[发明专利]一种离子交换膜电解法同时制备金属锰与二氧化锰的生产方法

说明书

本发明公开一种离子交换膜电解法同时制备金属锰与二氧化锰的生产方法，利用阴离子交换膜和阳离子交换膜将电解槽依次分隔为阴极室、中隔室、阳极室，阴极与阳极、阴极液与阳极液分别对应放入阴极室和阳极室中，阴极液为含有添加剂和缓冲剂的硫酸锰溶液，阳极液为含有表面活性剂的酸性硫酸锰溶液，中隔室注入稀硫酸溶液；进行恒流电解时，锰离子在阴极还原金属锰单质，同时，阳极发生二氧化锰电沉积反应，中隔室可电化学再生得到1mol/L~2mol/L硫酸溶液。本发明能同时在阴极电沉积锰和阳极电解生成二氧化锰，电流效率高，环境污染少，可产生硫酸副产品，回用于阳极液，实现算资源循环利用；金属锰和二氧化锰产品质量好，纯度高。

技术领域

本发明提供一种离子交换膜电解法同时制备金属锰与二氧化锰的生产方法，是将电化学与膜分离有机结合的新工艺技术，属于金属湿法冶炼、电镀领域。

背景技术

电解生产二氧化锰是在高温、较高硫酸浓度下进行，施于阴极的电压耗于析氢而导致严重的酸雾，操作条件比较恶劣。而在电解锰工业中，施于阳极的电压耗于析氧及产生二氧化锰阳极污泥，存在电流效率低、能耗高、污染严重等问题。阳极产生的二氧化锰污泥会消耗电解液中的锰离子，引起浓度下降，同时会堵塞隔膜孔隙造成槽电压上升。二氧化锰还会导致电解液中Se用量的增加，增加生产成本并引起锰产品质量下降。电解锰工业化生产中，阴极电流效率在60%~70%之间，其余电能耗于析氢及析氨，造成严重的酸雾污染，同时厂区必须保通风以确保安全。由于锰生产和二氧化锰生产技术要求及条件差异性较大，当前的锰生产和二氧化锰生产技术现状是在单一电解槽内要么实现电解生产二氧化锰，要么实现电积锰，不能同时实现两种物质生成，这严重限制锰生产企业的进一步发展。

离子交换膜电解法利用离子交换膜对阴阳离子具有选择透过的特性，容许带一种电荷的离子通过而限制相反电荷的离子通过，以达到浓缩、脱盐、净化、提纯以及电化合成的目的，已广泛用于氯碱工业、海苦咸水淡化、生物制药、水处理行业等领域，然而应用于锰的湿法冶金较少。

发明内容

本发明目的在于解决常规电解生产锰和二氧化锰工艺的电流效率低、能耗高、酸雾环境污染严重等问题，提供一种在双膜三室电解槽中同时电积金属锰和二氧化锰的生产方法，既能克服现有缺陷，又能产生硫酸副产品，为企业带来额外的经济效益。

具体的技术方案如下：一种离子交换膜电解法同时制备金属锰与二氧化锰的生产方法，利用阴离子交换膜和阳离子交换膜将电解槽依次分隔为阴极室、中隔室、阳极室，阴极与阳极、阴极液与阳极液分别对应放入阴极室和阳极室中，阴极液为含有添加剂和缓冲剂的硫酸锰溶液，阳极液为含有表面活性剂的酸性硫酸锰溶液，中隔室注入稀硫酸溶液；进行恒流电解时，锰离子在阴极还原金属锰单质，同时，阳极发生二氧化锰电沉积反应，中隔室可电化学再生得到1~2mol/L硫酸溶液。

所述阳极为石墨、或铅系合金、或钛基钛锰氧化物电极。

所述阳极电流密度为600A/m²~1000A/m²；所述阴极电流密度为100A/m²~600A/m²。

所述阴极为不锈钢、或钛板、或锰板。

所述阴离子交换膜为对氢离子阻挡率高的ASTOM-ACM离子交换膜。

所述阴极液中的硫酸锰溶液浓度为0.7mol/L~1.8mol/L；所述阴极液中的缓冲剂为80g/L~100g/L硫酸铵或50g/L~60g/L醋酸铵，pH=6~7。

所述阴极液中的添加剂为0.01g/L~0.02g/L二氧化硒、或0.005g/L~0.01g/L明胶、或0.01g/L~0.03g/L硫脲。

所述阳极液中的硫酸锰溶液浓度为1mol/L~1.5mol/L；所述阳极液中的硫酸溶液浓度为2mol/L~2.5mol/L。