錳電解車間設(shè)計(jì)

㈠電解錳的工藝選擇與論證；㈡冶金計(jì)算物料平衡計(jì)算（溶液平衡、金屬平衡及酸平衡）和熱平衡計(jì)算；㈢主體設(shè)備的選擇；㈣工程圖紙的繪制：主體設(shè)備連接圖、工藝流程圖一張；㈤英語(yǔ)論文翻譯。論文內(nèi)容論文特色㈠查閱較多資料，從熱力學(xué)分析，確定了較準(zhǔn)確的電解過程參數(shù)；㈡本設(shè)計(jì)重視節(jié)能環(huán)保，從多方面提出節(jié)能措施；㈢在除雜和使用添加劑方面做出了探討，使本設(shè)計(jì)具備了生產(chǎn)高純電解錳的能力；㈣計(jì)算認(rèn)真，對(duì)電解槽自然冷卻系數(shù)α、泵選型等做出了比前人更為精確的計(jì)算。摘要11.1電解錳過程的熱力學(xué)分析陰極發(fā)生Mn2+得電子的還原反應(yīng)！我們知道：電位越高，得電子能力越強(qiáng)！怎樣保證錳優(yōu)先析出呢？根據(jù)能斯特方程：fMn=-1.1795+0.0951㏒[Mn2+]-ηMn

fH2=-0.0591PH-ηH

所以，依靠①增大[Mn2+]②增大氫超電壓ηH

.㈠根據(jù)塔菲爾公式η=a+b㏒DK

a值的重要性遠(yuǎn)大于b；低的電解溫度是確保高的塔菲爾值a的主要條件；㈡加入氨，可以使fH降大于fMn降，從而有利于Mn的優(yōu)先析出。加氨還生成

配合物，增加溶液穩(wěn)定性。21.1電解錳過程的熱力學(xué)分析電解反應(yīng)中，陽(yáng)極為正極（高電壓），發(fā)生氧化反應(yīng)，失電子。在陽(yáng)極同時(shí)發(fā)生析MnO2與析O2兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)：MnO2+4H++2e=Mn2++2H2OfMn=1.229-0.1192pH；O2+4H++4e=2H2OfO=1.229-0.0591pH；由右圖可看出，溫度升高有助于增大兩者電勢(shì)差（即，Mn2+更易失電子，MnO2更易生成），這是不希望的。31.2電解錳的工業(yè)生產(chǎn)電解（電解沉積）總反應(yīng)式為MnSO4+H2O=Mn+O2+H2SO4反應(yīng)是在木制假底鋼筋水泥PVC襯里的隔膜電解槽中進(jìn)行陽(yáng)極材料為鉛基合金，廣泛應(yīng)用于硫酸鹽介質(zhì)陰極材料為18Cr12Ni8Mo不銹鋼合金，或鈦板。原因是在電解液中不溶解、電阻率低、氫過電位高、彎曲性和彈性好。使用不銹鋼前要在含有小量硅酸鈉的溶液中浸泡作緩沖處理，鈦板則不需要。

由于在硫酸錳水溶液中電解錳時(shí)，陰極室必須處于中性偏堿（7～8）狀態(tài)才能析出錳，而陽(yáng)極在電解過程中放出H+，為酸性，必須區(qū)分陰極室和陽(yáng)極室的不同電解效應(yīng)。槽中設(shè)有假底是為更好的密封性。隔膜材料選用濾布即可。4⑴新液凈化后的溶液。除重金屬、CaSO4等。Mn34～38g/l，(NH4)2SO4100～120g/l，pH6.5～7

⑵陰極液Mn15～18g/l

（NH4）2SO4

120～140g/l（無硒）

⑶陽(yáng)極液Mn14～15g/l

H2SO4

40g/l1.2電解錳的工業(yè)生產(chǎn)電流密度電解液成分

槽電壓與電耗

電解液溫度電解參數(shù)①升高溫度可以增加溶液的電導(dǎo)，減少能耗，但溫度過高會(huì)降低電流效率。②溫度偏低沉積錳會(huì)生成樹枝狀結(jié)晶，高于45℃則會(huì)形成粗晶粒③低的電解溫度是確保高的塔菲爾值a的主要條件，從而保證高的電流效率

因此，工業(yè)上采用的電解溫度為38～44℃。Mn2+在高pH的條件下，很容易被氧化成高價(jià)錳化合物MnOOH(Mn2O3·3H2O)和MnO2。為防止Mn2+氧化，必須加入抗氧化劑使溶液保持還原性

V槽=V分+V液+V極+V泥+V接=4.6～5V其中V分=fO2/H2O-f

Mn2+/Mn

=2.5V國(guó)內(nèi)錳電解電流效率一般達(dá)到68%左右，則每噸錳的電解電耗

6200KW·h

陰極沉積時(shí)間

⑴陰極電流密度為抑制氫超電壓，電解錳生產(chǎn)中采用較高的陰極電流，以提高陰極電流效率；電流密度過低或過高都會(huì)降低電流效率。一般采用350～400A/m2

