錳電解車間畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　第1章 電解錳的工藝選擇和論證</p><p>　　目前，世界上金屬錳生產(chǎn)以電解法為主，該法獲得高品位的金屬錳ω(Mn)﹥99.7%，可使用的錳礦石類型和品位較廣，原料可采用碳酸錳礦，二氧化錳礦以及高爐冶煉的富錳渣等。</p><p>　　電解法生產(chǎn)金屬錳，錳的標(biāo)準(zhǔn)電位為-1.18V，氫的標(biāo)準(zhǔn)電位為0V，從熱力學(xué)的觀點(diǎn)來看，在陰極上應(yīng)該析出的是氫而不是錳，但在實(shí)際生產(chǎn)

2、中是怎樣保證錳的優(yōu)先析出呢？這就需要我們了解錳的電積過程和由此確定的工藝及參數(shù)了。</p><p>　　1.1 硫酸錳溶液的電積過程</p><p>　　1.1.1 陰極反應(yīng)</p><p>　　在錳電積的陰極區(qū)存在有Mn2+、H+、微量雜質(zhì)金屬離子Men+，通直流電時(shí)，在陰極的主要反應(yīng)有：</p><p>　　Mn2++2e=Mn

3、 fMn2+/Mn=-1.1795+0.0951㏒[Mn2+]-ηMn</p><p>　　2H++2e=H2(g) fH/H2= -0.0591PH-ηH2</p><p>　　基于錳電解生產(chǎn)中均采用MnSO4—[NH4]2SO4—H2O系電解液，在電積過程中，會(huì)有伴隨極化現(xiàn)象而產(chǎn)生的超電壓，使電積順序發(fā)生逆轉(zhuǎn)。</p><p>　　在MnSO4溶液

4、中加入氨水及(NH4)2SO4后，根據(jù)溶液的電荷平衡可知：</p><p><b>　　[Mn2+]= </b></p><p><b>　　[H+]=</b></p><p>　　注：β1，β2分別為Mn(NH3)2+和Mn(NH3)22+配合物的生成常數(shù)，分別是6.30，20。K為NH4+的生成常數(shù)，為1.8×

5、;109，Kw為水解離常數(shù)，為10-14。[MnSO4]=A，[(NH4)2SO4]=B。</p><p>　　繪制出Mn—NH3—SO42-—H2O系f—pH圖。見圖1.1。由圖分析可知：</p><p>　?、?在MnSO4—[NH4]2SO4—H2O系溶液液中添加氨可增大溶液的穩(wěn)定性，及Mn2+的水解pH增大，金屬錳的電勢(shì)變負(fù)；</p><p>　?、?添加氨

6、溶液pH增加氫電極電勢(shì)fH/H2比金屬錳fMn2+/Mn下降程度大得多，即電勢(shì)差增加，有利于Mn的優(yōu)先還原析出；</p><p>　　⑶ 氨的增加是有限度的，對(duì)于[MnSO4]= [(NH4)2SO4]=1mol/L的溶液，[NH3]加入 </p><p>　　等于0.4089mol/L。否則生成Mn(OH)2沉淀。</p><p&

7、gt;　　另外，由塔菲爾公式描述：η=a+b㏒DK(DK為陰極電流密度（A/m2）,a依陰極材料與溫度的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)而定，值介于0.1～1.5V；b為,對(duì)大多數(shù)金屬而言，b值較于接近0.12V，可見，a值的重要性遠(yuǎn)大于b。)</p><p>　　在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，ηMn可取0.02V,氫在Mn，Cu，Al，Ti，F(xiàn)e等金屬上的過電位很大，可取ηH2=0.62+0.0611pH+0.1222㏒DK.。使得電解時(shí)氫的實(shí)際

8、電位與錳接近或稍負(fù)，從而使Mn2+和H+同時(shí)在陰極。</p><p>　　為了保證高的氫超電壓以達(dá)到高的電流效率，采用高的電流密度，較低的電解液溫度，較純的硫酸錳及添加劑等重要條件進(jìn)行電積。</p><p>　　圖1.1 Mn—NH3—SO42——H2O系f—pH圖</p><p>　　條件：25℃，A=[MnSO4]=1mol, B=(NH4)2SO4=1mol,

9、 FMn與線交點(diǎn)時(shí)， [NH3]加入=0.4089mol</p><p>　　金屬錳的電極過程是電化學(xué)反應(yīng)和電晶過程，晶格在電極表面不斷生長(zhǎng)與破壞，過程十分復(fù)雜。此外，由于界面上進(jìn)行電子轉(zhuǎn)移步驟一般進(jìn)行都很快，電極過程常由傳質(zhì)速度控制，這是擴(kuò)散控制，從而改進(jìn)電解槽結(jié)構(gòu)和強(qiáng)化傳質(zhì)對(duì)提高錳的電積速度。</p><p><b>　　1.1.2陽(yáng)極反應(yīng)</b></p&g

10、t;<p>　　目前，金屬錳一般采用Pb—Sb—Sn—Ag四元合金作陽(yáng)極。在陽(yáng)極同時(shí)發(fā)生析MnO2與析O2兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)：</p><p>　　MnO2+4H++2e=Mn2++2H2O fMnO2/ Mn2+=1.229-0.1192pH；</p><p>　　O2+4H++4e=2H2O fO2/H2O=1.229-0.05

11、91pH；</p><p>　　MnSO4—H2SO4系f—溫度圖如圖1.2 所示：</p><p>　　可見，隨著溫度升高，而且f2-f1電勢(shì)差值增大，這表明高溫有利于MnO2的優(yōu)先析出。</p><p>　　對(duì)于電解金屬錳陽(yáng)極過程，要求盡量少產(chǎn)出MnO2（又稱陽(yáng)極泥），以減少M(fèi)n2+的消耗和造成的電解液渾濁，故應(yīng)采取低溫、低[SO42+]T以及高的電流密度等技術(shù)

12、條件，這</p><p>　　樣對(duì)金屬錳析出有利。</p><p>　　另外，在硫酸溶液中，以Pb—Ag合金為陽(yáng)極時(shí)不同溫度下，氧的實(shí)際電位很高，證明氧在覆蓋著PbO2的陽(yáng)極過電位很大，采用這種陽(yáng)極必將造成分解電壓的增大，從而導(dǎo)致金屬錳電解電耗增加。因此，研制低氧過電位的陽(yáng)極材料對(duì)電解金屬錳的生產(chǎn)成本具有重要意義。</p><p>　　圖1.2 MnSO4—H2SO

13、4系f—溫度圖</p><p>　?。l件：[SO42-]T=2mol/l，[H+]T=0.04mol/l）</p><p>　　此外，氫、氨、氧的析出使電解液充氣而成為非均相的氣—液混合體系，產(chǎn)生了嚴(yán)重的“析氣效應(yīng)”。它固然有促成液體的自然對(duì)流，帶來了強(qiáng)化傳質(zhì)之利，但卻明顯地產(chǎn)生了減低溶液電導(dǎo)率，增大了電極周圍電流分布的不均勻性之弊。其結(jié)果是不大于利，減少了Mn2+離子擴(kuò)散速度，降低了電

14、流效率。</p><p>　　1.2金屬錳的工業(yè)生產(chǎn)</p><p>　　國(guó)內(nèi)金屬錳電解均采用不銹鋼板或鈦板作陰極，選用鉛銻錫銀四元合金、鉛錫銀三元合金或鉛銀合金板作為陽(yáng)極。</p><p>　　電解（電解沉積）總反應(yīng)式為：</p><p>　　MnSO4+H2O = Mn+O2+H2SO4</p><p>　　即在陰

15、極上析出Mn，在陽(yáng)極上析出O2，同時(shí)產(chǎn)出含H2SO4的廢電解液。廢電解液返回浸出使用。</p><p>　　電解是在木制假底鋼筋水泥PVC襯里的電解槽中進(jìn)行。</p><p>　　1.2.1電解槽簡(jiǎn)述</p><p>　　電解槽是電解的關(guān)鍵設(shè)備。其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，一般采用木結(jié)構(gòu)（也有采用鋼筋混凝土制作）+內(nèi)襯塑料+下部假底。底上裝有隔膜袋，袋內(nèi)裝陽(yáng)極板，袋外放陰極板。這

