很多朋友对于电解硫酸锰添加剂是什么和电解锰的检验方法是什么不太懂,今天就由小编来为大家分享,希望可以帮助到大家,下面一起来看看吧!
金属锰的生产采用电热法、电解法和铝热法。三种方法各有特点:电热法工艺流程长,操作比较复杂;铝热法必须以优质锰矿作原料,且耗铝多,成本高;电解法则可用贫锰矿作原料获得高纯度的产品,得到广泛应用。铝热法该法采用MnO2、MnO3、Mn3O4和MnO作原料,进行还原反应获得金属锰。以MnO作原料时,热量不够,需要补充热量;而MnO2用作原料时,反应又过于激烈,不易控制。用Mn2O3和Mn3O4作原料,能释放足够的热量,且易于控制。冶炼时要用含杂质低的氧化锰矿,磨细后与约为理论需要量的铝粒和相当于10%-20%铝量的石灰混合均匀后,用上部点火法冶炼。所得金属锰产品含锰93%-96%,甚至更高,锰含量也因原料而异。电热法先用锰矿配加少量焦炭在电炉中进行控制还原,炼得低铁、低锰的富锰渣(Mn>45%,P<0.03%,Fe<0.80%)。富锰渣用木炭作还原剂,炼出低磷碳素锰铁,再加硅石、木炭,炼得高硅锰硅合金(Si>30%)。最后用高硅锰硅合金和富锰渣配加石灰,在电弧炉内进行脱硅精炼,得到含锰93%-96%的金属锰。电解法生产金属锰采用硫酸锰水溶液电解法。虽然锰的电解电动势达-1.05V,但由于氢在金属锰上的过电压,锰仍然可从中性溶液析出到固体阴极上。电解的重要条件是溶液中不含其他金属杂质,所以硫酸锰溶液必须在电解前充分净化。此外在阳极上有:Mn2++2H2O-2e&rarrMnO2+4H+反应产生MnO2,所以必须采用隔膜电解槽。采用菱锰矿作原料时,可直接溶解于稀硫酸。如用氧化锰矿则须先经还原焙烧,把锰转化为可溶的MnO。浸出一般利用电解后的阳极液,并配加硫酸,调节pH到2.5左右。浸出液经澄清过滤后用氨水、MnO2(可用阳极泥)或石灰乳中和到pH为6.5,沉淀出氢氧化铁、氢氧化铝、二氧化硅、砷、钼和镍等杂质。滤液加硫化铵〔(NH4)2S〕或硫化氢(H2S),将剩余的微量铁、砷、铜、锌、镍等再沉淀除去。同时加入少量硫酸亚铁(FeSO4)除去胶体及硫化物。净化液经贮液槽导入电解槽。在贮液槽及输送管道上引入SO2约0.1g/L以防止氧化。电解槽用不锈钢作阴极,用铅板(一般含Agl%)作阳极。电解液经阴极室通过隔膜流入阳极室。带有MnO2的阳极液从槽底流出。操作电压约5V,阴极电流密度450-500A/m2,温度控制在34-40g/L,电流效率50%-60%。入槽电解液浓度135-140g/L(NH4)2SO4,30%-40%g/L锰,pH为8.1-8.4。离槽电解液一般含锰3g/L左右,H2SO425-40g/L。从阴极取下的产品为2-3mm的碎片,含锰99.9%以上。电解锰可直接作合金添加剂使用,也可以使之在氮气流中加热到1000℃,得到含氮6%-7%的锰,用于炼高氮钢;还可以与铝压制成锰铝块,用于制造铝合金。
高锰酸钾的中文同义词有过锰酸钾;灰锰氧等,英文同义词:algae-k;argucide等。高锰酸钾为无机化合物,暗紫色固体。1659年被西方人发现。在化学品生产中,广泛用作为氧化剂,如用作制糖精,维生素C、异烟肼及安息香酸的氧化剂;在医药上用作防腐剂、消毒剂、除臭剂及解毒剂;在水质净化及废水处理中,作水处理剂,以氧化硫化氢、酚、铁、锰和有机、无机等多种污染物,控制臭味和脱色;在气体净化中,可除去痕量硫、砷、磷、硅烷、硼烷及硫化物;在采矿冶金方面,用于从铜中分离钼,从锌和镉中除杂,以及化合物浮选的氧化剂;还用于作特殊织物、蜡、油脂及树脂的漂白剂,防毒面具的吸附剂,木材及铜的着色剂等。
深紫色近乎黑色、有金属光泽的晶体。化学式KMnO4。俗称灰锰氧。密度2.703克/厘米3。加热到240℃以上,分解放出氧气。高锰酸钾溶液不稳定,在中性或弱碱性溶液中,或在不见光的条件下分解较慢。在酸性溶液中分解速率加快:
高锰酸钾是强氧化剂,它与还原剂的反应会因溶液酸度的不同而变化。在酸性溶液中,高锰酸钾与亚硫酸钾反应,产物是硫酸锰:
2KMnO4+5K2SO3+3H2SO42MnSO4+6K2SO4+3H2O在中性溶液中反应,产物是二氧化锰:
2KMnO4+3K2SO3+H2O2MnO2+3K2SO4+2KOH在碱性溶液中反应,产物是锰酸钾:
2KMnO4+K2SO3+2KOH2K2MnO4+K2SO4+H2O
高锰酸钾的生产方法为:先用空气中的氧气为氧化剂,在碱性介质中将二氧化锰(软锰矿)氧化为锰酸钾,然后进行电解就可得到高锰酸钾。它在分析化学中用于测定铁矿中铁的含量。它的氧化性还被用于消毒,用作杀菌剂、木材防腐剂、漂白剂。例如,很稀的高锰酸钾溶液可用来对水果、蔬菜杀菌和对食具进行消毒。
由于实验室的大量需求,高锰酸钾被大规模地的制造。一般常见的制备方法有以下两种:矿石中取得的二氧化锰和氢氧化钾在空气中或混合硝酸钾(提供氧气)加热,产生锰酸钾,再于碱性溶液中与氧化剂进行电解化得到高锰酸钾。或者也可以通过Mn和二氧化铅(PbO₂)或铋酸钠(NaBiO₃)等强氧化剂的反应产生。此反应也用于检验Mn的存在,因为高锰酸钾的颜色明显。[11]
