CN105154918A - 一种节能降耗的电解锰生产*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能降耗的电解锰生产***，主要包括电解槽、平衡缓冲槽、换热器、连续结晶罐、水源热泵、烘箱、离心过滤机、压滤机、化浆桶、浸出桶，并由此构成：电解生产的主循环回路、提取锰渣的阴极液小循环回路、冷却槽液的阴极液冷却回路，实现锰渣可溶锰的高效回收、电解产生焦耳热的高效转换和充分利用。本发明大幅降低了电解生产的能耗物耗，效益显著，解决行业的节能减排将发挥重要作用。

Description

一种节能降耗的电解锰生产***

技术领域

本发明涉及湿法冶金电解金属生产***，特别涉及到一种节能降耗的电解金属锰生产***。

背景技术

传统的电解金属锰生产：电解液由阴极室经隔膜袋流入阳极室，在阳极室内产生阳极液汇入阳极假底后，再经一个隔离通道从电解槽上沿流出，阳极液进入浸出桶，添加硫酸浸出锰矿粉，浸出液经净化除杂过滤后，返回电解。电解过程中Mn²⁺在阴极室内阴极板上析出金属锰，并产生电热效应放出焦耳热，除了阳极液带走和槽面蒸发、槽体散热外，还有大量的热蓄积在槽内，《中国锰业技术》第二十章给出了按理论计算和生产工厂实测得出的数据：每析出1Kg金属锰需导出4.6×103KJ热量（夏天高温日值），由于传统槽内冷却导出热量存在的缺点：传热效率差，冷却水量大（每生产1吨产品需冷却水量200～250ｍ3，是电解液循环量的4～5倍），水份蒸发、吹风、渗漏等损失多(每生产一吨产品锰损耗1.5～2ｍ3冷却水)，槽内电解液杂质易积累，结垢快，影响电解效率和产品质量，诸多弊端，使众多厂家尝试槽外冷却，但至今尚未见到好的技术成果，早年有一项专利CN01111708.3（一种锰电解阴极液的冷却及镁的回收方法），也没有得到工业实施，存在以下缺点:①进槽液锰浓度低，进槽液温度相对较高，要同时满足槽内热的交换量和质（锰）的交换量，很难操作控制，而且阴极液循环量大，是电解液循量的3倍以上，耗能高；②靠阴极液自身蒸发散热，受环境温度制约，不易实现槽温的精确控制（41～43℃）；③结晶物会在蒸发塔内，溜槽和集液池内大量发生，清理麻烦。

我国的电解锰产量大，占全球的95%以上，耗用的锰矿石除了一部分进口外，剩余都是我国自有矿石，而我国的锰矿石品位低，随着大量开采，入化合桶锰粉的品位从原来的14～18%已降到10～13%（有的还经过磁选富集），制合格液的含锰浓度也从原来的含Mn²⁺36～38g/L下降到含Mn²⁺34～35g/L，合格液含Mn²⁺量低，将会增加吨产品锰的耗液量，从而增加电解用液的循环量，势必增大制液过程中的浸出、过滤的负荷和辅料耗用，有时会造成供液困难，生产不能正常进行，虽然众多厂家的生产线开工率不高，足够多的生产线可以应付生产，但生产成本高，至今还没有用含Mn²⁺34g/L以下的合格液生产而取得较好经济效益的厂家；若要低品位锰矿粉制高浓度液，锰渣带出锰量大，锰的收率下降，也没有经济效益，这都是低品位矿石的应用难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低能耗物耗、能适应低Mn²⁺的合格液生产电解锰的***。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：一种节能降耗的电解锰生产***，主要包括电解槽、平衡缓冲槽、换热器、连续结晶罐、水源热泵、烘箱、离心过滤机、压滤机、化浆桶、浸出桶，所述电解槽、平衡缓冲槽、阴极液泵、换热器、连续结晶罐通过管道依次相连成环，形成闭合回路；所述电解槽和平衡缓冲槽与化浆桶、砂浆泵、压滤机、富锰阴极液池通过管道依次相连成环，形成闭合回路；所述电解槽、阳极液池、阳极泵、加热盘管、浸出桶、砂浆泵、压滤机、合格液池通过管道依次相连成环，形成闭合回路；所述连续结晶罐、离心过滤机、泵通过管道依次相连成环，形成闭合回路；所述水罐、水泵、换热器、水源热泵通过管道依次相连成环，形成闭合回路，所述水源热泵有水源（热风）热泵和水源（热水）热泵，所述水源（热风）热泵和烘箱相连接，所述水源（热水）热泵和热水桶通过管道相连。