16、是由于在硫酸錳水溶液中電解錳時(shí)，陰極室必須處于中性偏堿（7～8）狀態(tài)才能析出錳，而陽(yáng)極在電解過程中放出H+，為酸性，必須區(qū)分陰極室和陽(yáng)極室的不同電解效應(yīng)。槽中設(shè)有假底是為更好的密封性，，在其上鑲?cè)胪饷嫣子懈裟げ嫉年?yáng)極室木框，陽(yáng)極室的不同電解效應(yīng)。槽中設(shè)有假底是為更好的密封性，，在其上鑲?cè)胪饷嫣子懈裟げ嫉年?yáng)極室木框，陽(yáng)極室木框架中和假底下面相通，以便陽(yáng)極液通過假底溢流排出，框中插鉛基含銀陽(yáng)極板，此框以內(nèi)即為陽(yáng)極室；整個(gè)電解槽內(nèi)陽(yáng)極隔膜布以

17、外即為陰極板。隔膜布只允許離子通過，分子不能通過，用不隔水的帆布即可。為控制電解溫度，電</p><p>　　圖1.3 電解槽簡(jiǎn)圖</p><p>　　1—冷卻水管；2—槽體；3—塑料襯里；4—陽(yáng)極板；</p><p>　　5—陰極板；6—隔膜袋；7—導(dǎo)電銅排；8—銅排固定卡</p><p>　　解槽內(nèi)側(cè)設(shè)有間接冷卻的鉛管，管內(nèi)通冷卻水。&l

18、t;/p><p>　　圖1.3為國(guó)內(nèi)第一套電解槽設(shè)計(jì)圖。圖1.4為改進(jìn)的電解槽，電解液輸入后進(jìn)入陰極前室，在陰極上放出的氫氣起到攪拌作用使陰極液自由循環(huán)。溶液進(jìn)入陽(yáng)極室后在上部溢出進(jìn)入假底。陽(yáng)極泥可沉積在傾斜的底部，通過閥門排出。必要時(shí)陰極液可通過側(cè)壁閥門方便地排出。</p><p>　　圖1.4 電解槽結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1.2.2. 陽(yáng)極材料與陰極材料簡(jiǎn)述&

19、lt;/p><p><b>　?、?陽(yáng)極材料</b></p><p>　　電解金屬錳陽(yáng)極材料為鉛基合金，廣泛應(yīng)用于硫酸、硫酸鹽介質(zhì)及中性鉻酸鹽介質(zhì)。這是由于鉛和鉛基合金浸入硫酸后迅速生成一層PbO2薄膜（具體過程十分復(fù)雜），PbO2沉積于硫酸鉛表面孔隙中，后來逐漸在整個(gè)陽(yáng)極表面建立保護(hù)層，將金屬鉛與溶液隔開，使鉛電極成為不溶陽(yáng)極。由于PbO2具有較高的電催化活性，所以電化

20、學(xué)反應(yīng)就在它表面進(jìn)行。</p><p>　　但鉛陽(yáng)極具有以下缺點(diǎn)：</p><p>　　重量大，強(qiáng)度低，易彎曲變形造成短路；</p><p>　　導(dǎo)電性不夠好，電能消耗大；</p><p>　　如電解液中存在Cl-，則可破壞PbO2晶格，使陽(yáng)極受到嚴(yán)重腐蝕。</p><p>　　因此，采用鉛基合金陽(yáng)極代替純鉛，可克服上

21、述缺點(diǎn)。</p><p><b>　　⑵陰極材料</b></p><p>　　作為陰極材料應(yīng)滿足幾個(gè)條件：在電解液中不溶解、電阻率低、氫過電位高、彎曲性和彈性好。本來鋁材能滿足這些要求，但在鋁材上沉積的錳難于剝離，而且這一缺陷未能通過對(duì)鋁材進(jìn)行表面處理而改善，因此鋁材沒能得到應(yīng)用。</p><p>　　工業(yè)生產(chǎn)初期，用18%Cr、12%Ni、2

22、%Mo不銹鋼作陰極，得到良好的效果。這種不銹鋼材在電解液中耐腐蝕。使用前進(jìn)行拋光，并在表面浸上一些緩沖成分，即在含有小量硅酸鈉的溶液中浸泡。可使陰極錳容易剝離。另外，鈦材非常適用于目前工業(yè)生產(chǎn)中作電解錳的陰極材料。因?yàn)榭諝庵行纬傻难趸げ恍柽M(jìn)行表面處理，便能容易地將沉積錳剝離下來。</p><p>　　1.2.3 電解參數(shù)的確定</p><p><b>　　1. 電解液成分<

23、;/b></p><p>　　錳電解液包括新液（凈化液）、陰極液和陽(yáng)極液。</p><p>　?、?新液 送往錳電解的新液是凈化后的純?nèi)芤海琈n2+34～38g/l，(NH4)2SO4 100～120g/l，pH 6.5～7。為了保持較高的陰極電流效率，要求采用有效的除鐵措施，鐵除到1mg/l以下；重金屬的存在將會(huì)嚴(yán)重影響電解的電流效率和沉積錳的質(zhì)量，采用S.D.D（福美鈉）除重金

24、屬，鎳和鈷都可凈化到0.5mg/l以下。</p><p>　　另外，溶液中的CaSO4和MgSO4結(jié)晶析出后，會(huì)堵塞隔膜，造成隔膜孔隙率下降，也是影響隔膜壽命的主要因素；并且Mg2+雖對(duì)電解沒有影響，但會(huì)形成Mn2+—Mg2+—NH4+復(fù)鹽結(jié)晶。因此，溶液中MgO含量應(yīng)低于8g/l；CaSO4濃度低于1～1.2g/l；溫度高于25℃，以防止結(jié)晶。</p><p><b>　?、?/p>

25、 陰極液</b></p><p>　?、費(fèi)n2+含量 工業(yè)上陰極液錳含量波動(dòng)在15～18g/l。過高則導(dǎo)致錳銨復(fù)鹽的析出，破壞電解過程。</p><p>　?、冢∟H4）2SO4含量 增大（NH4）2SO4濃度可增加Mn2+在溶液中的穩(wěn)定性，防止其在高pH下水解，此外它還能增加溶液的導(dǎo)電性。</p><p>　　國(guó)外錳生產(chǎn)中（NH4）2SO4含量波動(dòng)在

26、120～140g/l（無(wú)硒），國(guó)內(nèi)為100～120g/l（有硒）。</p><p>　?、?pH的調(diào)節(jié) 試驗(yàn)證實(shí)，隨著陰極液pH 的增加，電流效率顯著增加，但當(dāng)pH﹥9后又顯著下降。為了提高陰極液的pH，實(shí)踐中均加入1：1氨水，生產(chǎn)中噸錳液氨用量一般為0.08t。陰極液中氨濃度一般為3.2g/l。</p><p>　　應(yīng)當(dāng)指出，調(diào)氨量要適當(dāng)。過剩的氨一方面會(huì)導(dǎo)致Mn2+的水解，另一方面由

27、于pH的增加，游離NH3增加，會(huì)導(dǎo)致氨的損失。一般pH控制在7～8為宜。</p><p><b>　　⑶ 陽(yáng)極液</b></p><p>　　陽(yáng)極液含Mn2+ 14～15g/l左右，含H2SO4 40g/l左右。</p><p>　　當(dāng)加SeO2作抗氧化劑時(shí)，pH控制在6.8～7.2為佳，加SO2作抗氧化劑時(shí)，pH控制在7.8～8.2為佳。&l

28、t;/p><p><b>　　⑷ 添加劑</b></p><p>　　Mn2+在高pH的條件下，很容易被氧化成高價(jià)錳化合物MnOOH(Mn2O3·3H2O)和MnO2。為防止Mn2+氧化，必須加入抗氧化劑使溶液保持還原性。即使偶爾生成了Mn2O3和MnO2威力也將立即被還原消失。在20世紀(jì)40～50年代，金屬錳電解曾成功采用SO2作抗氧化劑，溶液中添加0.1g/

