随着钢铁工业的发展,我国对锰资源的需求量逐年增大,在锰矿开采和电解制备过程中,受到现有工艺的制约常常会产生大量高浓度含锰废液。目前我国大多数电解锰企业对电解废液中锰离子的处理是以锰渣形式析出,不仅容易造成二次污染还严重浪费锰资源。因此对高浓度电解废液的处理和资源化回收利用成为锰生产行业亟待解决的问题。本研究基于离子膜电解法高效率、低能耗、经济环保等特点,将现有的单膜电解法进行改进,提出一种双膜三室同槽电解工艺。该工艺在处理高浓度含锰废液的同时回收金属锰和微粒电解二氧化锰两种锰产品,实现对锰资源的高效回收利用,同时通过中隔室两侧离子交换膜的选择透过性回收硫酸,回收的硫酸用于前期锰矿酸浸过程,减少废酸对环境造成的污染。实验分为三部分,第一部分通过单因素控制实验选用均相离子交换膜（TRJM-10W）和钛基二氧化铅涂层阳极作为最佳实验材料,并确定Mn2+浓度、电流密度、温度、极间距、阴极液（NH4）2SO4浓度、阳极液H2SO4浓度、中隔室初始H2SO4浓度等因素对电沉积效果的影响,结合多因素正交探究各因素对电流效率、酸回收率的影响程度,综合电流效率、能耗、酸回收率和产品质量等指标确定最佳工艺参数。实验结果表明:电流密度和Mn2+浓度是对两极电流效率影响程度最显著的两个因素,温度变化对阳极电流效率的影响程度比阴极更大,故双膜三室同槽电解工艺中的电解温度应尽可能满足阳极电解条件。阳极液H2SO4浓度和阴极液（NH4）2SO4浓度是影响中隔室硫酸富集的主要因素,合理控制阳极液H+浓度能够有效提高酸回收率。经实验分析,确定双膜三室同槽电解金属锰和二氧化锰的最优工艺条件为:阴极Mn2+浓度40 g/L、（NH4）2SO4浓度110g/L、电流密度400 A/m²;阳极Mn²⁺浓度40g/L、H₂SO₄浓度2.5mol/L、电流密度800A/m²;中隔室为初始浓度0.5%稀硫酸;极间距为90mm;电解温度为45℃。在最佳电解条件下阴极电流效率可达77.53%,阳极电流效率可达84.87%,酸回收率达到63.2%,阴极能耗为6725.28kW·h/t,阳极能耗为3883.91kW·h/t,槽电压为5.35V。得到的阴极产物宏观表面光滑平整、有明亮的银白色金属光泽,边缘处枝晶较少;微观表面沉积层致密,晶粒之间衔接紧密,呈金字塔状和层状堆积。阳极产物微粒电解二氧化锰晶型为α型,纯度较高,颗粒细小,粒径分布均匀,具有较规则晶体形貌。第二部分通过监测最佳控制参数下双膜三室电解槽中各隔室离子浓度变化情况,探究电解过程中离子迁移过程和反应机理。通过实验发现:双膜三室电解过程中阴极室与中隔室之间主要依靠SO4^2-迁移进行导电,阳极室和中隔室之间依靠H+迁移导电。阴极室内Mn2+浓度的降低主要是由于发生电化学还原反应以单质金属锰形态析出,微量Mn2+在浓差压力下泄露进入中隔室,同时发生水电解副反应,水电解生成的OH-会造成阴极液pH升高,随着阴极室和中隔室之间的H+扩散作用逐渐明显,阴极液pH在电解后期趋于稳定,SO4^2-则在电场力作用下向中隔室迁移;中隔室内的Mn2+来源于阴、阳极室中的Mn2+在浓差扩散和电场力作用下泄露进入,浓度随着电解时间的延长逐渐升高,但增幅较小,在可接受范围内,中隔室内H+从阳极室迁移进入,来源包括阳极室内初始阳极液自带H+和水电解产生的H+,进入中隔室的H+与阴极室迁移过来的SO4^2-结合生成H2SO4实现了硫酸的富集;阳极液内Mn2+浓度急剧减少主要是因为发生电化学氧化反应,微粒电解二氧化锰的沉积分为阳极反应和颗粒形成两个步骤,大部分Mn2+首先在电极表面氧化成Mn3+,Mn3+再在酸性阳极液内歧化生成微粒电解二氧化锰,随着电解反应的进行阳极室内H+浓度逐渐降低是因为H+向中隔室产生了迁移。第三部分通过将双膜三室同槽电解工艺与传统无膜电解工艺在实际工业电解中的能耗和产物效益情况进行对比,初步分析了双膜三室电解工艺的经济效益。双膜三室电解工艺受到膜电阻和极间距的影响,与传统无膜电解工艺相比吨锰产品的电能消耗增多,电解成本增加。但结合产物效益分析,增加的产品收益远大于成本增量。双膜三室电解工艺总体经济效益较好,具有良好的经济性与实用性。论文通过对大量实验数据进行分析论证,验证了双膜三室电解工艺对锰资源高效回收的可行性。与无膜电解和单膜电解相比,双膜三室电解工艺能有效提高生产效率,降低能耗,同时回收的硫酸减少了废酸造成的酸污染,缓解环境压力,是集节能、环保、经济三重效益为一体的电解工艺。目前对于双膜三室电解工艺回收锰的研究尚在初步探索阶段,未来可通过开发新型材料、改进装置结构等方式,使该工艺在锰生产行业得到规模化应用,推动膜电解工艺的技术革新。