CN105063653A - 一种二氧化锰制备中的电解节电方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种二氧化锰制备中的电解节电方法，属于二氧化锰制备技术领域。该方法是使用铜条为阴极，纯钛板为阳极进行电解，电解液中H₂SO₄浓度为30～50g/L，MnSO₄浓度为70～100g/L，阳极电流密度为50～70A/m²，其中所述电解采用的电解槽包括槽体，槽体与阳极板平行的两端为端板，端板两侧为侧板，底部为底板；所述槽体内设有蒸汽加热套管和进液管，侧板上设有电解液溢流口；所述进液管依次贴着其中一个端板，经过底板并延伸至另一个端板进行设置，进液管上设有多个进液孔。本发明可以将电解二氧化锰产品的吨电耗从2200kWh/t降低到1600kWh/t以下，为企业节约生产成本，提升市场竞争力。

Description

一种二氧化锰制备中的电解节电方法

【技术领域】

本发明涉及二氧化锰制备技术领域，具体涉及一种二氧化锰制备中的电解节电方法。

【背景技术】

电能是人们日常生活和企业生产必不可少的能源。近年来，全国电力供求持续偏紧，用电形势十分严峻，电能不足成为制约经济、技术发展的瓶颈，而大力开展节约用电工作成为缓解供电紧张的当务之急。

电解二氧化锰行业属于大电耗化工行业，电耗是电解二氧化锰行业的主要生产成本。根据工业生产数据，电解MnO₂(阳极为纯钛板)的直流电解工序单耗一般为2000～2200kWh/t。在降低企业运营成本过程中，电费成本是企业继原材料成本后的第二大成本，也是最容易控制的成本。因此，电解二氧化锰的生产企业，有必要研究电解二氧化锰的节电技术，从而降低企业生产成本、提高企业市场竞争力和节约社会电能资源。

【发明内容】

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种二氧化锰制备中的电解节电方法，该方法针对以MnSO₄+H₂SO₄的水溶液为电解液，铜条为阴极、纯钛板为阳极，电解生产二氧化锰的工艺，能够显著降低电解二氧化锰的电耗，为企业节约生产成本，提升市场竞争力。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种二氧化锰制备中的电解节电方法，电解槽中使用铜条为阴极，纯钛板为阳极进行电解，电解液中H₂SO₄浓度为30～50g/L，MnSO₄浓度为70～100g/L，阳极电流密度为50～70A/m²。

进一步优选地，所述电解液中H₂SO₄浓度为35～45g/L，MnSO₄浓度为80～90g/L，阳极电流密度为60A/m²，电解温度为96℃以上。

进一步地，采用节能型电解槽也能大大减少电耗。本发明采用的节能型电解槽包括方形槽体，槽体与阳极板平行的两端部为端板，端板两侧为侧板，底部为底板；所述槽体内设有蒸汽加热套管和进液管，侧板上设有电解液溢流口；所述进液管依次贴着其中一个端板，经过底板并延伸至另一个端板进行设置，进液管上设有多个进液孔。

进一步地，所述进液管具有前端和末端，其末端为封闭状，进液管上的进液孔大小不一，且从前端到末端，进液孔的孔径逐步增大。

进一步地，所述进液管上的进液孔之间的间距不一致，且从前端到末端，进液孔之间的间距逐渐增大。

进一步地，所述电解液溢流口具有两个，在两侧的侧板上各设有一个。

进一步地，所述蒸汽加热套管在槽体底部呈回形设置。

生产电解二氧化锰的主要反应原理为：

阳极上主要发生反应：Mn²⁺+2H₂O→MnO₂+4H⁺+2e^-(E₁＝1.23V)

阴极则为析氢反应：2H⁺+2e_-→H₂↑(E₂＝0V)

电解过程中发生的总反应为：MnSO₄+2H₂O→MnO₂+H₂↑+H₂SO₄

理论分解电压E＝E₁-E₂＝1.23V

根据MnO₂能耗计算公式：

因此降低槽压和增加阳极电效均可以减少电耗。

阳极电流密度的大小，不但影响电能消耗而且对产品质量有很大影响，电解生产二氧化锰时，在阳极上析出的二氧化锰的量和通过的电量成正比，故单从单位时间内单槽的产量考虑，电流越大越好。然而，根据电压与电流成正比可知，增大电流势必使槽电压增高，电压增加，阳极板表面的钝化就会加剧，从而极板的电阻会增加，进而造成槽电压更快的升高，从而导致电能消耗越高。本发明中阳极电流密度为50～70A/m²，能够获得产量需求与电耗的平衡，获得较低的吨电耗。