进一步，所述电解槽主要由槽体、阴极板、阳极板、隔膜袋、假底隔离板、阳极液溢流管、阴极液溢流管、接液管、假底隔离板组成，所述槽体内设置有多块阴极板和阳极板，所述阳极板套有隔膜袋，所述隔膜袋下口与假底隔离板连接，所述假底隔离板以上和隔膜袋以外区域为阴极室，所述隔膜袋内为阳极室，所述阳极室与假底室连通，所述假底室与阳极液溢流管连通，所述阳极液溢流管可调高度，并使阳极液从槽体上部溢流出，所述阴极室上部设置的阴极液溢流管高度可调，并使阴极液的溢流口高于阳极液的溢流口。

进一步，所述平衡缓冲槽由槽体、平衡连通管、出液管、溢流管、接液管组成，所述槽体上部设置的溢流管高度可调，所述溢流管与接液管连接，所述平衡连通管与电解槽阴极室连接，所述出液管与阴极液泵连接。

进一步，所述电解槽和平衡缓冲槽俩槽面保持同一水平，溢流口也保持同一水平。

进一步，所述换热器采用板式换热器或管式换热器。

进一步，所述加热盘管也可采用板式换热器或管式换热器。

本发明的有益效果：

1、将电解过程中的电热效应所产生的焦耳热用热泵装置转换成热风，既冷却了电解槽液又省去现有电热烘干用电成本，由于水源热泵的热效能可达4.5，水源热泵的装机功率低于电热管烘干装机功率，再加上新冷却***动力用电功率远低于现有水循环冷却***所用功率，综合计算每生产1吨电解锰省电120度以上。

2、冷却水存量大幅减少，只需原来的5%～10%，冷却水循环量只需原来的20%～25%，同时省去现有水循环过程中蒸发，吹风损耗，以每吨产品锰计减少1.5～2ｍ3补充新水，按电解锰行业清洁生产标准(HJ/T357-2007)，可以使吨产品耗鲜水量上升一个指标等级。

3、阴极液洗渣提浓后直接补充电解，省掉了主循环中阳极液浸出、除杂等长耗时环节，循环快，循环量少，当主循环中合格液含锰偏低时（含Mn²⁺32～34g/L），可以不增加主循环量，所增成本（阴极液循环置换成本）小于回收金属量所含价值，仍有经济效益；当主循环合格液浓度正常值时（含Mn²⁺34～38g/L），可减少主循环用液量，耗用减少，则能获得较高的经济效益。