29、l的SO2以及溶液pH提高到8，可保持高的陰極電流效率和致密的金屬錳沉積。</p><p>　　SO2的作用在于保持溶液還原性，使生成的MnO2和Mn2O3還原為Mn2+，即：</p><p>　　MnO2+HSO3- +H+ = Mn2+ +SO42- +H2O E = 1.229-0.0591 = 1.1689V</p><p>　　Mn2O3+

30、 HSO3- +3H+ = 2Mn2+ +SO42- + 2H2O E = 1.4434-0.0591=1.3843V</p><p>　　到60年代，在金屬錳電解中開始使用更有效的抗氧化劑SeO2，其添加濃度為0.03～0.06g/l Se。</p><p>　　SeO2在溶液中的形態(tài)決定于pH值。</p><p>　　H2SeO3HSeO3-SeO32-&l

31、t;/p><p>　　在pH﹥6.58的情況下，SeO2還原錳氧化物的電動(dòng)勢(shì)為：</p><p>　　MnO2 +SeO32- +2H+ = Mn2+ + SeO42- + H2O E = 1.229- 10875 = 0.354V</p><p>　　Mn2O3 +SeO32- +4H+ = 2Mn2+ +SeO42- + 2H2O E =

32、 1.4434-0.875 = 0.5684V</p><p>　　生成實(shí)踐證實(shí)，向電解液中添加SO2和SeO2可顯著提高電流效率，公認(rèn)其顯示良好的抗氧化效果。</p><p>　　此外，研究證實(shí)，SeO2和SO2還原劑還起到下列作用：</p><p>　?、?SeO2和SO2在陰極還原成元素硒和元素硫，吸附在陰極上能提高氫的析出超電壓；</p>&l

33、t;p>　　② SO2在陰極還原成H2S,與Co2+, Ni2+反應(yīng)生成硫化物沉淀，從而減輕Co, Ni的危害作用。</p><p>　　③ 在電解溶液中存在有SO2，SO32-,SeO32-、膠體硫和硫脲有，利于沉積a型錳，較之g型錳具有更強(qiáng)的抗蝕性。</p><p>　　使用SO2作還原劑的缺點(diǎn)是金屬中含硫量增加。</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)廣泛使用Se

34、O2作添加劑，加入量控制在噸錳2～4kg。</p><p><b>　　2. 槽電壓與電耗</b></p><p>　　槽電壓是由硫酸錳分解電壓（V分），電解液電阻電壓降（V液），陰陽(yáng)極電阻電壓降（V極），陽(yáng)極泥電阻電壓降（V泥）及接觸點(diǎn)電阻電壓降（V接），等五項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)組成，即：</p><p>　　V槽 = V分 + V液 + V極 + V泥

35、+ V接 = 4.6～5V</p><p>　　其中V分 = fO2/H2O - fMn2+/Mn ＝1.229 - （-1.18） +?≈2.5V</p><p>　　可見，（V液 + V極 + V泥 + V接）占V槽的40%以上。</p><p>　　國(guó)內(nèi)錳電解電流效率一般達(dá)到68%左右，則每噸錳的電解電耗為：</p><p>　　W

36、= = 8050 KW·h/t Mn</p><p>　　原因主要是析氫的影響，而槽電壓高的主要是施予陽(yáng)極的電能白白浪費(fèi)于析氧。為此，由鐘竹前、梅光貴等人進(jìn)行的Mn—MnO2同時(shí)電解的研究已見廣泛報(bào)導(dǎo)。</p><p><b>　　3. 電解液溫度</b></p><p>　　升高溫度可以增加溶液的電導(dǎo)，減少能耗，但溫度過高會(huì)降低電

37、流效率。并且溫度偏低沉積錳會(huì)生成樹枝狀結(jié)晶，高于45℃則會(huì)形成粗晶粒，這兩種晶粒是不希望得到的。采用低的電解溫度是確保高的塔菲爾值a的主要條件，從而保證高的電流效率。由于析氫反應(yīng)的活化能高（14～16kJ/mol），升高溫度便會(huì)顯著降低a值。工業(yè)上采用的電解溫度為38～44℃。</p><p>　　為了排除電解過程放出的焦耳熱的影響，對(duì)于3000A電流的電解槽，在兩側(cè)裝有?33mm，厚3mm，長(zhǎng)4m的蛇形鉛管或不

38、銹鋼管、塑料管等耐腐蝕管，用循環(huán)冷水間接冷卻。</p><p><b>　　4. 電流密度</b></p><p>　　⑴ 陰極電流密度 </p><p>　　為了提高氫超電壓，電解錳生產(chǎn)中采用較高的陰極電流，以提高陰極電流效率。有關(guān)陰極電流密度與電流效率的關(guān)系見表1.1。</p><p>　　表1.1 電解錳陰極電流

39、密度與電流效率的關(guān)系</p><p>　　陰極電流密度過低，不僅電流效率不高，而且會(huì)導(dǎo)致無(wú)光澤的金屬沉積。電流密度過高，電效也會(huì)下降，而且容易產(chǎn)生樹枝狀結(jié)晶。</p><p>　　工業(yè)上采用的陰極電流密度通?？刂圃?00～400A/m2范圍內(nèi)，國(guó)內(nèi)電解錳廠電流密度一般采用350～400A/m2.實(shí)踐證明，采用較低電流密度時(shí)，產(chǎn)品質(zhì)量好。</p><p>　　⑵ 陽(yáng)極

40、電流密度 </p><p>　　一般采用680～800A/m2高電流密度，以減少陽(yáng)極上析出的MnO2量。</p><p><b>　　5. 陰極沉積時(shí)間</b></p><p>　　隨著電解時(shí)間的延續(xù)，陰極析出錳表面變粗糙，甚至產(chǎn)生粒狀或樹枝狀結(jié)晶，電流效率降低，所以電解時(shí)間不宜過長(zhǎng)。但沉積時(shí)間太短，不但增加出槽數(shù)，增大工作量，而且也會(huì)增加氨

41、水和SeO2秏量。因此，國(guó)內(nèi)析出周期一般為24h。</p><p>　　1.3 工藝流程選擇論述及節(jié)能與品質(zhì)改進(jìn)探討</p><p>　　1.3.1 工藝流程選擇</p><p>　　中國(guó)生產(chǎn)電解錳的原料為菱錳礦，其工藝為：硫酸浸出——氧化除鐵——硫化法除重金屬——電解。1980年以前只生產(chǎn)以SeO2為電解添加劑的含錳99.7%～99.8%</p>&

42、lt;p>　　片狀產(chǎn)品，1990年后，相繼出現(xiàn)了含Mn99.9%的高純電解錳、低硒電解錳、粉狀以及低氫、低硅、低碳電解錳等新品種。目前，中國(guó)電解錳產(chǎn)能約188萬(wàn)t/a，占全球產(chǎn)能的98%以上。</p><p>　　本設(shè)計(jì)廣泛吸取國(guó)內(nèi)外同行業(yè)的先進(jìn)工藝和技術(shù)，結(jié)合原料供應(yīng)有利情況，在可行性研究中進(jìn)行了多方案論證和流程比較，經(jīng)過評(píng)審，本設(shè)計(jì)采用中溫浸出、長(zhǎng)時(shí)間靜置方案，其冶煉工藝流程見圖1.5。</p&g

43、t;<p>　　生產(chǎn)劃分為浸出車間、凈化車間和電解車間三個(gè)部分。其中原料倉(cāng)庫(kù)、漿化上料、浸出、氧化及中和除鐵屬浸出車間；凈化車間包括硫化、靜置和壓濾工序；電積、析出錳處理等屬于電解車間。</p><p>　　生產(chǎn)車間每天三班作業(yè)，每班工作8h，全年生產(chǎn)天數(shù)320天。</p><p>　　圖1.5 電解金屬錳冶煉工藝流程圖</p><p>　　1.3.2

