在氯盐介质中同时电解铅和二氧化锰的研究

论文摘要

从氯化铅水溶液中电解提取铅和从氯化锰水溶液中电解提取二氧化锰是湿法冶金的两个研究热点。为了实现电解槽的阳极上不析出氯气的铅电解过程,本文首次研究了从氯化铅和氯化锰混合溶液中同时电解铅和二氧化锰的过程。这种铅和二氧化锰同时电解过程不仅能避免氯气在阳极上析出,而且还能同时得到两种电解产品,并导致电解过程电能消耗的降低。本研究首先开展了从氯化铅溶液中电解提取铅和从氯化锰溶液中电解提取二氧化锰两组单独电解试验,然后进行了在氯盐介质中铅和二氧化锰同时电解的试验工作。铅和二氧化锰同时电解包括两种方法：电解槽中阴、阳极之间有隔膜和没有隔膜两种电解。试验结果表明,铅和二氧化锰同时电解,特别是有隔膜的同时电解过程是可行的。无隔膜同时电解的最佳工艺条件概括如下：电解液中Pb2+和Mn2+浓度分别为15g/L和50g/L,电解液中HCl和NaCl浓度分别为4g/L和2mol/L,电解液温度为90℃,电流密度为80A/m2。在最佳工艺条件下电解2h的阴、阳极的电流效率分别为98%和92%,电极上产生的铅和二氧化锰的重量之比为2.61：1,平均槽电压为1.667V,产生2.61kg铅和1kg二氧化锰的直流电消耗为1.131kWh,与铅和二氧化锰单独电解相比,电能节省55.47%。阳极产物为γ-MnO2,产物中二氧化锰的含量大于91%。有隔膜同时电解的最佳工艺条件被确定为：隔膜材质为涤棉布,阳极液面比阴极液面高20mm,阴极液中Pb2+和NaCl浓度分别为25g/L和4.5mol/L,阳极液中Mn2+和HCl浓度分别为50g/L和8g/L。在最佳工艺条件下电解2h,阴、阳极电流效率均达到99%,电解5h的阴、阳极电流效率分别达到96%和99%,平均槽电压为1.701V,电极上得到的铅和二氧化锰的重量之比为2.39：1,产生2.39kg铅和1kg二氧化锰的直流电耗为1.056kWh,与铅和二氧化锰单独电解相比,节省电能56.58%。阳极产物为γ-MnO2,二氧化锰含量达92%以上。虽然基于试验结果,无隔膜和有隔膜两种电解方法都是可行的,但无隔膜电解过程的阳极电流效率只达92%。这表明,必然有一些氯气从阳极上析出。因此,有隔膜电解过程是在氯盐介质中电解提取铅和二氧化锰的最佳工艺方案。扩大试验结果与小型试验结果基本相同。根据本研究的结果,本文的第五章给出了从铅精矿和碳酸锰矿提取铅和二氧化锰的推荐原则工艺流程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 本研究的背景和目的意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究的目的意义
• 1.2 本研究的思路
• 1.2.1 研究的重点
• 1.2.2 试验方案
• 1.2.3 试验方案的可行性分析
• 1.3 本研究的主要工作内容
• 第二章 湿法炼铅和电解二氧化锰研究综述
• 2.1 湿法炼铅研究进展
• 2.1.1 概述
• 2.1.2 硫化铅精矿的直接电解
• 2.1.3 硫化铅精矿氧化浸出
• 2.1.3.1 铅精矿氧化浸出的方法
• 2.1.3.2 铅精矿的三氯化铅浸出
• 2.1.3.3 铅精矿的其他浸出方法
• 2.1.4 从浸出产物中提取和回收铅
• 2.1.4.1 由氯化铅提取和回收铅
• 2.1.4.2 由硼氟酸铅溶液电解提取铅
• 2.1.4.3 由硅氟酸铅溶液电解提取铅
• 2.1.4.4 由碳酸铅回收铅
• 2.2 电解二氧化锰研究进展
• 2.2.1 概述
• 4溶液电解工艺过程最佳化的研究'>2.2.2 MnSO₄溶液电解工艺过程最佳化的研究
• 2.2.2.1 工艺条件对电解过程的影响
• 2.2.2.2 新型阳极材料的开发利用
• 2.2.2.3 电解后的产品处理
• 2.2.2.4 电解二氧化锰的掺杂改性
• 2.2.3 电解二氧化锰新体系的研究