4、电解槽浓度调节和温度调节相对独立，槽温易控制，槽内浓度均匀，钙镁铵盐结晶及杂质集中，易处理，清槽周期延长，产品质量好，浸出效率提高，综合效益好。

5、由于槽外集中冷却和配液，结合本发明人申请专利201510541317.0中的单元大槽和连续自动烘干装置，将发挥更大效益。

附图说明

图1是本发明的设备连接示意图。

图2是本发明的电解槽和平衡缓冲槽结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案，

如图1所示，本发明提供的这种节能降耗的电解锰生产***，主要包括电解槽1、平衡缓冲槽2、换热器4、连续结晶罐5、水源热泵8、10、烘箱9、离心过滤机13、压滤机18、19、化浆桶17、浸出桶14，所述电解槽1、平衡缓冲槽2、阴极液泵3、换热器4、连续结晶罐5通过管道依次相连成环，形成闭合回路；所述电解槽1和平衡缓冲槽2与化浆桶16、砂浆泵17、压滤机18、富锰阴极液池21通过管道依次相连成环，形成闭合回路；所述电解槽1、阳极液池22、阳极泵23、加热盘管11、浸出桶14、砂浆泵15、压滤机19、合格液池20通过管道依次相连成环，形成闭合回路；所述连续结晶罐5、离心过滤机13、泵24通过管道依次相连成环，形成闭合回路；所述水罐6、水泵7、换热器4、水源热泵8、10通过管道依次相连成环，形成闭合回路，所述水源热泵有水源（热风）热泵8和水源（热水）热泵10，并联于闭合回路，所述水源（热风）热泵8和烘箱9相连接，所述水源（热水）热泵10和热水桶12通过管道相连，所述电解槽1和平衡缓冲槽2俩槽面保持同一水平，溢流口也保持同一水平。

如图2所示，电解槽1主要由槽体112、阳极板101、阴极板102、隔膜袋103、假底隔离板109、阳极液溢流管104、阴极液溢流管111、接液管110、105组成，所述槽体112内设有多块阳极板101和多块阴极板102，所述阳极板101套有隔膜袋103，所述隔膜袋103下口与假底隔离板109连接，所述假底隔离板109以上和隔膜袋103以外区域为阴极室106，所述隔膜袋103内为阳极室107，所述阳极室107与假底室108连通，所述假底室108与阳极液溢流管104连通，所述阳极液溢流管104可调高度，并使阳极液从槽体上部溢流入接液管105，所述阴极室106上部设置的阴极液溢流管111高度可调，使阴极液溢流入接液管110，并保持阴极液溢流口高于阳极液的溢流口。

如图1，图2所示，所述平衡缓冲槽2由槽体205、平衡连通管203、出液管204、溢流管201、接液管202组成，所述槽体205上部设置的溢流管201高度可调，所述溢流管201与接液管202连接，所述平衡连通管203与电解槽阴极室106连接，所述出液管204与阴极液泵3连接。

作为技术优选方案，所述换热器4采用板式换热器或管式换热器。

作为技术优选方案，所述加热盘管11可采用板式换热器或管式换热器。

本发明***的工作原理如下：

1、维持原电解锰生产循环***，并加以改造，主要由电解槽1、阳极液池22、阳极泵23、加热盘管11、浸出桶14、砂浆泵15、压滤机19、合格液池20通过管道依次相连成环，构成的闭合回路为主循环，是电解生产的主要方式。

2、建立阴极液洗渣小循环，主要由电解槽1和平衡缓冲槽2与化浆桶16、砂浆泵17、压滤机18、富锰阴极液池21通过管道依次相连成环，构成的闭合回路为阴极液洗渣小循环，用阴极液置换锰渣中的合格液，补充入电解槽金属量，可减少合格液用量，也可使用低浓度合格液，作为电解生产的辅助方式。

3、建立阴极液冷却小循环，主要由电解槽1、平衡缓冲槽2、阴极液泵3、换热器4、连续结晶罐5通过管道依次相连成环，构成的闭合回路为阴极液冷却小循环，去掉原有水循环冷却***，用槽外冷却后的阴极液直接混合电解槽液实现槽温控制。同时由连续结晶罐5、离心过滤机13、泵24通过管道依次相连构成闭合回路形成的装置，实现阴极液的槽外冷却，冷却过程中形成的钙镁铵盐复合结晶也得到集中处理。

4、建立热量利用装置，主要由水罐6、水泵7、换热器4、水源（热风）热泵8和水源（热水）热泵10组成，水源（热风）热泵8与烘箱9相连接，将阴极液的热量转换成热风供锰片烘干；水源（热水）热泵10和热水桶12通过管道相连，将阴极液的热量变成热水，用于加热阳极液提高浸出温度，热水也可用作洗涤用水。