44、 工藝過程論述</p><p><b>　?、?原料倉(cāng)庫(kù)</b></p><p>　　按建廠廠區(qū)地形，為充分利用山坡地，減少挖、填土石方工作量，工藝廠房成三個(gè)階梯布置。原料倉(cāng)庫(kù)布置在最高的一個(gè)平臺(tái)上。袋裝的碳酸錳礦粉有汽車運(yùn)入倉(cāng)庫(kù)，人工卸料。原料倉(cāng)庫(kù)寬15m,長(zhǎng)40m，有效堆放體積1000m3,可貯存15d生產(chǎn)用的碳酸錳礦粉和硫酸銨等輔助材料。</p>

45、<p>　　與原料倉(cāng)庫(kù)地面高度相同處，設(shè)有硫酸貯罐和氨水貯罐。</p><p><b>　　2.漿化上料</b></p><p>　　為了減少礦塵飛揚(yáng)等損失，本設(shè)計(jì)利用地形高差優(yōu)勢(shì)，采用集中投礦、漿化上料工藝。</p><p>　　漿化槽面與原料倉(cāng)庫(kù)地面高差2.0m。漿化工序設(shè)置機(jī)械攪拌漿化槽3個(gè)，每個(gè)槽子有效容積100 m3，攪拌電

46、動(dòng)機(jī)功率20kW，攪拌軸轉(zhuǎn)速50r/min。</p><p>　　袋裝碳酸錳礦粉人工拆袋，倒入有格板篩的礦斗中，礦斗上部高度與原料倉(cāng)庫(kù)地面持平。</p><p>　　為使加料均勻，礦斗下方難割舍電磁振動(dòng)給料機(jī)1臺(tái)。</p><p>　　漿化為半連續(xù)性作業(yè)，及根據(jù)浸出槽的需要連續(xù)加入碳酸錳礦粉和陽(yáng)極液及洗渣液等，混合后的漿液從漿化槽上方連續(xù)溢流排。溢流礦漿通過溜槽（溜

47、槽斷面350㎜×350㎜，坡度1%）自流進(jìn)各個(gè)浸出槽中。</p><p>　　應(yīng)當(dāng)指出，碳酸錳礦粉加入漿化槽時(shí)就起到浸出作用，在漿化槽和溢流槽中就得到從分混合反應(yīng)，這樣可以縮短礦粉浸出時(shí)間。但是由于反應(yīng)有大量CO2放出，漿化礦漿不能用泵和管道輸送。</p><p><b>　　3.浸出</b></p><p>　　浸出工藝采用常溫浸出

48、（即不外加熱，利用H2SO4反應(yīng)熱可使礦漿升溫至55～65℃），硫酸銨和硫酸的加入量按工藝計(jì)算量加入，浸出反應(yīng)放熱原則上有利于錳的浸出速度加快，但鎂、重金屬、SiO2等雜質(zhì)也隨之增加溶解。</p><p>　　開始浸出的液固比為8～9：1，浸出終點(diǎn)液固比為10～11：1。浸出終點(diǎn)pH值為2.5，浸出時(shí)間約2.0h。</p><p><b>　　4．氧化</b><

49、/p><p>　　氧化在浸出終了進(jìn)行，加入軟錳礦粉，使礦漿中的Fe2+氧化成Fe3+，氧化反應(yīng)時(shí)間1.5～2.0h，使Fe2+氧化完全。</p><p>　　氧化后溶液含Mn 38g/l；（NH4）2SO4 110～130g/l；Fe 0.01～0.18g/l；重金屬總量0.04～0.08g/l。</p><p><b>　　5． 中和</b>&l

50、t;/p><p>　　氧化后化驗(yàn)Fe2+在1mg/l之內(nèi)時(shí)，加入氨水中和到溶液pH6.5～7.0，使Fe3+水解沉淀。與此同時(shí)雜質(zhì)SiO2和一部分重金屬離子。當(dāng)然Mn2+也有少量沉淀，溶液中的Mn2+含量有所下降。</p><p><b>　　6. 過濾</b></p><p>　　采用可水洗的箱式壓濾機(jī)進(jìn)行過濾進(jìn)出、氧化、中和后的礦漿。壓濾機(jī)進(jìn)液

51、用壓力較高的砂漿泵泵入，泵壓力達(dá)到1.0MPa時(shí)，能產(chǎn)生含H2O較少的渣，在壓濾機(jī)內(nèi)加水洗渣能充分回收已經(jīng)浸出的Mn2+。壓濾液靠高差，自流到下一個(gè)硫化（凈化）工序。壓濾渣送渣場(chǎng)堆放。</p><p><b>　　7． 硫化</b></p><p>　　硫化槽槽面低于壓濾機(jī)平面1.0m， 壓濾液自流進(jìn)入硫化槽。</p><p>　　浸出過慮液還

52、含有較高的重金屬離子Co2+，Ni2+, Cu2+, Cd2+, Zn2+及SiO2等雜質(zhì)。硫化的目的就是使重金屬離子硫化沉淀除去，以達(dá)到合格液（新液）的標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　除去重金屬常采用硫化沉淀除去，硫化沉淀法，硫化劑可為（NH4）2S或S.D.D等。硫化后產(chǎn)出難溶的重金屬硫化物沉淀，采用箱式壓濾機(jī)進(jìn)行液固分離，濾渣送渣場(chǎng)，綠葉自流靜茹靜置槽。</p><p><b>

53、;　　8. 靜置</b></p><p>　　靜置時(shí)間的長(zhǎng)短，關(guān)系到電解錳產(chǎn)品質(zhì)量的高低，靜置能使硫化過濾液中殘留的有害雜質(zhì)如SiO2，Al等進(jìn)一步絮凝沉降，一些膠狀物質(zhì)也能隨過飽和的MgSO4， CaSO4結(jié)晶吸附除去。</p><p>　　本設(shè)計(jì)靜置時(shí)間為36h，使雜質(zhì)含量下降到：Co小于1mg/l；Ni小于1mg/l；Cu小于0.01mg/l；Fe小于0.2mg/l；Si

54、小于10mg/l。</p><p>　　靜置后的清液經(jīng)壓濾機(jī)過濾后即為合格液，壓濾用泵的壓力可降低到0.8MPa，過濾布采用較為致密的滌綸布為好。</p><p><b>　　9．電解</b></p><p>　　電解同極中心距80㎜，陰極電流密度370A/m2，陽(yáng)極電流密度570A/m2，槽電壓4.6～5V。</p><p

55、>　　合格液加入量587.26m3/d, 折合每槽加入量6.67m3/d，每小時(shí)每槽平均加入0.284m3。合格液在總溜槽上加入適量的抗氧化劑，生產(chǎn)無(wú)硒產(chǎn)品是不能使用SeO2作抗氧化劑。</p><p>　　電解陰極液溫度38～42℃，Ph7.0～7.5, 陰極液含Mn2+15～18g/l, (NH4)2SO4 110～130g/l。</p><p>　　電解周期24h。電解周期完畢

56、后，人工輔以吊車起槽后帶錳的陰極板進(jìn)行鈍化、水洗、烘干和剝板。</p><p>　　10. 電解錳的后處理</p><p><b>　?、?鈍化</b></p><p>　　達(dá)到電解周期后，將沉積了金屬錳的陰極板一塊一塊地從電解槽中取出，瀝干電解液后，放入鈍化液（3%重鉻酸鉀溶液）槽中，這就是鈍化處理。鈍化的目的是防止或減緩金屬錳在空氣中的氧化

57、。其原理是當(dāng)金屬錳浸泡在鈍化液中時(shí)，金屬錳表面形成了鈍化膜層，該鈍化膜層很致密，可防止金屬錳的進(jìn)一步氧化。為了保證金屬錳的質(zhì)量，鈍化液的濃度要適中。濃度太低，則起不到鈍化作用；而濃度太高又會(huì)引起金屬錳表面發(fā)黑。重鉻酸鉀鈍化液的濃度以3%左右為宜，從外觀看應(yīng)為橘黃色。</p><p><b>　?、?水洗</b></p><p>　　將鈍化就、處理后的陰極板及金屬錳吊起

