CN102925707A - 一种基于电渗析技术的锰回收方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于电渗析技术的锰回收方法，包括以下步骤：（1）提取：将电解锰渣在转速为200～500转/分钟的搅拌条件下用20～85℃水提取三次，每次提取时间为20～40分钟，第一次渣与水的质量比为1：0.5～1：2，第二次渣与水的质量比为1：0.5～1：1，第三次渣与水的质量比为1：1～1：2；（2）过滤：将提取所得的提取液经过过滤，得滤液和滤渣；（3）净化：将步骤（2）过滤所得的滤液经微滤膜或超滤膜过滤得净化提取液；（4）、电渗析浓缩：将步骤（3）净化所得的净化提取液经过电渗析浓缩，得二价锰离子浓度为38～42g/L的硫酸锰电解液。本发明不仅可以从生产电解锰的废渣中回收锰，而且也特别适合将低品位的锰矿中的锰进行富集，生产锰产品。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于电渗析技术的锰回收方法，特别是一种从电解锰废渣中的提取硫酸锰溶液，经过电渗析浓缩回收硫酸锰的方法，属于循环经济领域。
背景技术
锰及锰合金是钢铁工业、铝合金工业、磁性材料工业、化学工业等不可缺少的重要原料之一， 锰是冶炼工业中不可缺少的添加剂。金属锰的生产方法有两种。一种是采用电解法，所得产品为电解金属锰；另一种是以富锰矿及高硅锰硅合金为原料，用电炉脱硅精炼法生产，产品称金属锰。
电解锰加工成粉状后是生产四氧化三锰的主要原料，电子工业广泛使用的磁性材料原件就是用四氧化三锰生产的，电子工业、冶金工业和航空航天工业都需要电解金属锰。随着科学技术的不断发展和生产力水平的不断提高，电解金属锰由于它的高纯度、低杂质特点，现已成功而广泛地运用于钢铁冶炼、有色冶金、电子技术、化学工业、环境保护、食品卫生、电焊条业、航天工业等各个领域。电解锰的纯度很高，它的作用是增加合金属材料的硬度，应用最广的有锰铜合金、锰铝合金，锰在这些合金中能提高合金的强度、韧性、耐磨性和耐腐蚀性，电解锰主要供应于不锈钢的生产。
目前，我国电解金属锰生产主要以99.7％的产品为主，只有少数几个厂家生产99.9％的产品（因99.9％的产品市场需求量较小），主要原材料－锰矿为氧化锰矿和碳酸锰矿两大类，除前工序制液方式不尽相同外，电解生产工艺基本相同。
电解金属锰生产工艺常以含锰较低（Mn10％～16％）的碳酸锰矿为原料，经破碎、磨细成矿粉，加入浸取罐中，加入硫酸、使矿粉中碳酸锰与硫酸反应，生成硫酸锰溶液，经过滤得浸提液和电解锰废渣。往浸提液加入适量缓冲剂硫酸铵，并在酸性矿浆中加入二氧化锰粉除铁，再通入液氨或加入石灰乳使矿浆成中性（pH≈7），固液分离去除残渣，往滤液中加入硫化剂（二甲基胺荒酸钠，（CH3）2NCS2Na，简称SDD）或乙硫氮净化，使镍、钴、铁等离子成硫化物形态沉淀析出，经第二次固液分离除去硫化渣，加入添加剂（SeO2或SO2），即得合格电解液。电解时，合格电解液连续不断地加入电解槽，电解至一定时间（一般为24h），取出附有电沉积锰的阴极板（同时放入干净的阴极板，使电解连续进行），经钝化、水洗、烘干后，将金属锰剥下，即为成品。 在生产电解锰的过程中，制备电解液要产生大量的电解锰废渣，废渣中含有约4%的二价锰。长期以来，电解锰废渣多采用直接填埋或堆放处理，废渣中渗出的含有二价锰的液体浸入地下水或流域，不仅导致水污染，而且导致大量锰资源的浪费。电解锰废渣利用的技术已有不少，但集中在锰矿渣利用制备建材方面。近年，有从电解锰废渣回收锰的探索，如将电解锰废渣加水提取，经过滤和净化后，加入碳酸钠生产高纯碳酸锰的锰回收方法。但是，这种锰的回收方法需要消耗大量的碳酸钠，成本较高，经济上不够合算。因此，目前还没有一种经济合理的锰回收利用方法。
