国内电解金属锰生产用电解槽的发展探讨

孟小杰

(全国锰业技术委员会，湖南 长沙 410006)



国内电解金属锰生产用电解槽的发展探讨

孟小杰

(全国锰业技术委员会，湖南 长沙 410006)

中国已发展成为电解锰最大的生产和需求国，机遇与挑战并存，在供给侧结构性改革的时代浪潮中，电解锰行业要不断的提高产品质量，优化电解效率，调整产品结构，这些都离不开设备的创新与发展。对电解金属锰生产用的主要设备进行了叙述，对电解槽的指标进行了对比，阐述了阳极板的应用历程，为电解槽的发展提供参考。

电解锰；电解槽；阳极板

0 前 言

20世纪60年代的上海冶炼厂是中国的第1代金属锰生产厂，是我国电解金属锰(以下简称：电解锰)工业开始的标志[1]。我国的电解锰工业的发展虽起步较晚，但发展很快，特别是上世纪90年代开始，国内的电解锰生产企业、产量和生产技术都有很大的提升。目前，中国已经发展成为世界上最大的电解锰生产国和需求国。

目前，电解锰行业面临着新的机遇与挑战，随着欧洲环保标准的提高，我国对高耗能行业的政策性限制以及锰矿石的日益短缺，电解锰企业要取得经济效益，就必须不断节能降耗，搞好环境保护，建设节能减排、低耗高效经济型的现代化生产企业。在电解锰行业改造升级的过程中，设备的更新和指标的优化至关重要。

1 电解槽简述

制备电解锰主要采用碳酸锰粉与无机酸反应制得锰盐溶液，加铵盐作缓冲剂，用加氧化剂氧化中和的方法除铁，加硫化剂除重金属，经过“沉降—过滤—深度净化—过滤”过程得到纯净的硫酸锰溶液，加入添加剂后，作为电解液进入电解槽电解。

电解锰生产用设备主要有浸出槽、压滤泵、矿浆压滤机、硫化槽以及电解槽等。金属锰电解是个高能耗的过程，其中约95%的电耗集中在电解槽上，电解槽的选择与设计直接决定了电解锰能耗的高低，所以提高电流效率是生产实践中最为关键的问题。其关键设备——电解槽的结构见图1[2]。

1 阴极室；2 电解槽体；3 阳极液管；4 阳极室；5 木架；6 泡沫多孔橡胶板；7 底方；8 隔膜框；9 不锈钢螺栓

2 电解关键设备对比

2.1 电解槽

电解效率的高低直接关系到金属锰的产量、品质和企业的经济效益。在生产过程中，电流效率和单位电耗为主要的衡量标准，他们主要与槽电压有关，影响槽电压变化的主要因素有电解液电阻电压、极板电压降，所以槽电压主要受电解过程中阴、阳极极板、电解液浓度、电流密度、温度等因素影响。

提高电流效率可考虑将电解槽槽体加大，极板增多，极板面积增大，电流密度适当减小。适当缩小电解槽的同名极距，可降低电解槽的内阻，减小电损耗。电解锰最初始所采用的同名极距是100 mm，当时的直流电耗为8 500～10 000 kW·h/t，现在所采用的同名极距在70～80 mm之内，直流电耗有效地控制在6 200 kW·h/t以内，好的厂家还达到了5 600 kW·h/t这个水平[3]。目前正在研制新型电解槽隔膜系统组合体，产品为复合工程塑料材质，具有耐腐蚀、强度高、输长等优点，同时降低了劳动强度，不返酸，无需使用氨水。电解槽控制指标对比见表1。

表1 新旧电解槽设备的控制指标对比

最佳阴极电流密度为350～420 A/m2，提高阳极电流密度可减少MnO2的沉积，提高阳极电流效率，通常阳极电流密度确定为阴极电流密度的1.7～2倍。

若阴极液中的Mn2+浓度过高，容易产生Mn(OH)2沉淀；若Mn2+浓度过低，则会由于严重的浓差极化作用而降低电流效率。生产中Mn2+浓度以15～20 g/L为宜，当pH值、温度较低时，Mn2+浓度可高一些；当pH值、温度较高时，Mn2+浓度可低一些。