下两表为本发明技术方案与现有技术方案电耗、物耗对比表

表一，一万吨电解锰生产线冷却烘干电耗对比表（吨产品锰计）

从表一可以看出，相比于现有技术，本发明每生产一吨产品可节电139度，一万吨生产线每年可节约139万度电。

表二，一万吨电解锰生产线物耗对比表（吨产品锰计）

从表二可以看出，本发明的实施例每吨产品可节省2吨新水量，而且从回收锰和减少循环液成本节省大量耗用：每吨产品净收益170元，一万吨生产线每年可收益170万元，效益显著。

Claims (5)

1.一种节能降耗的电解锰生产***，主要包括电解槽（1）、平衡缓冲槽（2）、换热器（4）、连续结晶罐（5）、水源热泵（8、10）、烘箱（9）、离心过滤机（13）、压滤机（18、19）、化浆桶（17），其特征在于：所述电解槽（1）、阳极液池（22）、阳极泵（23）、加热盘管（11）、浸出桶（14）、砂浆泵（15）、压滤机（19）、合格液池（20）通过管道依次相连成环，构成闭合回路为电解主循环；所述电解槽（1）和平衡缓冲槽（2）与化浆桶（16）、砂浆泵（17）、压滤机（18）、富锰阴极液池（21）通过管道依次相连成环，构成闭合回路为电解辅助循环，用于阴极液置换锰渣的合格液；所述电解槽（1）、平衡缓冲槽（2）、阴极液泵（3）、换热器（4）、连续结晶罐（5）通过管道依次相连成环，构成闭合回路，用于阴极液控制槽温；所述连续结晶罐（5）、离心过滤机（13）、泵（24）通过管道依次相连成环，并形成闭合回路，用于分离冷却结晶；所述水罐（6）、水泵（7）、换热器（4）、水源热泵（8、10）通过管道依次相连成环，构成闭合回路，用于热能转换利用；

所述水源热泵有水源（热风）热泵（8）和水源（热水）热泵（10），并联于闭合回路；

所述水源（热风）热泵（8）和烘箱（9）相连接；

所述水源（热水）热泵（10）和热水桶（12）通过管道相连；

所述电解槽（1）和平衡缓冲槽（2）俩槽面保持同一水平，溢流口也保持同一水平。

2.根据权利要求1所述的节能降耗电解锰生产***，其特征是，电解槽（1）主要由槽体（112）、阳极板101)、阴极板(102)、隔膜袋(103)、假底隔离板(109)、阳极液溢流管(104)、阴极液溢流管(111)、接液管(110、105)组成，所述槽体（112）内设有多块阳极板（101）和阴极板（102），所述阳极板（101）套有隔膜袋（103），所述隔膜袋（103）下口与假底隔离板（109）连接，所述假底隔离板（109）以上和隔膜袋（103）以外区域为阴极室（106），所述隔膜袋（103）内为阳极室（107），所述阳极室（107）与假底室（108）连通，所述假底室（108）与阳极液溢流管（104）连通，所述阳极液溢流管（104）可调高度，并使阳极液从槽体上部溢流入接液管（105），所述阴极室（106）上部设置的阴极液溢流管（111）高度可调，使阴极液溢流入接液管（110），并保持阴极液溢流口高于阳极液的溢流口。

3.根据权利要求1所述的节能降耗电解锰生产***，其特征是，所述平衡缓冲槽（2）由槽体（205）、平衡连通管（203）、出液管（204）、溢流管（201）、接液管（202）组成，所述槽体（205）上部设置的溢流管（201）高度可调，所述溢流管（201）与接液管（202）连接，所述平衡连通管（203）与电解槽阴极室（106）连接，所述出液管（204）与阴极液泵（3）连接。

4.根据权利要求1所述的节能降耗电解锰生产***，其特征是，所述换热器（4）采用板式换热器或管式换热器。

5.根据权利要求1所述的节能降耗电解锰生产***，其特征是，所述加热盘管（11）可采用板式换热器或管式换热器。