发明目的
本发明的目的在于针对当前还没有一种经济适用的锰回收利用方法，提供一种从电解锰废渣中回收锰的经济适用，回收率高的锰回收利用方法，既解决锰污染环境问题，又提高锰资源的利用效率。
本发明是通过如下步骤实现的：
（1）、提取：将电解锰渣在转速为200～500转/分钟的搅拌条件下用20～85℃水提取三次，每次提取时间为20～40分钟，第一次电解锰渣与水的质量比为1：0.5～1：2，第二次电解锰渣与水的质量比为1：0.5～1：1，第三次电解锰渣与水的质量比为1：1～1：2；
（2）、过滤：将提取所得的提取液经过过滤，得滤液和滤渣；
（3）、净化：将步骤（2）过滤所得的滤液经微滤膜或超滤膜过滤得净化提取液；
（4）、浓缩：将步骤（3）净化所得的净化提取液经过电渗析浓缩，得二价锰离子浓度为38～42g/L的硫酸锰电解液。
步骤（1）所述的提取，为了提高提取液中锰离子浓度，节约水资源和降低浓缩成本，提高效率，以第三次提取所得的提取液和经过步骤（4）浓缩装置分离所得的透析液作为第一次提取的溶剂。
步骤（2）所述的过滤是将步骤（1）提取所得的提取液过滤；过滤为滤袋过滤、压滤过滤或离心过滤的一种。
步骤（2）所述离心过滤的转速为800～5000转/分钟，最佳转速为1200～2000转/分钟，温度为常温。
步骤（2）所述压滤的工作压力为：0.5～6kg/m2。
步骤（3）所述的净化所述的微滤膜过滤的膜组件为平板、管式或卷式的一种，孔径为0.1～0.2微米的微滤膜。
步骤（3）所述的净化所述的超滤膜过滤的膜组件为平板、管式或卷式的一种，超滤膜的膜材料的截留分子量为1000～2000MWCO，进压为3.0～12.0bar，出压2.0～11.0 bar，压差1.0～2.0 bar，温度为20～45℃。
步骤（4）所述浓缩是将骤（3）净化所得锰提取液经过电渗析分离成透析液和浓缩液，使浓缩液中硫酸锰浓度达到二价锰离子浓度为38～42g/L的硫酸锰电解液；电渗析的工作条件是操作电压0.5～3.0㎏/㎝2，操作电压50～250V，电流强度1～3A。
本发明提供了一种经济实用的锰回收方法，不仅可以从生产电解锰的废渣中回收锰，而且也特别适合将低品位的锰矿中的锰进行富集，生产锰产品，与现有技术比较，具有如下优点：
1、实现了从锰废渣中回收锰，变废为宝，既回收利用了锰资源，又减少电解锰的废渣对环境的污染；
2、克服了加入碳酸钠生产高纯碳酸锰的锰回收方法成本较高，经济上不够合算的缺点；
3、生产工艺简单，成本低，锰浓缩液可以直接作为电解锰生产的电解液。
附图说明
图1 为本发明所述一种基于电渗析技术的锰回收方法的生产工艺流程框图。
具体实施方式
本发明是对现有电解锰废渣中的化学成份、化学性质和从电解锰废渣中回收锰的方法进行深入系统研究后完成的一种从电解锰废渣中回收锰的生产工艺设计，它将锰离子提取、净化和膜浓缩有机组合，从而形成一种从电解锰废渣中回收锰的生产方法。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
参见附图1，本发明所述的一种从电解锰废渣中回收锰的实施例。
实施例1
采用电渗析技术从某电解锰废渣回收锰，其硫酸锰的回收步骤如下：