58、，瀝干鈍化液后，放入熱水槽中浸泡，然后用自來水沖洗，最后再放入另一個(gè)熱水槽中浸泡。水洗的目的是洗去金屬表面上粘附的電解液、鈍化液等溶液。如果洗不干凈，產(chǎn)品含硫一定高，因此，必須反復(fù)沖洗，直至沖洗干凈為止。</p><p><b>　?、?烘干</b></p><p>　　將用水沖洗干凈的金屬錳放在架子車上推入烘房中烘烤。烘房溫度以不超過110℃為宜。烘烤時(shí)間一般為20

59、～30min。烘干操作應(yīng)注意必須使產(chǎn)品完全干透，否則，產(chǎn)品容易氧化變質(zhì)。但也要注意不要烘烤過度，否則，產(chǎn)品會(huì)發(fā)藍(lán)發(fā)黑，也影響產(chǎn)品的外觀質(zhì)量。</p><p><b>　?、?剝落</b></p><p>　　剝落就是將烘干的金屬錳產(chǎn)品與陰極板分離。剝落時(shí)應(yīng)注意：①先觀察產(chǎn)品外觀質(zhì)量，按產(chǎn)品外觀質(zhì)量將產(chǎn)品分級(jí)，不同外觀質(zhì)量的產(chǎn)品不能在同一桶中剝落；②菠蘿是應(yīng)盡量避免極板

60、的變形和損壞。在任何情況下，不得用鐵榔頭敲擊；③應(yīng)盡量將金屬錳剝離干凈。</p><p><b>　?、?包裝</b></p><p>　　產(chǎn)品剝落完后，現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)檢員在剝落桶內(nèi)按規(guī)定方法取樣送理化分析室分析。生產(chǎn)工人按產(chǎn)品外觀質(zhì)量分別裝桶、稱重。操作時(shí)應(yīng)注意：①包裝桶和包裝袋內(nèi)是否干凈，嚴(yán)禁外來雜質(zhì)混入產(chǎn)品中影響產(chǎn)品質(zhì)量；②稱量準(zhǔn)確。</p><p&

61、gt;　　1.3.3 節(jié)能與品質(zhì)改進(jìn)探討</p><p>　　1.3.3.1 電解槽的節(jié)能技術(shù)探討</p><p>　　在電解金屬錳的生產(chǎn)過程中，有95%以上的能耗集中消耗在電解槽上，所以電解槽的設(shè)計(jì)、安裝和相應(yīng)的配置是否科學(xué)就直接決定了能耗的高低，針對(duì)電解槽節(jié)能，以下分別從減小電解槽電阻、在設(shè)計(jì)安裝時(shí)防止電解槽漏電、在生產(chǎn)管理上的節(jié)能觀念等談一些看法，以供大家參考。</p>

62、<p>　　減小電解槽的電阻（即減小槽電壓）</p><p><b>　?、?設(shè)計(jì)合理的極距</b></p><p>　　在電解槽的生產(chǎn)過程中，電流在電解槽內(nèi)的傳導(dǎo)是通過槽內(nèi)電解液為導(dǎo)體完成的，電解液濃度的大小，槽內(nèi)陰陽(yáng)離子向陰陽(yáng)兩極移動(dòng)的距離直接決定了槽內(nèi)電阻的大小。電解錳生產(chǎn)過程中，電解液濃度是恒定的，因此，縮短極距是減小電阻的有效途徑。基于這個(gè)道理，

63、現(xiàn)在所采用的同名極距在70～80㎜之內(nèi)，直流電耗有效地控制在6200 KW·h/t Mn，好的廠家還達(dá)到了5600 KW·h/t Mn這樣的水平。縮短極距是節(jié)能方面的重大飛躍。</p><p>　　但一味縮小極距是不科學(xué)的，國(guó)內(nèi)有的廠家將極距縮小到60㎜，使原本已經(jīng)很狹小的陰陽(yáng)極空間更加狹小，在生產(chǎn)過程中，如過不能很好控制極板的平整度，出槽時(shí)很容易劃破隔膜袋，也很易短路，造成無(wú)謂的損耗。<

64、;/p><p>　　②采用新的連接辦法組裝陰、陽(yáng)極板</p><p>　　原來陰極板與銅條連接全部是螺栓固定連接，這種辦法的缺點(diǎn)是接觸面的電阻大，生產(chǎn)過程剝離錳片操作不耐振動(dòng)，會(huì)出現(xiàn)螺栓松動(dòng)現(xiàn)象，而且銅條與極板間夾縫中易積累結(jié)晶物腐蝕接觸面，引起極板嚴(yán)重發(fā)熱而損耗電能。現(xiàn)在普遍采用了螺栓連接加焊接、鉚接加焊接或者螺栓連接加導(dǎo)電膠膠接等辦法，基本解決了因連接不緊而引起的陰極板發(fā)熱現(xiàn)象。在陽(yáng)極板的

65、鑄造方面也有了新辦法，原來的辦法是直接把熔融的陽(yáng)極板材料與銅條一起澆鑄成型，銅條只經(jīng)過簡(jiǎn)單的打磨除垢處理，使用時(shí)也會(huì)出現(xiàn)接觸面銹蝕現(xiàn)象。現(xiàn)在的處理辦法是銅條除垢后鍍上一層金屬錫加導(dǎo)電膠，然后再澆鑄成型，同樣解決了陽(yáng)極板發(fā)熱現(xiàn)象。通過極板連接方式的改進(jìn)，可降低槽電壓0.1V左右，節(jié)約電耗﹥100KW·h/t Mn。</p><p>　?、?設(shè)計(jì)采用科學(xué)的陰陽(yáng)極室空間</p><p>

66、;　　電流在電解槽內(nèi)的傳導(dǎo)是依靠電解液中陰、陽(yáng)離子的移動(dòng)來完成的，溶液中陰陽(yáng)離子的濃度越高，導(dǎo)電系數(shù)越大，電阻越小。我們來分析電解液的成分：在陰極室里的電解液，有MnSO4、(NH4)2SO4、水等；而陽(yáng)極室內(nèi)，除了上述成分，還有電解過程中陽(yáng)極反應(yīng)生成的H2SO4，而硫酸是一種強(qiáng)電解質(zhì)，所以陽(yáng)極液比陰極液導(dǎo)電能力強(qiáng)，電流在陽(yáng)極室的電阻要小。因此在設(shè)計(jì)陰陽(yáng)極室空間比例時(shí)，應(yīng)該考慮陽(yáng)極室的空間稍比陰極室空間大，有利于減小電阻。比如說，采用7

67、0㎜極距的設(shè)計(jì)方案時(shí)，我們就可以考慮陰極室設(shè)計(jì)為30㎜的空間，而陽(yáng)極室設(shè)計(jì)為40㎜，這樣設(shè)計(jì)的陰陽(yáng)極室空間比例，要比35：35或者陰極室大，陽(yáng)極室小所獲得的效果要好。</p><p>　　選用足夠厚的陰陽(yáng)極板</p><p>　　在同名極距確定時(shí)，選用適當(dāng)厚度的陰陽(yáng)極板也可以起到縮短極距的效果，行業(yè)內(nèi)有的廠家已經(jīng)選用了2㎜后的陰極板和10㎜厚的陽(yáng)極板也取得了比較好的節(jié)能效果。并且，厚板不易

68、變形，生產(chǎn)中容易保持高的平整度，不易劃破隔膜袋。但一次性投資大。</p><p>　?、?選用足夠大的主路銅排和相應(yīng)的極板銅條</p><p>　　電解錳生產(chǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，就要根據(jù)電解槽的生產(chǎn)能力配置足夠大的主路銅排好陰陽(yáng)極板的銅條，生產(chǎn)中以通過最大電流不發(fā)熱為宜。目前，我國(guó)的電解錳廠家所使用的陰極板規(guī)格基本上是：660㎜×500㎜（長(zhǎng)×寬），生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)告訴我們，這樣規(guī)格的陰極