⑵一般采用680～800A/m2高電流密度，以減少陽(yáng)極上析出的MnO2量

隨著電解時(shí)間的延續(xù)，陰極析出錳表面變粗糙，甚至產(chǎn)生粒狀或樹枝狀結(jié)晶，電流效率降低，所以電解時(shí)間不宜過長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)析出周期一般為24h。

51.3工藝流程選擇論述及節(jié)能與品質(zhì)改進(jìn)探討

國(guó)內(nèi)生產(chǎn)電解錳的原料為菱錳礦，其工藝為：硫酸浸出——氧化除鐵——硫化法除重金屬——電解。

為生產(chǎn)高純電解錳，需要在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上做出改進(jìn)：①采用三段凈化、三段過濾的凈化工藝；②減少添加劑殘留，采用無硒或復(fù)合添加劑。生產(chǎn)劃分為浸出車間、凈化車間和電解車間三個(gè)部分。其中原料倉(cāng)庫(kù)、漿化上料、浸出、氧化及中和除鐵屬浸出車間；凈化車間包括硫化、靜置和壓濾工序；電積、析出錳處理等屬于電解車間生產(chǎn)車間每天三班作業(yè)，每班工作8h，全年生產(chǎn)天數(shù)320天。61.3工藝流程選擇論述及節(jié)能與品質(zhì)改進(jìn)探討

節(jié)能措施減小電解槽的電阻（即減小槽電壓）①設(shè)計(jì)合理的極距采用的同名極距在70～80㎜之內(nèi)。②采用新的連接辦法組裝陰、陽(yáng)極板采用螺栓連接加焊接、鉚接加焊接或者螺栓連接加導(dǎo)電膠膠接等辦法代替單一螺栓連接。③設(shè)計(jì)采用科學(xué)的陰陽(yáng)極室空間因?yàn)榱蛩崾且环N強(qiáng)電解質(zhì)，所以陽(yáng)極液比陰極液導(dǎo)電能力強(qiáng)，電流在陽(yáng)極室的電阻要小，所以陽(yáng)極室的空間稍比陰極室空間大，有利于減小電阻。④選用足夠厚的陰陽(yáng)極板增加厚度的陰陽(yáng)極板也可以起到縮短極距的效果⑤選用足夠大的主路銅排和相應(yīng)的極板銅條2.設(shè)計(jì)安裝時(shí)防止電解槽漏電①地面防漏電②防止電解槽漏液③防止冷卻水漏電3.在生產(chǎn)管理上節(jié)能①控制好生產(chǎn)工藝指標(biāo)②選擇合理的清槽周期7

溶液平衡是濕法冶金設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，通過溶液平衡計(jì)算后，才能進(jìn)行濕法冶金過程的金屬平衡、熱平衡計(jì)算，才能準(zhǔn)確進(jìn)行濕法冶金的浸出槽、凈化槽。各種溶液液貯槽、過濾設(shè)備、輸送泵、溜槽、管道及閥門等的選擇計(jì)算。 溶液平衡的計(jì)算思路及過程：由每天產(chǎn)出金屬量和合格液與陽(yáng)極液濃度求出陽(yáng)極液量，陽(yáng)極液返回浸出工序，由公式：

求得溶液平衡（即水量不變）。計(jì)算結(jié)果如下：

加入項(xiàng)：1.陽(yáng)極液581.39m3/d；2硫酸12.50m3/d；3氨水1.884m3/d；4碳酸錳礦中的水2.56m3/d.；5洗渣新水13.72m3/d.；

產(chǎn)出項(xiàng)：1.中和后過濾液587.26m3/d；2.浸出渣帶走24.77m3/d。補(bǔ)加的（洗渣）水量=浸出渣帶走的水量+電解槽蒸發(fā)量—加硫酸體積—加入氨水體積—碳酸錳礦中水量2.2溶液平衡計(jì)算8

金屬平衡與固體物料平衡、溶液平衡有著密切關(guān)系。冶煉過程金屬平衡的好壞，影響冶煉的直接回收率和總回收率的高低。 仍由電解過程入手，求出需錳礦石量和各種損失量（主要是陽(yáng)極泥損失錳，無名損失）；再由錳礦石中錳和返回陽(yáng)極液中錳，減去各種損失（主要有浸出渣損失錳、凈化渣損失錳、無名損失錳），得出結(jié)果為合格液中錳量。通過本次計(jì)算，得出合格液錳量結(jié)果與溶液平衡假設(shè)非常接近（誤差僅為2.0%）。計(jì)算結(jié)果如下：電解液金屬平衡加入項(xiàng)：合格液587.26m3/d，37.0kg/m3，21728.62kg