电解液中MnSO₄的浓度对槽电压V_槽的影响很小，但必须与阳极电流密度相适应，H₂SO₄的浓度对电解液的导电率影响较大，H₂SO₄浓度高，电解液导电率升高，V_槽降低，但酸浓度增加有利于氧在阳极上析出，降低电流效率，且MnSO₄和H₂SO₄的浓度对二氧化锰的质量也有影响。综合试验结果表示，H₂SO₄浓度为30～50g/L，MnSO₄浓度为70～100g/L能获得较低的能耗。

电解液温度的提高，不仅能提高产品的纯度和放电性能,而且使离子迁移速度加快，电解液比电阻减小，阴极析出氢和阳极析出二氧化锰的过电压下降，因而使槽电压降低。然而温度高也会消耗一部分能量，本发明将电解液温度控制在96℃以上，且通过将蒸汽加热管设置为回形状，增加热交换面积，使液温保持在较高的温度，且该设置还能使各部分的温度比较均匀。

由于在电解过程中，Mn²⁺被不断消耗，需要在反应时不断添加电解液，传统的进液方式为一个设置在电解槽上方的单点进液口，电解液的各部分浓度分布不均匀，会导致槽电压加剧升高从而影响电能消耗。本发明通过设置安装在电解槽内的多个进液口，减小电解液的浓度极差，而且进液口的设置从进口端到末端，孔径由小到大，设置密度由大到小，更有效保证了各部位电解液浓度的均一，最终达到节能的目的。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明从控制阳极电流密度、电解液浓度、电解温度以及改变进液方式等技术手段达到降低电解能耗的目的，在保证产品质量的同时，可以将电解二氧化锰产品的吨电耗从2200kWh/t降低到1600kWh/t以下，为企业节约生产成本，提升市场竞争力。

【附图说明】

图1为本发明中节能型电解槽的结构示意图；

其中：1-进液管，2-端板，3-蒸汽加热套管，4-侧板，5-溢流口，6-槽体，7-进液孔，8-底板。

【具体实施方式】

以下通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步详述。

图1为本发明的节能型电解槽的结构示意图。该节能型电解槽包括方形槽体6，槽体6内有多个平行放置的阳极板，还设多个阴极棒(阳极板和阴极棒的结构设置为本领域常规技术手段，本发明未加以改进，故图中未画出)。槽体6与阳极板平行的两端为端板2，端板2两侧为侧板4，底部为底板8；所述槽体6内设有蒸汽加热套管3和进液管1，蒸汽加热套管3在槽体6底部呈回形设置。侧板4上设有电解液溢流口5，电解液溢流口5可以为一个或两个，设置两个时则在两侧的侧板4上各设有一个。进液管1依次贴着其中一个端板2，经过底板8并延伸至另一个端板2进行设置，进液管1上设有多个进液孔7。进液管1具有前端和末端，其末端为封闭状。为了使电解的分布更加均匀，本发明设置进液管1上的进液孔7大小不一，进液孔7之间的间距也不一致，且从前端到末端，进液孔7的孔径逐步增大，进液孔7之间的间距逐渐增大。本发明中均是以纯钛板为阳极，铜条为阴极进行电解制备二氧化锰。

实施例1

采用图1所示的节能型电解槽进行二氧化锰的制备，电解槽中使用铜条为阴极，纯钛板为阳极进行电解，电解液中H₂SO₄浓度为40±10g/L，MnSO₄浓度为90±10g/L，补充液为MnSO₄溶液，浓度为100±10g/L，电解温度控制在96-99℃，使用十二醇硫酸钠做封槽剂，用1-5Mpa的锅炉蒸气加热保温，使用5个电解槽，在阳极电流密度分别为40A/m²、50A/m²、60A/m²、70A/m²、80A/m²的条件下进行电解，电解周期为10天。

电解结束后，将成品漂洗干净，上述5个电解槽的吨产品电耗分别为：1920kWh/t、1730kWh/t、1650kWh/t、1690kWh/t和1860kWh/t，可以看出，阳极电流密度在50A/m²-70A/m²之间电耗相对较低。