工业上制备KMnO4较为简便的方法是用铂作阴极电解氧化K2MnO4:首先用KOH将含60%MnO2的矿石转化为K2MnO4,再电解氧化生成KMnO4。 [3]
氢氧化钾水溶液加二氧化锰和氯酸钾共同煮沸、蒸发,余渣熔为浆状后用水浸渍,再通以氯气、二氧化碳及臭氧,或用电解锰酸盐的碱性溶液也可制得。[3]
KMnO4也可用PbO2或NaBiO3在碱性条件下氧化锰(Ⅱ)盐来制取,低浓度碱有利于锰(Ⅱ)的形成。[3]
焙烧法-电解法:将软锰矿与氢氧化钾混合成浆料,用压缩空气将物料喷入焙烧转炉,在250~300℃下氧化成锰酸钾。焙烧物用稀碱液或洗涤水浸取,经过滤、除杂质得锰酸钾。[1]
由于固相法传质、传热困难,操作环境差,设备庞大,能耗高,将逐渐被淘汰。锰酸钾电解氧化制取高锰酸钾的过程与液相法相同。作为食品添加剂的高锰酸钾,还需经重结晶以除去重金属和砷等。[1]
液相氧化法-电解法:将软锰矿粉(0.074mm)与200℃以上80%的氢氧化钾溶液混合,并在300℃下,在第一反应器中通空气,使二氧化锰氧化成亚锰酸钾,然后溢流至第二反应器进一步氧化成锰酸钾。反应液经热过滤,用100℃、60%的KOH溶液洗涤,滤饼溶于稀碱液或洗涤水,经沉淀、分离和除杂后得锰酸钾。[1]
锰酸钾用系统内的电解终液调制成电解始液,组成如下:锰酸钾≥180g/L;碳酸钾<60/L;氢氧化钾50~60g/L。电解始液在60℃下进入钢板制成的电解槽,阳极用镍板(或镀镍钢板),阴极用铁条。阳极与阴极的面积比为1:(8~10),电流容量为1000A/m3,阳极电流密度为60~100A/m2,槽电压2.25~2.5V,板距50~100mm。锰酸钾在阳极被氧化成高锰酸钾,大部分结晶析出。冷却后经离心分离得含量为94%左右的高锰酸钾粗品,经重结晶后得含量为99.3%的高锰酸钾结晶。[1]
电解终液呈紫红色,含锰酸300~400g/L,氢氧化钾110~120g/L,以及电解中伴生的碳酸钾,经蒸发分别回收利用,部分电解终液返回系统调制电解始液。[8]
吸入后可引起呼吸道损害。溅落眼睛内,刺激结膜,重者致灼伤。刺激皮肤。浓溶液或结晶对皮肤有腐蚀性。口服腐蚀口腔和消化道,出现口内烧灼感、上腹痛、恶心、呕吐、口咽肿胀等。口服剂量大者,口腔粘膜呈棕黑色、肿胀糜烂,剧烈腹痛,呕吐,血便,休克,最后死于循环衰竭。[5]
请勿在日常生活中用作清洗器皿(残留物仍然具有毒性)和净化水中,但在地震等极端环境除了该办法只能喝尿的情况下可酌情考虑且与碘酒一样作为饮用水漂白剂浓度不超过0.03%
该品助燃,具腐蚀性、刺激性,可致人体灼伤。故可在户外活动中与有机物(如:糖),木屑混合摩擦生火。[5]
电解金属锰是用锰矿石经酸浸出获得锰盐,再送电解槽电解析出的单质金属。外观似铁,呈不规则片状,质坚而脆,一面光亮,另一面粗糙,为银白色到褐色,加工为粉末后呈银灰色;在空气中易氧化,遇稀酸时溶解并置换出氢,在略高于室温时,可分解水而放出氢气。Mn+H2O(热)=Mn(OH) 2+H2↑
锰在电动序中位于氢之前,故易溶于酸,甚至醋酸也能使它溶解而放出氢气,同时生成Mn2+离子。
3Mn+8HNO3(稀)=3Mn(NO3) 2+2NO↑+4H2O
电解金属锰按其锰及杂质含量的不同分为四个牌号
DJMn99.8 99.8 0.02 0.03 0.005 0.005 0.01 0.03 0.06
DJMn99.7 99.7 0.04 0.05 0.005 0.01 0.01 0.03 0.1
DJMn99.5 99.5 0.08 0.1 0.01 0.015 0.05 0.15
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。
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,
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。
电解锰的价格主要受供求关系,电力及原料的影响。由于电解锰生产厂商普遍集中在南方,这里通常靠水利发电,因此丰水季和枯水季对电力影响颇大,与电解锰的生产也相关紧密。通常每年4-10月份雨水充足,电力情况较好,生产比较正常。其它月份由于雨量降低导致电力紧张,工厂产量也会相应减少。
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。
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,2024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,2024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
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