分)，2013(3)：4－7.

［7］黃炳行，鄧永光，王雨紅，等.錳電解液中氯離子的脫除研究［J］.有色金屬(冶煉部分)，2013(6)：11－14.

［8］陳飛宇，吳烽.高純硫酸錳制備中除重金屬新工藝的研究［J］.中國錳業(yè)，2012，30(2)：26－28.