实施例2

采用图1所示的节能型电解槽进行二氧化锰的制备，电解槽中使用铜条为阴极，纯钛板为阳极进行电解，电解液中MnSO₄浓度为100±10g/L，补充液为MnSO₄溶液，浓度为100g/L，电解温度控制在96-99℃，使用十二醇硫酸钠做封槽剂，用1-5Mpa的锅炉蒸气加热保温，阳极电流密度为60A/m²，使用6个电解槽，在H₂SO₄浓度分别在为20±2g/L，30±2g/L，35±2g/L，45±2g/L，50±2g/L，60±2g/L的条件下进行电解，电解周期为10天。

电解结束后，将成品漂洗干净，上述6个电解槽的吨产品电耗分别为：1960kWh/t、1750kWh/t、1680kWh/t、1690kWh/t、1760kWh/t和1880kWh/t，可以看出，阳极电流密度在50A/m²-70A/m²之间电耗相对较低。

实施例3

采用图1所示的节能型电解槽进行二氧化锰的制备，电解槽中使用铜条为阴极，纯钛板为阳极进行电解，电解液中H₂SO₄浓度40±10g/L，MnSO₄浓度为70±10g/L，补充液为MnSO₄溶液，浓度为100g/L，使用十二醇硫酸钠做封槽剂，用1-5Mpa的锅炉蒸气加热保温，阳极电流密度为60A/m²，使用4个电解槽，电解温度控制在85、90、95、96℃的条件下进行电解，电解周期为10天。

电解结束后，将成品漂洗干净，上述4个电解槽的吨产品电耗分别为：2000kWh/t、1910kWh/t、1800kWh/t、和1680kWh/t，可以看出，电解温度控制在96℃以上电耗相对较低。

实施例4

采用图1所示的节能型电解槽进行二氧化锰的制备，电解槽中使用铜条为阴极，纯钛板为阳极进行电解，电解液中H₂SO₄浓度40±10g/L，MnSO₄浓度为90±10g/L，补充液为MnSO₄溶液，浓度为100g/L，使用十二醇硫酸钠做封槽剂，用1-5Mpa的锅炉蒸气加热保温，阳极电流密度为60A/m²，电解温度控制在96℃-99℃的条件下进行电解，电解周期为10天。

电解结束后，将成品漂洗干净，在上述最佳电解条件下，上述电解槽的吨产品电耗为1550kWh/t，可以降低电耗29.5％，为企业大大降低成本。

因此，采用本发明的技术方案，可以将电解二氧化锰产品的吨电耗从2200kWh/t降低到1600kWh/t以下，为企业节约生产成本，提升市场竞争力。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (7)

1.一种二氧化锰制备中的电解节电方法，其特征在于：电解槽中使用铜条为阴极，纯钛板为阳极进行电解，电解液中H₂SO₄浓度为30～50g/L，MnSO₄浓度为70～100g/L，阳极电流密度为50～70A/m²。

2.根据权利要求1所述的一种二氧化锰制备中的电解节电方法，其特征在于：所述电解液中H₂SO₄浓度为35～45g/L，MnSO₄浓度为80～90g/L，阳极电流密度为60A/m²，电解温度为96～99℃。

3.根据权利要求1或2所述的一种二氧化锰制备中的电解节电方法，其特征在于：所述电解采用的是节能型电解槽，其包括方形槽体，槽体与阳极板平行的两端部为端板，端板两侧为侧板，底部为底板；所述槽体内设有蒸汽加热套管和进液管，侧板上设有电解液溢流口；所述进液管依次贴着其中一个端板，经过底板并延伸至另一个端板进行设置，进液管上设有多个进液孔。

4.根据权利要求3所述的一种二氧化锰制备中的电解节电方法，其特征在于：所述进液管具有前端和末端，其末端为封闭状，进液管上的进液孔大小不一，且从前端到末端，进液孔的孔径逐步增大。

5.根据权利要求4所述的一种二氧化锰制备中的电解节电方法，其特征在于：所述进液管上的进液孔之间的间距不一致，且从前端到末端，进液孔之间的间距逐渐增大。

6.根据权利要求5所述的一种二氧化锰制备中的电解节电方法，其特征在于：所述电解液溢流口具有两个，在两侧的侧板上各设有一个。

7.根据权利要求6所述的一种二氧化锰制备中的电解节电方法，其特征在于：所述蒸汽加热套管在槽体底部呈回形设置。