高碳锰铁熔盐电解精炼制备纯净锰铁
发布时间：2020-10-19 13:24
高锰(10~30 wt%)高强度汽车用钢能够实现汽车轻量化并提高汽车安全性,其生产需要低成本、高纯度的锰作为合金元素。而目前国内外金属锰主要是通过电解法制备的,该方法制备金属锰的电流效率低、电解槽压高,致使电解生产金属锰的成本较高。另外,电解锰的原料Mn CO3矿资源的日益贫乏,也造成生产成本的大幅提高。因此,如何获得低成本的高纯锰或锰铁备受人们关注。本文介绍了几种常用的金属锰的制备方法并分析了各自的特点,在此基础上提出了熔盐电解精炼高碳锰铁制备纯净锰铁的方法。选取710℃的NaCl-KCl-MnCl_2熔盐体系,通过循环伏安法、方波伏安法、计时电位法研究了Mn~(2+)的电化学行为,并进行恒电压电解制备金属锰。然后,在Mn~(2+)电化学行为研究的基础上,以高碳锰铁为阳极、Mo为阴极、Ag/Ag Cl为参比电极,在710℃的NaCl-KCl熔盐体系中进行恒电压电解制备纯净锰铁。得到以下主要结论:(1)在710℃的NaCl-KCl-MnCl_2熔盐体系中,锰离子的电化学反应是扩散控速的准可逆过程,其还原过程为简单的一步反应且电子转移数为2。在以W为工作电极时,Mn~(2+)的扩散系数为3.99í10-5 cm2·s-1,扩散活化能为4.33í103J·mol-1;在以Mo为工作电极时,Mn~(2+)离子的扩散系数为6.54í10-5 cm2·s-1,扩散活化能为4.97í103 J·mol-1;通过恒电压电解在阴极上获得了金属锰。(2)在710℃的NaCl-KCl熔盐体系中,对高碳(6 wt%)锰铁进行电解精炼,通过恒电压电解获得了纯净锰铁,且阴极与阳极的电流效率分别为79%和93.5%;电解过程中,高碳锰铁中的杂质碳和硅仍留在阳极,维持阳极形状不变;对于圆柱形的高碳锰铁阳极,锰、铁是由外向内一层一层的溶解进入电解液的,且锰的溶解先于铁的溶解;最后,锰离子和铁离子在阴极沉积形成锰铁。
【学位单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TF642
【部分图文】：
学位论文 高碳锰铁熔盐电解精炼最主要的 20 种元素之一，其地壳丰度为 1.3 10-3， 12 位。锰元素在地壳内的总量约为 7.2 1018t，占存在于地幔中。壳中锰的丰度约为 7.8 10-4，同全球大陆地壳的锰0.71，因此我国大陆锰的地壳丰度相对于世界大陆锰的程度为 0.29。据相关统计，目前，我国锰矿资源的位置上的分布是极不均匀的，其地区含量的分布大致我国锰矿资源主要集中在广西、湖南、贵州、云南 4存量占全国总储存量的 77.6%，并且又以广西、湖南国锰矿石资源的开采以广西和湖南两地为主的局面[7
量 54.94 沸点(℃) 构 /β/γ 型 导热系数(W/cm·K) 构型 [Ar]3d54s2热膨胀系数( 10-4/K) 离能 716kJ/mol 7.435V 标准氢电极电位(V) (nm) 1.24( )1.26(β)1.366(γ) 电阻系数( 10-6Ω·cm) 27/cm3) 7.44 ( )7.29(β)7.11(γ) 结合能(kJ/mol) 锰的生产现状及其用途属锰生产现状金属锰的生产，目前最主流的是火法与湿法这两种方法。其中火法是铝还原法和硅还原法，湿法中是以电解法为主[13~21]。还原法原法又称铝热法，是利用铝的强还原性和自身反应过程中释放的化生产金属的方法，其生产工艺如图 1.2 所示。此法生产设备和工艺对原料要求高，且消耗较多的铝，产品纯度也不高，因此，目前很金属锰。
安徽工业大学硕士学位论文 绪 论5图 1.3 电解金属锰生产的工艺流程图1.3.2 金属锰的用途锰作为一种重要的工业原料，在现代社会中有广泛的用途。锰及其化合物大部分用在钢铁工业中，其余部分主要用在有色冶金、化工、轻工、电子材料、农牧等部门[22~26]。1. 锰在钢铁工业中的应用(1) 作脱氧剂。在炼钢过程中，为了提高钢的品质，需要向铁水中通入氧气以除去其中含有的杂质元素，但这也使钢水中氧含量增加，会严重影响钢的性能，因此，炼钢过程中必须脱去超标的氧。由于锰的化学性质较活泼，能够与氧气作用生成不溶氧化物，因此，在炼钢时加入金属锰，使其与钢液中过量的氧反应生成不溶于钢水的氧化物渣，漂浮在钢液上，能够降低钢水中氧含量，另外，相对于其他脱氧剂 (钙、铝等) 而言，锰的价格相对便宜，从而降低炼钢成本。(2) 作脱硫剂。钢铁中过量的硫会导致钢的热脆性，从而降低其机械性能，因此，炼钢过程中必须除去过量的硫。而锰能够与钢液中的硫作用生成难溶的MnS，MnS 沉入钢液中形成钢渣，从而达到除去钢中硫的目的。
【相似文献】
本文编号：2847262
【学位单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TF642
【部分图文】：
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量 54.94 沸点(℃) 构 /β/γ 型 导热系数(W/cm·K) 构型 [Ar]3d54s2热膨胀系数( 10-4/K) 离能 716kJ/mol 7.435V 标准氢电极电位(V) (nm) 1.24( )1.26(β)1.366(γ) 电阻系数( 10-6Ω·cm) 27/cm3) 7.44 ( )7.29(β)7.11(γ) 结合能(kJ/mol) 锰的生产现状及其用途属锰生产现状金属锰的生产，目前最主流的是火法与湿法这两种方法。其中火法是铝还原法和硅还原法，湿法中是以电解法为主[13~21]。还原法原法又称铝热法，是利用铝的强还原性和自身反应过程中释放的化生产金属的方法，其生产工艺如图 1.2 所示。此法生产设备和工艺对原料要求高，且消耗较多的铝，产品纯度也不高，因此，目前很金属锰。
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