69、板，配置40㎜×5㎜（寬×厚）的銅條，陽(yáng)極板銅條規(guī)格是：35㎜×8㎜（厚×寬），這樣大的銅條在生產(chǎn)中不會(huì)發(fā)熱，且不易彎曲、曲扭，經(jīng)久耐用。在安裝主路銅排是處理好銅排接頭，也可以鍍上錫或抹上導(dǎo)電膠減少接觸電阻。</p><p>　　此外在選用隔膜袋材料時(shí)盡量采用薄的材料，有利于槽內(nèi)陰陽(yáng)離子的擴(kuò)散。現(xiàn)在，我們普遍采用的隔膜材料是130號(hào)或加厚的130號(hào)濾布，生產(chǎn)效果比較理想。&

70、lt;/p><p>　　2. 設(shè)計(jì)安裝時(shí)防止電解槽漏電</p><p><b>　?、?地面防漏電</b></p><p>　　首先在已經(jīng)用鋼筋混凝土澆好基礎(chǔ)的地面上鋪焊一層絕緣膠版，也可以使用襯電解槽的PVC軟板。安裝槽體時(shí)，盡量使電解槽少與地面接觸，即使電解槽底部大部分處于懸空狀態(tài)。具體辦法是在已經(jīng)鋪好絕緣材料的地面確定好電解槽的位置，再根據(jù)電

71、解槽的長(zhǎng)寬在四角和中間位置選擇6個(gè)支撐點(diǎn)，這6個(gè)支撐點(diǎn)分別用絕緣瓷磚砌成20㎝左右的高度，再在瓷磚上墊上一層絕緣塑料，然后把電解槽安裝在這6個(gè)支點(diǎn)上。通過這樣的處理措施，電解槽往地面漏電的現(xiàn)象可以得到控制。</p><p><b>　　② 防止電解槽漏液</b></p><p>　　電解液是良好的導(dǎo)體，所以漏液的同時(shí)也會(huì)漏電，導(dǎo)致電能損耗，如果漏液不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)或堵上，

72、槽體不但被漏出的電解液腐蝕，還會(huì)被電流逐步擊穿，生成像被火燒狀的大窟窿，電解槽就會(huì)被嚴(yán)重破壞。所以在對(duì)槽體內(nèi)襯PVC板時(shí)，一定要保證焊接質(zhì)量，絕對(duì)不能漏夜。生產(chǎn)過程要保證電解槽干燥，確保無(wú)漏液現(xiàn)象。</p><p><b>　?、?防止冷卻水漏電</b></p><p>　　業(yè)內(nèi)為了防止冷卻水漏電，采用絕緣的PVC波形管代鉛管或金屬冷卻板，很好地防止了冷卻水漏電現(xiàn)象。

73、但PVC管使用壽命短，冷卻效果不太好等缺點(diǎn)，沒有被推廣。而且各種冷卻管冷卻面積小，造成電解槽內(nèi)溫度不均勻，靠近管壁的MgSO4、CaSO4大量結(jié)晶，使陰極室需頻繁清理，設(shè)備熱交換能力差，電耗大，耗水量大。</p><p>　　開發(fā)新型既絕緣又改進(jìn)上述缺點(diǎn)的冷卻系統(tǒng)成為開發(fā)者的重任。2001年由中南大學(xué)部分教授開發(fā)了新的冷卻方法專利：槽外冷卻及回收鎂，取得了積極的效果。</p><p>　　

74、3. 在生產(chǎn)管理上節(jié)能</p><p>　　① 控制好生產(chǎn)工藝指標(biāo)</p><p>　　電解液是流動(dòng)的導(dǎo)體，也是生產(chǎn)電解錳的半成品，要想獲得高的生產(chǎn)效率，首先要制得合格質(zhì)量的電解液，它不僅是要保證各種有害雜質(zhì)除凈，還要保證溶液中硫酸銨、硫酸錳和添加劑的含量達(dá)到工藝要求。具體指標(biāo)參看本篇1.2.3—1。</p><p>　?、?選擇合理的清槽周期</p>

75、<p>　　隨著電解槽工作時(shí)間的不斷增長(zhǎng)，槽內(nèi)會(huì)逐步生成大量沉淀物，陽(yáng)極板上生成大量的二氧化錳，隔膜袋上也會(huì)聚集一層固體沉淀物，隨著這些固體物的增多，槽內(nèi)電阻會(huì)逐步增大，造成能耗增加。所以生產(chǎn)中要根據(jù)電解槽的狀況及時(shí)清理槽內(nèi)雜物，保持槽況良好，減少能耗。清槽時(shí)還要把變得很薄、發(fā)熱的陽(yáng)極板清理出來，進(jìn)行更換。把螺栓松動(dòng)的陰極板重新拆卸、除垢組裝，保證極板導(dǎo)電性良好。</p><p>　　1.3.3.2

76、電解錳品質(zhì)改進(jìn)探討</p><p>　　本設(shè)計(jì)要求產(chǎn)品含錳達(dá)99.9%以上，達(dá)到高純電解錳的產(chǎn)品規(guī)格，因此，對(duì)生產(chǎn)工藝上要求更高，需要在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上做出改進(jìn)。改進(jìn)方面主要有：</p><p>　?、?凈化——過濾工序</p><p>　　溶液凈化采用三段凈化、三段過濾的凈化工藝，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的一段硫化、一段活性碳吸附工藝，更適合溶液中雜質(zhì)的徹底除去。硫化作業(yè)在攪拌槽

77、中進(jìn)行，采用二段硫化、延長(zhǎng)硫化液在槽內(nèi)停留的時(shí)間，保證硫化反應(yīng)充分，確保電解液的質(zhì)量，為生產(chǎn)高純電解錳提供合格的溶液。</p><p>　　具體操作為：一段硫化在硫化槽中進(jìn)行，按溶液中Ni+Co的20～30倍在硫化槽中加入S.D.D液，硫化后溶液經(jīng)一次硫化澄清槽進(jìn)入一次硫化壓濾機(jī)，綠葉在二次硫化，濾渣進(jìn)入渣場(chǎng)。二次硫化加入適量S.D.D或硫化劑，其液經(jīng)二次硫化澄清槽進(jìn)入二次硫化壓濾機(jī)，綠葉流入靜置澄清槽，靜置16

78、～24h，進(jìn)一步除去溶液中Ca、Mg、Fe、Al、Zn、Si等雜質(zhì)；濾渣進(jìn)入渣場(chǎng)，活性炭、助濾劑吸附溶液中的極微小顆粒后壓濾分離，濾液送往電解工序，濾渣送往渣場(chǎng)。</p><p><b>　　② 減少添加劑殘留</b></p><p>　　傳統(tǒng)電解錳生產(chǎn)工藝中的電解工序，由于過多地使用二氧化硒作為添加劑，致使產(chǎn)品中硒的量過高，一般在在0.08%左右，從而降低了電解錳的

79、純度，其含錳量?jī)H99.7%左右。高純電解錳對(duì)雜質(zhì)的要求嚴(yán)格，其中含硒量要求在0.05%以下。如何降低硒含量，有關(guān)資料介紹了許多方法：（1）減少二氧化硒添加劑用量，采用二氧化硒與另一種新添加劑組成混合添加劑；（2）采用新的輔助添加劑，配套使用幾種輔助添加劑等。多數(shù)輔助添加劑效果并不是太明顯，且副作用較大。國(guó)內(nèi)外有使用二氧化硫作為新興添加劑的例子，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是合理可行的。張邵春、羅東岳、李元坤、姚月祥等均分別取得過這方面的重大進(jìn)展。</

80、p><p>　　1.4 原料、能量及產(chǎn)品方案概述</p><p>　　高純電解金屬錳質(zhì)量見表1.2 </p><p>　　表1.2 高純電解金屬錳質(zhì)量表</p><p>　　出廠產(chǎn)品外包裝為鐵桶，每桶重50㎏。</p><p>　　電解金屬錳生產(chǎn)原料主要有碳酸錳礦。主要輔料有二氧化錳礦（軟錳礦）、硫酸、硫酸銨、液氨即硫化

