含磷化合物对电解金属锰电化学振荡影响机制研究

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锰作为钢铁产业不可或缺的添加剂,在工业经济中占据重要战略地位。在我国已勘测的锰矿资源中,高磷锰矿占比49.6%以上。高磷锰矿中的磷在电解锰过程中会进入产品,影响电解能效和产品质量。针对高磷锰矿中磷带来的问题,众多国内外研究者从锰矿磁选、浮选等脱磷技术进行了研究,但对于锰矿中的磷如何影响电解锰生产过程的研究较少。本文主要针对高磷锰矿中磷酸盐对电解金属锰过程的影响开展实验研究,考察不同磷酸盐对恒压、恒流条件下的阳极电化学振荡行为的影响,同时研究不同磷酸盐在电解过程中对电解效率、能耗和阴阳极产物的影响,最后探究脉冲电解对高浓度H2PO4-体系电解锰电解效率和能耗的影响,尝试为高磷锰矿应用于电解过程提供新思路。本文研究内容主要包括以下几个方面:(1)研究了不同浓度H2PO4-对电解锰阳极电化学振荡和电解生产过程的影响。随着H2PO4-离子浓度增加,周期性电化学振荡现象单调减弱,电解锰电解效率降低、电解能耗逐渐增加,电解阴极产物脆而易碎易粉化。探究H2PO4-离子浓度对阴阳极产物的影响,发现在电解过程中H2PO4-转化为PO43-、P2O74-等离子,这些离子与溶液中游离的Mn2+离子发生反应得到Mn3(PO42、Mn2P2O7等。新产生的物质Mn3(PO42、Mn2P2O7聚集在电极周围,覆盖锰氧化物的表面,影响阳极周围的离子浓度,抑制MnO2的生成,从而抑制了电解锰过程中的周期性电化学振荡。(2)研究了不同浓度HPO32-对电解锰电解效率和电解能耗的影响。随着HPO32-离子浓度的增大,周期性电化学振荡现象出现波动,电解效率和能耗随HPO32-离子浓度变化呈现不规则变化趋势。分析HPO32-离子对电解产物的影响,发现电解过程中HPO32-转变成PO43-离子,生成Mn3(PO42、Mn3(PO43等物质聚集在电极附近,影响MnO2的生成,进而使阳极电化学振荡产生不规则变化。(3)研究了脉冲电解对高浓度H2PO4-体系电解锰电解效率和电解能耗的影响。在脉冲频率为1000 Hz、占空比为50%、脉冲平均电流密度为350 A/m2时脉冲电解效率最高,比直流电解的电解效率高2%、能耗降低216.066 KW·h。
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