电解锰生产工艺简述

电解锰生产工艺简述

电解锰的应用领域

锰及锰合金是钢铁工业、铝合金工业、磁性材料工业、化学工业等不可缺少的重要原料之一。

锰是冶炼工业中不可缺少的添加剂，电解锰加工成粉状后是生产四氧化三锰的主要原料，电子工业广泛使用的磁性材料原件就是用四氧化三锰生产的，电子工业、冶金工业和航空航天工业都需要电解金属锰。随着科学技术的不断发展和生产力水平的不断提高，电解金属锰由于它的高纯度、低杂质特点，现已成功而广泛地运用于钢铁冶炼、有色冶金、电子技术、化学工业、环境保护、食品卫生、电焊条业、航天工业等各个领域。电解锰的纯度很高，它的作用是增加合金属材料的硬度，应用最广的有锰铜合金、锰铝合金，锰在这些合金中能提高合金的强度、韧性、耐磨性和耐腐蚀性，电解锰主要供应于不锈钢的生产。

国内电解锰主产区情况

在我国的电解锰产业中，湖南、贵州、重庆交界的锰三角是当仁不让的集中地，由于开发早和发展快，现在锰矿在秀山、松桃已经供应紧张，再加上当地政府重复征收资源补偿费、出县要收几十元/吨，矿石价格占到电解锰成本的1/3。重庆、松桃、湘西的矿山都存在乱采乱挖的现象，几万吨储量目前只剩一半，而且资源回收率很低，只有50％左右，开采中采富弃贫现象严重，矿石品位从19％下降至16％。但广西的矿石供应丰富，大新的储量有一亿吨，够几十年使用。

产品方案和设计规模

金属锰的生产方法有两种。一种是采用电解法，所得产品为电解金属锰；另一种是以富锰矿及高硅锰硅合金为原料，用电炉脱硅精炼法生产，产品称金属锰。后者含锰稍低（mn93％～97％），含铁较高（fe≈2.0％）。金属锰一般用作冶炼低碳优质钢的合金添加剂，或用作有色金属合金的合金剂。产品方案必须根据产品需求，通过方案比较进行优选确定。设计规模主要是根据矿石资源、电力供应和市场需求确定。中国电解金属锰车间的设计规模一般较小，大的每年达5000t，小的每年仅数百吨。

目前，我国电解金属锰生产主要以99.7％的产品为主（现大部分厂家实际已达到99.8％以上），只有少数几个厂家生产99.9％的产品（因99.9％的产品市场需求量较小，但很多企业在作可行性研究报告时都号称生产99.9％的），主要原材料－锰矿为氧化锰矿和碳酸锰矿两大类，除前工序制液方式不尽相同外，电解生产工艺基本相同。

碳酸锰矿是直接利用硫酸与碳酸锰化合反应制取硫酸锰溶液，再通过中和、净化、过滤等一系列工艺制备为电解液，经加入添加剂如二氧化硒、亚硫酸铵等即可进入电解槽进行电解；利用二氧化锰生产电解锰的工艺与用碳酸锰生产工艺有所差别，主要是二氧化锰在一般条件下不与硫酸反应，必须经处理为二价锰后再与硫酸反应制备硫酸锰溶液，其处理方法一般为焙烧法，是将二氧化锰与还原性物质（一般为煤炭）共同混合后密闭加热，在一定温度下c将四价锰还原为二价锰，粉碎后与硫酸反应，这种方法称为焙烧法；另一种方法是称为两矿法的，即是用二氧化锰矿粉和硫铁矿在硫酸作用下发生氧化还原反应来制备硫酸锰。不过这两种方法由于成本较高，业内基本不与采用，其中，焙烧法较之于两矿法更为普遍，但由于很多的焙烧生产厂使用的焙烧炉是简单易制但能耗较高污染较大的反射炉，前几年，国家发改委已明令取缔反射炉用于生产电解锰生产工艺。

工艺流程

常以含锰较低（mn 20％～23％）的碳酸锰矿为原料，经破碎、磨细成矿粉，加入已有返回阳极液的浸取罐中，加硫酸、通入蒸汽加热近于沸腾，使矿粉中的锰浸取进入溶液，加入适量缓冲剂硫酸铵，并在酸性矿浆中加入二氧化锰粉除铁，再通入液氨或加入石灰乳使矿浆成中性（ph≈7），固液分离去除残渣，往滤液中加入硫化剂（二甲基胺荒酸钠，（ch3）2ncs2na，简称sdd）或乙硫氮净化，使镍、钴、铁等离子成硫化物形态沉淀析出，经第二次固液分离除去硫化渣，加入添加剂（seo2或so2：），即得合格电解液。电解时，合格电解液连续不断地加入电解槽，经通电电解至一定时间（一般为24h），取出附有电沉积锰的阴极板（同时放入干净的阴极板，使电解连续进行），经钝化、水洗、烘干后，将金属锰剥下，即为成品。电解时电解液穿过隔膜布进入阳极房，通过假底溢流出电解槽，此液称阳极液，经收集后返回浸取罐，供浸取锰矿用。其工艺流程示于图1。