產(chǎn)出項(xiàng)：1電解金屬錳12500kg/d、99.90%、12487.5kg；2陽(yáng)極液581.39m3/d，15.0kg/m3，8720.85kg；3陽(yáng)極泥1000kg/d，50.0%，500.0kg；4.不可回收損失20.05kg合計(jì)21728.30kg浸出、中和、凈化金屬平衡加入項(xiàng)：1.碳酸錳礦82572.8kg/d，21.3%，17588.0kg；2.陽(yáng)極液581.39m3/d，15kg/m38720.81；合計(jì)26308.81kg產(chǎn)出項(xiàng)：1.過濾液587.26m3/d，37.76，22175.62kg；2.浸出渣57801.0kg，7.03%，4062.833kg；.損失及其它70.35kg；合計(jì)26308.80kg2.3金屬平衡計(jì)算9

酸平衡是保證溶液PH的首要措施，而浸出則是耗H2SO4的主要方面。因此，酸平衡的重點(diǎn)是計(jì)算的耗酸量。另外，電解過程產(chǎn)生的硫酸也是重要的加入項(xiàng)，在溶液平衡中已經(jīng)算出。氧化、中和、硫化、靜置等工序都有酸的無名損失。 浸出過程反應(yīng)主要有：

MnCO3+H2SO4MnSO4+H2O+CO2↑CaCO3+H2SO4CaSO4+H2O+CO2↑MgCO3+H2SO4MgSO4+H2O+CO2↑Al2O3+H2SO4Al2(SO4)3+H2OFe2O3+H2SO4Fe2(SO4)3+3H2O

加入項(xiàng)：1電解陽(yáng)極液581.39m3/d，39.89kg/m3，

23191.652kg；補(bǔ)充硫酸12.93m3/d，1804kg/m3，23318.80kg合計(jì)46510.45kg產(chǎn)出項(xiàng)1.產(chǎn)MnSO4耗硫酸29509.94kg；產(chǎn)CaSO4耗硫酸9883.16kg；產(chǎn)MgSO4耗硫酸5428.35kg；產(chǎn)Al2(SO4)3耗硫酸1048.68kg；產(chǎn)Fe2(SO4)3耗硫酸290.66kg；損失及其它349.79kg；合計(jì)46510.58kg浸出由于反應(yīng)有大量CO2放出，漿化礦漿不能用泵和管道輸送，只能通過溜槽自流進(jìn)各個(gè)浸出槽中2.4酸平衡計(jì)算102.5熱平衡計(jì)算熱收入Q=通過電流×電解液電阻壓降（取為槽電壓的50%）×通電時(shí)間×電解槽數(shù)=8880×（4.8×50%）×（23.5×3600）×88×10－3=158663577.6kJ/d⑴電解液液面蒸發(fā)帶走熱熱支出⑵電解槽液面輻射與對(duì)流帶走熱⑶電解槽外壁的輻射與對(duì)流帶走熱⑷由電解液流動(dòng)帶走熱⑸全部電解液須由冷卻管散去的熱

由右圖可知，絕大多數(shù)的熱須由散熱管散去。各項(xiàng)熱支出所占比例圖本設(shè)計(jì)采用鋁合金管為槽內(nèi)冷卻水的導(dǎo)水管，這主要是因鋁的熱導(dǎo)率（W/m·k），要比鉛高出將近5倍，因此材耗少。并且鋁密度小，可降低基建費(fèi)用和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)費(fèi)用。11

浸出、氧化、中和三個(gè)工藝過程均在同一個(gè)設(shè)備中進(jìn)行，設(shè)備為圓形機(jī)械攪拌槽。工藝過程包括進(jìn)料加入礦漿時(shí)間1h，浸出2h，氧化2.0h，中和0.5h，過濾及清槽2.5h，，每個(gè)周期作業(yè)時(shí)間8h，每天三班作業(yè)，即每個(gè)浸出槽一天可制作3槽溶液。礦漿過濾采用圓筒式真空壓濾機(jī)、葉片式真空過濾機(jī)、帶式過濾機(jī)，但由于上述過濾機(jī)需要使用真空和風(fēng)壓，動(dòng)力消耗大，本設(shè)計(jì)不予考慮，決定采用箱式壓濾機(jī)進(jìn)行過濾。3.1浸出槽3.2壓濾機(jī)12

電解槽的連接方式可分為單聯(lián)法和復(fù)聯(lián)法（又稱為單極式和復(fù)極式）。單聯(lián)法電解槽的同極性的電極與直流電源并聯(lián)連接，電極兩面的極性相同，即同為陰極或同為陽(yáng)極。復(fù)聯(lián)法電解槽兩端的電極與直流電源的正負(fù)極相連，成為陽(yáng)極或陰極，即列與列和槽和槽之間是串聯(lián)的，每個(gè)槽的陰、陽(yáng)兩極分別是并聯(lián)的。如圖所示：

3.8電解槽選擇與排列13

本設(shè)計(jì)采用復(fù)聯(lián)法（比單聯(lián)法節(jié)約電能，節(jié)約空間）。

采用如右圖的連接方式