• 2—HCl溶液体系电解'>2.2.3.1 MnCl₂—HCl溶液体系电解
• 3—HNO₃溶液体系电解'>2.2.3.2 MnNO₃—HNO₃溶液体系电解
• 2.2.3.3 其他新的电解体系
• 2.2.4 金属和二氧化锰同时电解的研究
• 2.2.4.1 研究的目的和意义
• 2.2.4.2 锌和二氧化锰同时电解
• 2.2.4.3 其他金属和二氧化锰同时电解
• 2.2.4.4 氯盐介质中的金属和二氧化锰同时电解
• 第三章 从氯化锰溶液中电解提取二氧化锰
• 3.1 引言
• 3.2 基本原理
• 3.2.1 电解体系的热力学分析
• 3.2.2 氯化锰溶液电解过程的电极反应
• 3.2.3 电极过程的机理
• 3.2.3.1 阳极过程
• 3.2.3.2 阴极过程
• 3.3 试验及试验方法
• 3.3.1 试验用化学试剂
• 3.3.2 试验装置
• 3.3.3 试验用仪器设备
• 3.3.4 试验方法
• 3.3.5 数据处理
• 3.4 试验结果及讨论
• 3.4.1 温度对电解的影响
• 3.4.2 电流密度对电解的影响
• 3.4.3 盐酸浓度对电解的影响
• 3.4.4 锰离子浓度对电解的影响
• 3.4.5 验证试验
• 3.4.6 对EMD产品的分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 从氯化铅水溶液中电解提取铅
• 4.1 引言
• 4.2 基本原理
• 4.2.1 氯化铅的溶解度
• 4.2.2 溶液中各级铅氯络离子的分布
• 4.2.3 铅氯络离子的标准电极电位
• 4.2.4 氯化铅水溶液电解过程的阴、阳极反应
• 4.3 试验和试验方法
• 4.3.1 试验用原料及试剂
• 4.3.2 试验用仪器及设备
• 4.3.3 试验装置及方法
• 4.4 试验结果与讨论
• 4.4.1 以钛板作阴极的电解试验
• 4.4.2 以不锈钢板和铅板作阴极的电解试验
• 4.4.2.1 阴极电流密度对电解的影响
• 4.4.2.2 温度对电解的影响
• 4.4.2.3 铅浓度对电解的影响
• 4.4.2.4 盐酸浓度对电解的影响
• 4.4.2.5 添加剂对电解的影响
• 4.4.2.6 时间对电解的影响
• 4.4.3 验证试验
• 4.5 本章小结
• 第五章 在氯盐介质中同时电解铅和二氧化锰
• 5.1 引言
• 5.2 基本原理
• 5.2.1 无隔膜电解
• 5.2.1.1 阳极过程
• 5.2.1.2 阴极过程
• 5.2.2 有隔膜电解
• 5.3 试验
• 5.3.1 试验用试剂和辅助材料
• 5.3.2 试验用仪器及设备
• 5.3.3 试验装置及过程
• 5.3.4 试验数据处理及产品检测
• 5.3.4.1 数据处理
• 5.3.4.2 产物分析检测
• 5.4 试验结果与讨论
• 5.4.1 无隔膜电解
• 5.4.1.1 铅浓度对电解的影响
• 5.4.1.2 氯化钠浓度对电解的影响
• 5.4.1.3 盐酸浓度对电解的影响
• 5.4.1.4 温度对电解的影响
• 5.4.1.5 电流密度对电解的影响
• 5.4.2 有隔膜电解
• 5.4.2.1 隔膜袋材质的选择
• 5.4.2.2 温度对电解的影响
• 5.4.2.3 盐酸浓度对电解的影响
• 5.4.2.4 铅浓度对电解的影响
• 5.4.2.5 氯化钠浓度对电解的影响
• 5.4.2.6 添加剂对电解的影响
• 5.4.2.7 时间对电解的影响
• 5.4.3 无隔膜电解与有隔膜电解试验结果的比较
• 5.5 有隔膜同时电解扩大试验研究
• 5.5.1 扩大试验所用原料
• 5.5.2 扩大试验装置
• 5.5.3 扩大试验及结果
• 5.5.4 推荐的金属铅和二氧化锰同时电解原则流程
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历
• 攻读博士学位期间发表的论文