若阴极液的pH值过低，不利于抑制析氢反应，导致阴极电积锰的电流效率降低；若pH值过高，将导致Mn(OH)2沉淀，降低析氢过电位，降低电流效率，或使电解过程无法进行。工业生产中一般控制pH值在7.0～8.4的范围内。

若电解温度过高，则析氢过电位变小，导致H2析出，pH迅速上升，Mn(OH)2沉淀大量生成；若温度过低，则离子迁移困难，隔膜袋易被结晶堵塞，导致阴极液pH升高，Mn(OH)2结晶沉淀。电解温度以控制在35～40℃为宜。

2.2 阳极板

电解锰工业初期，都以釆用石墨作为阳极板，因为导电和导热性能好，具有较好的耐蚀性；易加工成不同形状，价格便宜，所以广泛应用于电化学工业。但是其在电解中容易膨胀、脱落，而且pH值较低的阳极液对石墨电极的阳极腐烛性较大，因而逐渐被淘汰。

铅和铅基合金电极容易成形，在硫酸电解液中操作稳定，价格便宜，逐渐替代石墨电极而得到应用。但铅重量大、强度低，容易变形，同时导电性能不佳，电耗高，电流效率较低，而且引入了杂质铅，降低了阳极产物质量。

钛板的导电性良好，强度较大，耐腐蚀性强，同时质量比铅板要小得多，所以被广泛应用于电解行业中，特别是酸性溶液的电解。在电解锰中若采用纯钛板作为阳极，虽可以避免引入杂质，但纯钛板在低温下很易钝化，电极板导电性变差，槽电压升高，导致电流效率降低、能耗增大。可对其表面进行预处理和活化。有研究表明：与铅合金阳极相比，同等实验条件下，使用Ti/SnO2/MnO2复合阳极的槽电压和能耗低、电流效率高，电流效率达到82.93%，单位能耗为6 500 kW·h/t[4]。

3 结 语

目前，全球都处于供给侧结构性改革的时代浪潮中，低端产品向高端产品延伸的过程中，机遇与挑战并存。时代对电解锰行业提出了提高产品质量，优化电解效率，调整产品结构的要求，但这些都离不开设备的创新与发展。加强对工艺流程的管控，加大对电解槽、阳极板等关键设备部件的研发力度，为电解锰行业的转型创造条件。

[1] 谭柱中, 梅光贵, 李维健, 等. 锰冶金学[M]. 长沙: 中南大学出版社, 2004.

[2] 曾湘波. 国外电解金属锰的生产概况[J].中国锰业, 2000, 18(2): 7-11.

[3] 詹锡松. 电解金属锰电解槽节能技术的探讨[J]. 中国锰业, 2008, 26(4): 48-50.

[4] 杨文翠. 锰电解沉积工艺及新型阳极研究[D]. 长沙: 中南大学, 2013.

The Development of Electrolytic Cell of Domestic EMM Production

MENG Xiaojie

(TheNationalCommetteeofManganeseIndustryTechnology,Changsha,Hunan410006,China)

China has become the biggest production and demand country of EMM, both opportunities and challenges are exist. In the supply side of structural reform era, the industry needs to improve product quality continuously, optimize the electrolytic efficiency, adjust products’ structure, which are inseparable from the innovation and development of the equipment. The main equipments which are used in EMM product are described in this article. The index of electrolytic cell are compared, and the application of the anode plate are expound. That can provide reference for the development of the electrolytic cell.

EMM; Electrolytic cell; Anode plate

2016-10-28

孟小杰(1984-)，男，湖南南县人，中级工程师，研究方向：锰行业市场状况与发展现状，手机：18942557041，E-mail：family_mxj@163.com.

TF111.5

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.05.028