废铁屑还原浸出软锰矿制备硫酸锰及其电解工艺分析.docx

废铁屑还原浸出软锰矿制备硫酸锰
及其电解工艺研究
学 位 类 型
:
学术性学位
学科(专业学位类别)
:
应用化学
作 者 姓 名
:
蔡振勇
作 者 学 号
:
09010604001
导师姓名及职称
:
易清风教授
实践导师姓名及职称
:
学 院 名 称
:
化学化工学院
论文提交日期
:
2012 年 6 月 5 日
学位授予单位
:
湖南科技大学
Preparation of Manganese Sulfate by Reduction Leaching of Pyrolusite with Crap Iron and Its Electrolytic Techniques
Type of Degree Academic Degree Discipline (Type of Professional Degree) Applie d che mistry Candidate Cai Zhe ny ong Student Number 09010604001 Supervisor and Professional Title Yi Qingfe ng Professor Practice Mentor and Professional Title School C hemistr y and C hemical E ngineering D a t e June 5th 2012
U n i v e r s i t y Huna n U niversity of Scie nce a nd Technology
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作者签名: 日期: 年 月 日
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摘要
随着经济的发展,对锰系产品的需求将越来越大,特别是我国的菱锰矿资源不能满足锰产品日益增长的需要,所以开发利用软锰矿资源具有重要的意义。我国的软锰矿资源品位较低,如何选择合理的还原剂一直制约着软锰矿的发展,而传统的高温焙烧法消耗大量的能源,不利于锰矿可持续发展,采用新的还原技术成为必然。锰及其二氧化锰在很多方面都具有重要的用途,有些领域还是必不可少的,故如何从锰矿资源电解出锰及其二氧化锰是一项十分重要的课题。
本论文采用机械制造过程中产生的废铁屑作为还原剂,以电解金属锰的阳极液或者电解二氧化锰的循环液为浸出液,在一定的浸出条件下浸出硫酸锰溶液, 经过不同的试剂将硫酸锰溶液进行净化除杂后电解。主要是通过单因素实验探讨了软锰矿还原浸出过程中各因素对锰矿浸出率的影响、电解时不同的影响因素对电硫效率的影响,同时优化实验参数,并通过电化学等手段对硫酸锰进行电解锰动力学研究。其主要研究内容及结论如下:
(1) 对废铁屑还原浸出软锰矿进行了热力学分析并得到主要反应的标准平衡常数;确定了浸出工艺的最佳工艺参数:在浸出温度为 50℃,废铁屑与软锰矿中二氧化锰的摩尔比为 :1,硫酸与软锰矿中二氧化锰的摩尔比为 :1,浸出时间 80min 的条件下矿石中二氧化锰被浸出;通过调节浸出液的 pH 至 5-6,在反应温度 80℃的条件下,浸出液中的三价铁离子以黄铵铁矾形式沉淀去除,而溶液中的其它离子(Co、Ni 等)则加入硫化钡或二甲基二硫代氨基甲酸钠除去,钙镁等离子则加入氟化剂去除。
(2) 电解锰的动力学实验则通过循环伏安法(CV)、线性扫描法(LSV)等技术进行研究,通过测试不同锰离子浓度下的线性扫描曲线,根据塔菲尔方程求出不同锰离子浓度的电子传递系数及相应的交换电流密度;测试锰离子浓度为 20g/L、不同温度下的稳定极化曲线,在扫描电位为- 和- 时,电极反应的表观活化能ΔG 分别为 kJ·mol-1、 kJ·mol-1。
(3) 在阴离子隔膜的电解槽中优化电解锰生产工艺参数,电解出品质合格的锰产品,扫描电镜(SEM)表明:电解锰颗粒均匀,粒径在 1