81、除雜劑等。</p><p>　　本設(shè)計(jì)所用的原料以湖南花垣縣的碳酸錳礦為例，其化學(xué)成分見表1.3。</p><p>　　碳酸錳礦元素物相組成見表1.4</p><p>　　表1.3 碳酸錳礦化學(xué)成分表</p><p>　　表1.4 錳礦元素物相組成</p><p>　　按含錳量分類，Mn含量21.30%的碳酸錳礦粉屬二

82、級(jí)品與三級(jí)品之間。礦粉是從礦山開采后就地磨細(xì)、轉(zhuǎn)貸后用汽車運(yùn)進(jìn)本廠材料倉(cāng)庫(kù)。根據(jù)冶金計(jì)算生產(chǎn)4000t/a高純電解金屬錳。需要含錳21.30%的碳酸錳礦粉26422.4t/a。</p><p>　　按冶煉要求，進(jìn)廠的碳酸錳礦必須經(jīng)過100篩目的粒度，含水分不大于3%。</p><p>　　礦山通往國(guó)道后，有公路直通工廠廠區(qū)，交通方便。運(yùn)輸車輛由社會(huì)運(yùn)輸隊(duì)提供，工廠不設(shè)運(yùn)礦車輛。</p

83、><p>　　工廠全年使用H2SO4（98%）7500t,向本地區(qū)的濕法煉鋅廠采購(gòu)。</p><p>　　二氧化錳礦粉在省內(nèi)采購(gòu)，年用量1240t，要求粒度小于60目，含MnO2量不小于40%。</p><p>　　工廠實(shí)踐證明，使用湖南花垣碳酸錳礦時(shí)，浸出過程不需要外加熱，利用浸出化學(xué)反應(yīng)熱足以滿足過程溫度要求。陰極錳干燥設(shè)計(jì)采用紅外線干燥箱，全廠不使用蒸汽，不設(shè)生產(chǎn)

84、用蒸汽鍋爐。這樣既降低了生產(chǎn)成本，有保證了產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)基建投資也相應(yīng)降低。</p><p><b>　　第2章 冶金計(jì)算</b></p><p>　　2.1 碳酸錳礦物組成計(jì)算</p><p>　　原料（碳酸錳礦）化學(xué)成分見表1.3 ，并根據(jù)碳酸錳礦物相分析表1.4 ，以100㎏干的碳酸錳礦為基數(shù)進(jìn)行計(jì)算。</p><p&

85、gt;<b>　?、?MnCO3量</b></p><p>　　21.30×114.95/54.9 = 44.57㎏</p><p>　　其中：Mn21.30㎏;C 4.66㎏;O 18.61㎏</p><p><b>　?、?CaCO3量</b></p><p>　　8.05×

86、100.09/56.08 = 14.37㎏</p><p>　　其中：CaO 8.05㎏;C 1.72㎏;O 4.60㎏</p><p><b>　?、?MgCO3量</b></p><p>　　3.0×84.32/40.31 = 6.28㎏</p><p>　　其中：MgO 3.00㎏;C 0.90㎏;O 2

87、.38㎏</p><p><b>　?、?FeS2量</b></p><p>　　0.9×119.97/64.12 = 1.68㎏</p><p>　　其中：S 0.9㎏;Fe 0.78㎏</p><p><b>　　⑸ Fe2O3量</b></p><p>　　與

88、硫結(jié)合成FeS2的鐵為0.78㎏，則與氧結(jié)合成Fe2O3的鐵量為：</p><p>　　3.45 – 0.78 = 2.67㎏</p><p><b>　　Fe2O3量為：</b></p><p>　　2.67×159.70/111.70 = 3.82㎏</p><p>　　其中：Fe 2.67㎏；O 1.15

89、㎏</p><p><b>　　⑹ P2O5量</b></p><p>　　0.2×141.94/61.94 = 0.46㎏</p><p>　　其中：P 0.20㎏;O 0.26㎏</p><p>　　上述計(jì)算結(jié)果列于表2.1中。</p><p>　　2.2 溶液平衡計(jì)算</p&

90、gt;<p>　　溶液平衡是濕法冶金設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，通過溶液平衡計(jì)算后，才能進(jìn)行濕法冶金過程的金屬平衡、熱平衡計(jì)算，才能準(zhǔn)確進(jìn)行濕法冶金的浸出槽、凈化槽。各種溶液液貯槽、過濾設(shè)備、輸送泵、溜槽、管道及閥門等的選擇計(jì)算。</p><p>　　2.2.1 溶液平衡計(jì)算選取指標(biāo)：</p><p>　　① 錳冶煉總回收率68%～74%，本計(jì)算選取71%。</p><

91、;p>　?、?錳電解合格液含Mn2+ 35～40kg/m3,本計(jì)算選取37kg/m3。</p><p>　?、?錳電解陽(yáng)極液含Mn2+ 13～16kg/m3，本計(jì)算選取15kg/m3。</p><p>　?、?電解車間錳冶煉回收率95%～97%，本計(jì)算選取96%。</p><p>　　⑤ 工廠年生產(chǎn)天數(shù)300～330d，本計(jì)算選取320d。</p>

92、<p>　　⑥ 電解時(shí)，電解槽槽面蒸發(fā)水分為合格液體積的1.0%。</p><p>　　2.2.2 電解溶液平衡計(jì)算</p><p>　?、?日析出金屬錳產(chǎn)品重量計(jì)算：</p><p>　　4000t÷320d = 12.5t/d</p><p><b>　　產(chǎn)品中含錳量：</b></p&g

93、t;<p>　　12.5t/d×99.9% = 12487.5kg/d</p><p>　　表2.1 碳酸錳礦物相組成</p><p>　?、?日需合格液量計(jì)算：</p><p>　　電解過程錳冶煉回收率為96%，冶煉全流程錳總回收率71%，則日需碳酸錳中的錳量為：</p><p>　　12487.5kg/d÷

94、;71% = 17588.0kg/d</p><p><b>　　電解過程的總錳量：</b></p><p>　　12487.5 kg/d÷96% = 13007.8kg/d</p><p>　　電解過程損失的錳量：</p><p>　　13007.8 kg/d×（1-96%）= 520.3 kg/d

95、</p><p>　　設(shè)日需合格液體積為V1，則由于電解時(shí)水分蒸發(fā)，每日所產(chǎn)出的陽(yáng)極液體積V2為：</p><p>　?。?00% - 1%）V1 = 0.99V1</p><p>　　又已知：合格液含錳37㎏/m3，陽(yáng)極液含錳15㎏/m3。則可列以下方程求得V1:</p><p>　　37×V1 — 15×V2 = 13

96、007.8kg/d</p><p>　　解之，得 V1 = 587.26 m3/d</p><p>　　折合每生產(chǎn)1t 電解錳需合格液體積46.98m3。合格液中Mn2+量為：</p><p>　　587.26 m3/d×37㎏/m3 = 21728.62 kg/d</p><p><b>　?、?陽(yáng)極液量計(jì)算<

97、;/b></p><p><b>　　陽(yáng)極液產(chǎn)出量V2：</b></p><p>　　587.26 m3/d×99% = 581.39 m3/d</p><p>　　陽(yáng)極液含Mn2+量：</p><p>　　581.39 m3/d×15kg/m3 = 8720.81 kg/d</p>

98、<p>　　陽(yáng)極液中H2SO4濃度計(jì)算（即陽(yáng)極反應(yīng)生成的H2SO4，與生成Mn物質(zhì)的量相等）：</p><p>　?。?7—15×99%）×98/54.94 = 39.89kg/m3</p><p>　　但在冬季蒸發(fā)量少，陽(yáng)極液酸度偏低。本設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果為工業(yè)生產(chǎn)的中間值。</p><p><b>　?、?電解蒸發(fā)水量<