步骤（1）提取：①、第一次提取：将电解锰废渣经过传送带输送到提取罐中，加入20℃的水，渣与水的质量比为1：1，开动搅拌机，转速为500转/分钟，提取40分钟，关闭搅拌机；②第二次提取：往第一次提取过滤后的提取罐加入20℃的水，渣与水的质量比为1：0.5，开动搅拌机，转速为500转/分钟，提取40分钟，关闭搅拌机；③第三次提取：往第二次提取过滤后的提取罐加入20℃的水，渣与水的质量比为1：2，开动搅拌机，转速为500转/分钟，提取40分钟，关闭搅拌机。
步骤（2）过滤：将第一次提取和第二次提取所得的提取液经过板框压滤，工作压力为0.5～6kg/m2，滤液合并贮存在滤液贮罐中，测得提取液锰离子浓度为3135mg/L；将第三次提取所得的提取液经过板框压滤，滤液贮存在提取溶剂贮罐中，作为下次提取用的水。
步骤（3）净化：将步骤（2）过滤贮存在滤液贮罐中所得的提取滤液经过微滤膜过滤系统净化，即得净化提取液；所述的微滤膜过滤的膜组件为平板、管式或卷式的一种，孔径为0.1～0.2微米的微滤膜。
步骤（4）浓缩：所述浓缩是将骤（3）净化所得锰提取液经过电渗析分离成透析液和浓缩液，使浓缩液中硫酸锰浓度达到二价锰离子浓度为38～42g/L的硫酸锰电解液，透析液则通过管道回流至溶剂贮罐中，作为下次提取用的水；电渗析的工作条件是操作电压0.5～3.0㎏/㎝2，操作电压50～250V，电流强度1～3A。
实施例2
采用电渗析技术从某电解锰废渣回收锰，其硫酸锰的回收步骤如下：
步骤（1）提取：①、第一次提取：将电解锰废渣经过传送带输送到提取罐中，加入85℃的水，渣与水的质量比为1：2，开动搅拌机，转速为200转/分钟，提取20分钟，关闭搅拌机；②第二次提取：往第一次提取过滤后的提取罐加入85℃的水，渣与水的质量比为1：1，开动搅拌机，转速为200转/分钟，提取20分钟，关闭搅拌机；③第三次提取：往第二次提取过滤后的提取罐加入85℃的水，渣与水的质量比为1：1，开动搅拌机，转速为200转/分钟，提取40分钟，关闭搅拌机。
步骤（2）过滤：将第一次提取和第二次提取所得的提取液经过带式压滤机压滤，工作压力为0.5～6kg/m2，滤液合并贮存在滤液贮罐中，测得提取液锰离子浓度为2964mg/L；将第三次提取所得的提取液经过带式压滤机压滤，滤液贮存在提取溶剂贮罐中，作为下次提取用的水。
步骤（3）净化：将步骤（2）过滤贮存在滤液贮罐中所得的提取滤液经过超滤膜过滤系统净化，即得净化提取液；所述的超滤膜过滤的膜组件为平板、管式或卷式的一种，超滤膜的膜材料的截留分子量为1000～2000MWCO，进压为3.0～12.0bar，出压2.0～11.0 bar，压差1.0～2.0 bar，温度为20～45℃。
步骤（4）浓缩：所述浓缩是将骤（3）净化所得锰提取液经过电渗析分离成透析液和浓缩液，使浓缩液中硫酸锰浓度达到二价锰离子浓度为38～42g/L的硫酸锰电解液，透析液则通过管道回流至溶剂贮罐中，作为下次提取用的水；电渗析的工作条件是操作电压0.5～3.0㎏/㎝2，操作电压50～250V，电流强度1～3A。
实施例3
采用电渗析技术从某电解锰废渣回收锰，其硫酸锰的回收步骤如下：
步骤（1）提取：与实施例1或实施例1相同。
步骤（2）过滤：将提取所得的提取液经过过滤，得滤液和滤渣；所述的过滤是将步骤（1）提取所得的提取液；所述过滤为离心过滤，离心过滤的转速为800～5000转/分钟，最佳转速为1200～2000转/分钟，温度为常温。
步骤（3）净化：与实施例1或实施例1相同。
步骤（4）浓缩：所述浓缩是将骤（3）净化所得锰提取液经过电渗析分离成透析液和浓缩液，使浓缩液中硫酸锰浓度达到二价锰离子浓度为38～42g/L的硫酸锰电解液，透析液则通过管道回流至溶剂贮罐中，作为下次提取用的水；电渗析的工作条件是操作电压0.5～3.0㎏/㎝2，操作电压50～250V，电流强度1～3A。