设备选择

其关键设备是电解槽。由于在硫酸锰水溶液电解时，阴极室必须处于中性偏碱（ph7～8）状态才能电解析出锰，而阳极室为酸性，因此必须采用隔膜式电解槽，以区分阴极室和阳极室的不同电解效应。电解槽槽体一般采用木料制造，也有的采用钢筋混凝土槽体，内衬防腐材料形成不渗漏的整体。槽中设有假底，在其上镶入外面套有隔膜布的阳极室木框架，阳极室木框架中和假底下面相通，以便阳极液通过假底溢流排出，框中插入铅基含银阳极板（也可采用其他材质），此框以内即为阳极室；整个电解槽内阳极隔膜布的外面即为阴极室，在两个隔膜框之间插入用不锈钢板制成的阴极板。为控制电解温度，电解槽内侧设有间接冷却的铅管，管内通冷却水。隔膜式电解槽结构见图2。

原料磨细常用可调节出料粒度的雷蒙磨（又称悬辊式粉碎机或悬辊式磨粉机），浸取设备一般为内衬防腐材料的带搅拌器的浸取罐，固液分离采用防腐蚀的板框式或箱式压滤机，烘干附着电沉积锰的阴极板常用电加热远红外线干燥炉，电解槽的直流电来自硅整流器。

车间组成和布置

电解金属锰车间由原料加工、溶液制备和电解三部分组成，以及必要的辅助设施组成。（1）原料加工部分设于一单层厂房内，设有原料破碎。磨细设备及运输、贮存设施。（2）溶液制备部分常为双层厂房，浸取罐设于地坪上，罐口则略高出于楼面，以利加料和生产操作。出料及矿浆泵设于楼下。为使固液分离的压滤机出渣方便，往往安装在楼上，出渣时车辆停放在压滤机下方，渣可直接卸入车厢。硫化槽及合格液贮槽坐落在地坪上，槽口稍高于楼面。（3）电解部分通常为单层厂房，一端为直流电源间，紧接着安设成列的电解槽，另一端为成品处理场，设有远红外线烘干炉、剥锰槽、清洗槽等设备，有的还将成品称量包装设施也设在这里。（4）辅助设施一般有极板制造问：阴极板电抛光间、渣场、酸库、液氨库、锅炉房、空压站、废水处理站、检验化验室和车间办公室等。有的辅助设施可由全厂统一考虑设置，不只为本车间服务。

主要技术经济指标

根据中国的实践。电解金属锰车间设计主要技术经济指标为：电解锰设计主要参数

进槽电解液主要成分
mn/g·l-1	38~45
（nh4）2so4/g·l-1	120~140
ph值	7~7.2
槽电压/v	4.8~5.2
同极间距/mm	100
电解温度/℃	35~40
电解周期/h	24
产品合格率/％	99~100
锰的总回收率/％	70~75
电解电流效率/％	60~65
每吨电解金属锰的消耗
碳酸锰矿粉（mn20％~23％）/t	6.5~7.5
工业硫酸（h2so4≥92.5％）/t	≈2
硫酸铵（工业纯）/t	1~1.5
二氧化锰粉（mno2>65％）/t	0.4~0.6
液氨（工业纯）/t	0.2~0.4
二氧化硒（seo2>99％）/kg	≈3
电解耗电/kw·h	≈9000

电解锰与不锈钢

在炼钢生产中，电解锰特别适合冶炼合金化元素含有总量10％以上的不锈钢、耐热钢、精密钢、高温钢、耐蚀钢等“特、精、高”合金钢和冶炼低杂质、低有害元素的纯净钢（∑p、s、o、n、h≤100ppm）、趋纯净钢（∑p、s、o、n、h≤200ppm）等钢种。据我国不锈钢、高合金钢和优质钢等特钢的产量及耗用电解锰水平，2004年中国不锈钢等优特钢冶炼消耗电解锰约16万吨左右；其中铬锰系不锈钢耗用8万吨左右，铬锰不锈钢冶炼中超量、非正常耗用2—3万吨；铬镍系不锈钢、铬系不锈钢、耐热不锈钢、精密合金钢、高温合金钢、耐蚀合金钢和其它优特钢等钢种消耗约5万吨左右。

根据我国国民经济和钢铁工业宏观发展走势，2005年乃至未来一段时间不锈钢等优特钢产业正处于上升时间，国内不锈钢产业、产能、产量和市场需求正在高速发展，不锈钢等高端产品优特钢冶炼对电解锰的需求，总体依然保持强劲。同时，随着钢铁企业进一步加大钢材品种结构调整和优化升级，未来我国不锈钢、优特钢等高附加值、高技术含量的高品质钢材产量将会有较大幅度增长，无疑电解锰在高品质钢种冶炼中的耗用量也将有比较大的增量空间。

要很好把握电解锰行业的发展，下游厂家的情况自然是息息相关。除200不锈钢之外，电解锰还用于生产特钢和优钢，其中特钢也可用锰锭或较便宜的高碳锰铁。全球每年特钢生产要用电解锰7-8万吨，锰铝合金用锰约1-2万吨，mn3o4等磁性材料用锰约5-6万吨，全球总需求约45-50万吨左右，国内需求约15-20万吨。