电解金属锰车间设计(engineering design of metal manganese plant by electrolytic method)

以贫锰矿粉为原料，加酸制取锰盐水溶液，再用电解法生产金属锰的车间设计。电解金属锰产品质量纯度较高(含Mn>99．5％)，杂质含量低(铁、硅、硒、碳、硫和磷六项总和< 0．5％)，常用于有色金属合金和特殊钢冶炼作合金添加剂。电解金属锰车间设计内容主要包括产品方案和设计规模，工艺流程，设备选择，车间组成和布置，以及主要技术经济指标。

简史 电解金属锰的工业化生产，始于20世纪30年代。50年代，美国和南非先后建成年产能力接近万吨的电解金属锰厂。1989年，以上两国的生产能力分别发展到2～4万t／a，但生产厂家仅2～3个。20世纪40年代中国上海已有了生产电解金属锰的工厂。70年代后，中国湖南、四川、广西等锰矿资源丰富的省区，先后建设了一批电解金属锰厂(车间)。

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。

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。

若以氧化锰矿为原料，往往需先将锰矿粉经还原焙烧，使高价锰还原成低价锰，再行浸取。也可采用“两矿一步法”，将氧化锰矿粉与硫铁矿粉一起加酸加热，直接浸取成硫酸锰水溶液。此后的工序与前述相同(图1)。

碳酸锰矿粉也可用盐酸浸取成氯化锰水溶液，再用电解法制取电解金属锰，这可以提高产品质量和电流效率。但由于操作劳动条件和环保等问题，一时还未得到妥善解决，因而尚未推广应用。

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：

20世纪80年代，中国试验成功了一槽两用，也就是在一个电解槽中，在阴极生产电解金属锰的同时，在阳极上生产电解二氧化锰。改变了电解锰的生产过程，不仅使用了阴极效应生产电解金属锰，而且发挥了阳极效应，同时生产出二氧化锰。