Claims (7)
1.一种基于电渗析技术的锰回收方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
（1） 提取：将电解锰渣在转速为200～500转/分钟的搅拌条件下用20～85℃水提取三次，每次提取时间为20～40分钟，第一次渣与水的质量比为1：0.5～1：2，第二次渣与水的质量比为1：0.5～1：1，第三次渣与水的质量比为1：1～1：2；
（2）过滤：将提取所得的提取液经过过滤，得滤液和滤渣；
（3）净化：将步骤（2）过滤所得的滤液经微滤膜或超滤膜过滤得净化提取液；
（4）、电渗析浓缩：将步骤（3）净化所得的净化提取液经过电渗析浓缩，得二价锰离子浓度为38～42g/L的硫酸锰电解液。
2.根据权利要求1所述的一种基于电渗析技术的锰回收方法，其特征在于步骤（1）所述的提取是以第三次提取所得的提取液和经过步骤（4）浓缩装置分离所得的透析液作为第一次提取的溶剂。
3.根据权利要求1所述的一种基于电渗析技术的锰回收方法，其特征在于步骤（2）所述的过滤是将步骤（1）提取所得的提取液过滤；过滤为滤袋过滤、压滤过滤或离心过滤的一种。
4.根据权利要求1或3所述的一种基于电渗析技术的锰回收方法，其特征在于步骤（2）所述离心过滤的转速为800～5000转/分钟，最佳转速为1200～2000转/分钟。
5.根据权利要求1所述的一种基于电渗析技术的锰回收方法，其特征在于步骤（3）所述的净化所述的微滤膜过滤的膜组件为平板、管式或卷式的一种，孔径为0.1～0.2微米的微滤膜。
6.根据权利要求1所述的一种基于电渗析技术的锰回收方法，其特征在于步骤（3）净化所述的超滤膜过滤的膜组件为平板、管式或卷式的一种，超滤膜的膜材料的截留分子量为1000～2000MWCO，进压为3.0～12.0bar，出压2.0～11.0 bar，压差1.0～2.0 bar，温度为20～45℃。
7.根据权利要求1所述的一种基于电渗析技术的锰回收方法，其特征在于步骤（4）所述的电渗析浓缩是将骤（3）净化所得锰提取液经过电渗析分离成透析液和浓缩液，使浓缩液中硫酸锰浓度达到二价锰离子浓度为38～42g/L的硫酸锰电解液；电渗析的工作条件是操作电压0.5～3.0㎏/㎝2，操作电压50～250V，电流强度1～3A。
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| US4680098A (en) * | 1985-03-18 | 1987-07-14 | Amoco Corporation | Aqueous recovery of cobalt or cobalt and manganese from solution also containing oxygenated aromatic compounds |
| CN101914684A (zh) * | 2010-08-24 | 2010-12-15 | 湖南广义科技有限公司 | 一种锰冶金浸出渣无害化处理及综合利用方法 |
| CN101955282A (zh) * | 2010-10-18 | 2011-01-26 | 江苏省环境科学研究院 | 一种印染企业高含盐染色废水零排放的方法 |
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2012
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