99、;/b></p><p>　　電解時(shí)水分蒸發(fā)量正常情況下為合格液加入量的1%，即為</p><p>　　587.26×1% = 5.87m3/d</p><p>　　在實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)電解液溫度為40℃，測(cè)定的每1㎡電解槽面積，每小時(shí)蒸發(fā)水分1㎏的數(shù)值相符合。</p><p>　　設(shè)備選擇了85個(gè)電解槽，每個(gè)槽面面積為3.56m

100、×0.78m = 2.777㎡</p><p>　　1×2.777×85×24 = 586.5㎏/d = 5.86m3/d</p><p>　　這與按合格液體積的1%估算結(jié)果（即5.87m3/d）基本相符。</p><p>　?、?陽(yáng)極泥帶走水分量</p><p>　　錳電解時(shí)，陽(yáng)極泥產(chǎn)生率占電解錳產(chǎn)出

101、量的6%～12%，本計(jì)算取8%，則陽(yáng)極泥產(chǎn)出量為： </p><p>　　12500㎏/d×8% = 1000㎏/d （干量）</p><p>　　陽(yáng)極泥含水40%，帶出水量為：</p><p>　　1000÷60%×40% = 666.67㎏/d = 0.67m3/d</p><p>　　此部分帶出水量很少

102、，預(yù)定金額操作帶入水量相抵消，溶液平衡計(jì)算中忽略這部分。</p><p>　　2.2.3 硫化、靜置溶液體積計(jì)算</p><p>　　硫化過程在常溫下進(jìn)行，蒸發(fā)水量很少，硫化渣很少。靜置也一樣，故靜置水分不變，仍為587.26m3/d。</p><p>　　2.2.4 浸出、氧化、中和溶液計(jì)算</p><p>　?、?錳冶煉總回收率為71%，

103、年產(chǎn)4000t電解錳需含Mn21.30%的碳酸錳礦量為：</p><p>　　17588.0÷21.30% = 82572.8㎏/d</p><p>　　碳酸錳礦粉含H2O3%，則帶入水量為：</p><p>　　82572.8÷97%×3% = 2553.8kg/d = 2.55m3/d</p><p><

104、;b>　?、?陽(yáng)極液返回體積</b></p><p>　　電解產(chǎn)出的演技也全部加入到浸出液中，其中一部分加入到碳酸錳礦漿化過程中，但最后還是進(jìn)入浸出系統(tǒng)，其量為581.39m3/d。</p><p>　　⑶ 加入H2SO4的體積</p><p>　　H2SO4單位小號(hào)的指標(biāo)為1.8t/tMn，每天加入H2SO4量為：</p><

105、p>　　1.8t/t×12.5t/d = 22.50t/d</p><p><b>　　折合體積為</b></p><p>　　22.50/1.80 = 12.50m3/d（按98%H2SO4計(jì)，容重為1.8t/m3）</p><p>　　硫酸加入水溶液中總體積會(huì)縮小，但對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)體積計(jì)算來說，其縮小體積忽略不計(jì)。</p

106、><p><b>　?、?氨水體積計(jì)算</b></p><p>　　氨水補(bǔ)加量為0.1～0.2t/t(工業(yè)純)，本設(shè)計(jì)定為0.15t/tMn。</p><p>　　則每天補(bǔ)加氨水體積為</p><p>　　12.5×0.15 = 1.875m3/d = 1.88 m3/d</p><p>　

107、?、?浸出渣帶走水分計(jì)算</p><p>　　浸出、氧化、中和和凈化后溶液經(jīng)過濾，渣率一般為碳酸錳礦量的68%～72%，本計(jì)算按渣率70%計(jì)算，產(chǎn)出干渣量：</p><p>　　82572.8kg/d×70% = 57801.0kg/d</p><p>　　過濾采用箱式壓濾機(jī)，壓濾渣含水分28%～32%，本計(jì)算按30%計(jì)，渣帶走水分為：</p>

108、<p>　　82572.8 kg/d×30% = 24771.8kg/d = 24.77m3/d</p><p>　?、?浸出、氧化、中和過程蒸發(fā)水分</p><p>　　浸出、氧化、中和是在常溫下作業(yè)，并且槽罐均加蓋，蒸發(fā)水分不多，本計(jì)算不予考慮。</p><p>　?、?工藝過程補(bǔ)加水計(jì)算</p><p>　　由于

109、浸出渣帶走水、電解槽蒸發(fā)等，為使?jié)穹ㄒ苯疬^程溶液平衡，工藝中必須補(bǔ)加新水，洗水的補(bǔ)充用于過濾過程洗渣用，以降低渣中帶走M(jìn)n2+,(NH4)2SO4等有價(jià)物質(zhì)含量。</p><p>　　可補(bǔ)加的洗渣水量為：</p><p>　　浸出渣帶走的水量+電解槽蒸發(fā)量—加硫酸體積—加入氨水體積—碳酸錳礦中水量。即： 24.77+5.87—12.5—1.88—2.55 = 13.71m3/d</p

110、><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)中，補(bǔ)加水量隨浸出渣含水高低和氣候條件的變化波動(dòng)。</p><p>　　綜合上述各項(xiàng)計(jì)算，將溶液平衡結(jié)果列于表2.2，表2.3，為直觀反映，也可在工藝流程圖中直接標(biāo)注出來，見圖2.1。</p><p>　　表2.2 浸出、氧化、中和溶液平衡表</p><p>　　表2.3 金屬錳電解溶液平衡表</p><

111、;p>　　2.3 金屬平衡計(jì)算</p><p>　　金屬平衡是冶金工廠設(shè)計(jì)重要的控制指標(biāo)，是金屬在各工序中的走向指南。對(duì)濕法冶金而言，金屬平衡與固體物料平衡、溶液平衡有著密切關(guān)系。</p><p>　　冶煉過程金屬平衡的好壞，影響冶煉的直接回收率和總回收率的高低。</p><p>　　2.3.1 金屬平衡的計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)</p><p>

112、　?、?碳酸錳礦中冶煉總回收率68%～74%，本計(jì)算選取71%。</p><p>　　其中：浸出、氧化中和實(shí)收率： 76.5%</p><p>　　硫化實(shí)收率： 98.5%</p><p>　　靜置實(shí)收率： 99.3%</p><p>　　電解實(shí)收率： 96.

113、0%</p><p>　?、?冶煉過程無(wú)名損失占錳礦中錳量的3.1%。</p><p>　?、?陽(yáng)極泥產(chǎn)率（噸電解錳，含Mn50%）80㎏/t。</p><p>　　2.3.2 電解過程金屬平衡計(jì)算</p><p>　　電解金屬實(shí)收率96.0%，其余4%進(jìn)入到陽(yáng)極泥，水洗、剝離等損失及隨同電解液跑冒滴漏等損失。</p><

114、p><b>　?、?產(chǎn)品中Mn量</b></p><p>　　產(chǎn)品產(chǎn)量12.5t/d，含Mn99.9%,產(chǎn)品中錳量12487.5kg/d。</p><p>　　⑵ 陽(yáng)極泥中含Mn量</p><p>　　電解陽(yáng)極泥產(chǎn)出率為8%（占產(chǎn)品量比例），陽(yáng)極泥含Mn50%，陽(yáng)極泥中的Mn量：</p><p>　　12.5t/d

115、×80kg/d×50% = 500kg/d = 0.5t/d</p><p>　　⑶ 碳酸錳礦含Mn量</p><p>　　碳酸錳礦含Mn21.3%，冶煉總回收率71%，需總錳量為</p><p>　　12.5×99.9%÷71% = 17588.0kg/d = 17.588t/d</p><p>　　

116、⑷ 電解過程Mn的其他損失和無(wú)名損失量</p><p>　　見2.2.2—⑵的計(jì)算，為520.3kg/d。</p><p>　　電解過程不可回收損失Mn量： </p><p>　　0.52—0.50 = 0.02t/d</p><p>　?、?陽(yáng)極液帶出Mn量</p><p>　　根據(jù)溶液平衡計(jì)算，電解陽(yáng)極液產(chǎn)出量為5