[发明专利]金属锰和二氧化锰同槽电解的方法及设备

说明书

本发明涉及制取金属锰和二氧化锰的硫酸盐溶液电解。

目前世界各国生产电解金属锰均采用（NH₄）₂SO₄·MnSO₄溶液电解法，使用惰性阳极如：铅-银阳极并加隔膜，阴极为不锈钢板，其反应过程为：

阴极析出金属锰;阳极析出氧气，氧气的析出不但使阳极电能白白浪费，而且导致严重的酸雾危害。主要技术条件及技术指标为：电解温度38～40℃，槽电压4.5～5.0V，电流效率一般为60～70%，每吨电解锰电耗高达8500～10000度。

另一方面，电解二氧化锰的生产主要采用MnSO₄溶液电解法，使用惰性阴极如：碳棒等，阳极为钛板或碳棒，其主要反应过程为：

阳极析出二氧化锰，而阴极析出氢气，阴极上的电能也白白浪费且导致酸雾严重。其主要技术条件及技术指标为：电解温度90～95℃，槽电压3～3.5V，电流效率一般为80～90%，每吨电解二氧化锰电耗为2600～2800度。

针对现有状况，本发明的目的是，提供一种将上述两种生产工艺合并为一种生产工艺的电解方法，实现金属锰和二氧化锰的同槽电解，以提高电能效率，并减少酸雾的危害。

本发明的解决方案是：在加热阳极液的同时对阴极液进行冷却，使阴、阳极各具有不同的适宜温度：增加阳极作用面，以降低阳极电流密度，从而达到一槽两用的目的。

本发明的电解反应过程为：

阴极上析出金属锰，阳极析出二氧化锰。反应过程在含硫酸铵的锰盐体系中进行。电解液要求：含Mn²⁺为30～50g/l，（NH₄）₂SO₄为120～140g/l，其中杂质含量：Fe＜5mg/l，Co＜1mg/l;阴极液的pH＝7.0～8.5。最好是使阴极液的pH值维持在7.5～8.0的范围。

阴极液温度为30～45℃，阳极液温度为75～90℃。

电流密度控制在阳极50～120A/m²，阴极150～500A/m²，槽电压为2.7～4.0V。

阴、阳电极均为惰性电极。阳极可采用钛、碳、铅-银合金等材料制成，但碳电极易脆损，铅-银合金电极使产品含铅而影响其纯度，所以最好选用钛;阴极一般用不锈钢即可，结合冷却方式可采用管材或板材等。

阴极置于袋状隔膜中，在隔膜的阻尼作用下，由补入的新液使阴极液维持一定的液位差。阴极为管状电极时，用通水或其它冷却介质的方法使之冷却;另一种方法是加大新液的循环量，由补充的新液予以冷却，此时宜用板状电极。实际操作中，是掌握阴极液的温度，使之在用管状电极时为40～60℃，在用板状电极时为30～45℃。阳极高温用电或蒸气加热阳极液的方法获得。

本发明为实现上述方法设计的电解槽，用钛板为阳极、U型不锈钢管为阴极（也可用碳棒或铅-银合金板为阳极、不锈钢板作阴极）。阴极隔膜为袋状，用一层或几层耐酸的涤纶或尼龙制成，最好是里面加一层帆布，而外用用一层涤纶或尼龙即可，隔膜袋的大小应使与装入的阴极之间形成一定空间。阳极由多块电极板联接成电极组，布置在隔膜外面，各电极板平行联接，分为两组安装在阴极两侧且与阴极平面垂直。若将多个阴极与多个阳极间隔布置，即可构成多对电极的电解槽。电极板采用同一形状规格的比较简单易行，其数量按阴、阳极电流密度要求进行配置，使两者的作用面的比值为1∶3～1∶12。

本发明实现了同槽同时产出电解金属锰和γ型电解二氧化锰，产品比Mn∶MnO₂＝1∶1.6～1∶2.11，产品质量为：金属锰达DJ99.7%的一级品标准，二氧化锰含MnO₂≥90%;达轻工部一级品标准。阴极电效率为70～75%，阳极电效率75～90%，比单电解节电50%以上。由于阳极电流效率提高，析氧量大大减少，基本上不逸出酸雾。采用本发明还可减少设备和基建投资，节省场地，提高劳动生产率。

附图1为本发明的一种电解槽的正视图（局部剖视）;