同槽電解錳和二氧化錳工藝條件及傳質(zhì)機(jī)理的研究.pdf

1、本文研究錳和二氧化錳同槽電解，特別著重于研究同槽電解過(guò)程中的傳質(zhì)機(jī)理，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，采用了兩極同溫同槽電解的方法。論文使用了循環(huán)伏安、恒電位電解以及恒電流電解等方法研究了金屬錳在不銹鋼、鉛和鈦陰極上的沉積情況，并從實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析以選擇合適的電極材料，結(jié)果表明不銹鋼電極在電解金屬錳時(shí)得到的槽電壓、陰極產(chǎn)物形態(tài)等優(yōu)于鉛陰極和鈦陰極，所以選擇不銹鋼電極作為同槽電解的陰極。而且通過(guò)對(duì)比在有隔膜和沒(méi)有隔膜的電解槽中電解金屬錳的現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)隔膜對(duì)于金屬

2、錳的析出具有十分重要的作用，因此在同槽電解中也采用隔膜電解槽。論文中還通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較了在40~80℃范圍內(nèi)分別在鈦和鉛陽(yáng)極上電解二氧化錳的情況，發(fā)現(xiàn)在70℃以下鈦陽(yáng)極的鈍化較嚴(yán)重，導(dǎo)致難以長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)電解和電流效率低下，而使用鉛陽(yáng)極卻可以保持低而穩(wěn)定的槽電壓和較高的電流效率，所以可選擇鉛電極作為同槽電解的陽(yáng)極。論文采用了X-射線衍射法來(lái)鑒別和確定目標(biāo)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和組成。 在確定了同槽電解的電極材料和電解槽結(jié)構(gòu)之后，本文還研究了pH值和

3、溫度對(duì)于單獨(dú)電解金屬錳的影響，表明pH值是電解錳陰極電流效率高低的決定性因素，在同槽電解的實(shí)驗(yàn)工藝中，可供選擇的陰極液pH值范圍很小。同時(shí)將電解錳時(shí)的陰極電流效率隨溫度變化的關(guān)系曲線與上述在不同溫度下使用鉛陽(yáng)極電解二氧化錳電流效率隨溫度變化的曲線綜合起來(lái)發(fā)現(xiàn)：兩者的交點(diǎn)位于50~55℃之間，但在65℃以下其分別對(duì)應(yīng)的陰極和陽(yáng)極電流效率對(duì)溫度的變化都十分敏感，基本上分別呈直線下降和直線上升的趨勢(shì)；當(dāng)溫度達(dá)到65℃以后，兩者隨溫度的變化趨于

4、平緩。為保證陰極和陽(yáng)極上金屬錳和二氧化錳的析出并達(dá)到較高的電流效率，使同槽電解順利進(jìn)行，論文選擇50℃作為兩極同溫同槽電解的溫度。 金屬錳的析出對(duì)電解條件有嚴(yán)格的要求，而二氧化錳的析出對(duì)電解條件的要求則相對(duì)寬松，所以在本文所涉及的同槽電解實(shí)驗(yàn)中主要研究了陽(yáng)極液中各種組分濃度變化的影響，包括(NH4)2SO4濃度、MnSO4濃度以及pH值。研究表明隔膜兩側(cè)(NH4)2SO4的濃度差異會(huì)對(duì)槽電壓有較大影響，但對(duì)陽(yáng)極電流效率的影響不大

5、；陽(yáng)極液中MnSO4濃度的變化對(duì)槽電壓和陰極電流效率的影響很小，陽(yáng)極電流效率隨MnSO4濃度增大而穩(wěn)定上升，但陽(yáng)極液中錳的有效利用率下降；當(dāng)兩極液中其他離子濃度相同時(shí)，陽(yáng)極液pH值的變化對(duì)槽電壓和陰極電流效率影響很小，對(duì)陽(yáng)極電流效率影響稍大。論文中還考慮了在保持兩極液中各離子起始濃度不變的情況下溫度對(duì)同槽電解的影響，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)同槽電解陰極和陽(yáng)極電流效率隨溫度的變化趨勢(shì)分別與單獨(dú)電解金屬錳和二氧化錳基本一致，所以溫度對(duì)同槽電解和單電解的

6、區(qū)別主要體現(xiàn)在對(duì)傳質(zhì)過(guò)程而非電子交換過(guò)程的影響上。 論文還在上述同槽電解實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，討論了同槽電解過(guò)程中的傳質(zhì)機(jī)理，并得出的結(jié)論：在同槽電解過(guò)程中，若不補(bǔ)充或添加新的電解質(zhì)，各種離子在兩極區(qū)之間的遷移和擴(kuò)散以及兩極的電極反應(yīng)最終可以達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，使陰極液pH值保持在7~8之間，陽(yáng)極液pH值保持在2~3之間。在不改變陰極液組成以及采用相同的支持電解質(zhì)的前提下，適當(dāng)?shù)奶岣哧?yáng)極液的Mn2+濃度，使其略高于陰極液，以及使初始的陽(yáng)極