电解金属锰用的添加剂及其在电解锰中的应用

940 编辑：管理员来源：贵州省新材料研究开发基地

2024-03-12 16:32:31

权利要求书： 1.一种电解金属锰用的添加剂，其特征在于，所述电解金属锰用的添加剂为含有咪唑结构的离子液体，其中，所述含有咪唑结构的离子液体为一取代、二取代和三取代咪唑离子液体。

2.一种电解金属锰用的添加剂在电解锰中的应用，其特征在于，包括如下步骤：S1：配制硫酸锰、硫酸铵和含有咪唑结构离子液体的混合溶液；

S2：采用氨水调节pH值为7?7.8；

S3：在隔膜电解槽中以铅合金为阳极，不锈钢板为阴极，调整电流、电压和温度后进行电解；

S4：电解完成后，将阴极的金属锰进行钝化清洗后剥离。

3.根据权利要求2所述的电解金属锰用的添加剂在电解锰中的应用，其特征在于：所述含有咪唑结构离子液体为含有咪唑结构的离子液体为一取代、二取代和三取代咪唑离子液体的一种或多种组合。

4.根据权利要求2所述的电解金属锰用的添加剂在电解锰中的应用，其特征在于：所述硫酸锰中锰离子浓度为5?50g/L，所述硫酸铵浓度为40?140g/L，所述咪唑类离子液体的浓度为0.01?3g/L。

5.根据权利要求2所述的电解金属锰用的添加剂在电解锰中的应用，其特征在于：所述槽电压为3?6，阴极电流密度为250?400A/m2。

6.根据权利要求2所述的电解金属锰用的添加剂在电解锰中的应用，其特征在于：所述电解温度为10?60℃。

7.根据权利要求2所述的电解金属锰用的添加剂在电解锰中的应用，其特征在于：所述电解时间为6?48h。

说明书：一种电解金属锰用的添加剂及其在电解锰中的应用技术领域[0001] 本发明涉及锰电解槽阳极材料制备技术领域，具体涉及一种电解金属锰用的添加剂及其在电解锰中的应用。背景技术[0002] 金属锰用途广泛，在钢铁工业中，锰的用量仅次于铁，90％的锰用于钢铁工业，10％用于有色冶金、化工、电子、电池和农业等行业。我国锰矿资源较为丰富，储量较大，主要分布在广西、湖南、重庆和贵州等地区。在电解锰过程中，电解锰生产的耗电是一个重要指标，传统工艺采用添加SeO2或SO2提高电流效率。

[0003] 国内企业一般加入添加剂SeO2，但SeO2容易发生一系列水解反应，SeO2可以促进锰电解反应及抑制析氢反应，在电解液中水解，SeO2加入到电解液中溶解，在在以下使用问题：①根据国际上对硒毒性与毒理的研究，人体摄入过量硒会导致硒中毒，表现为疲劳、呕吐、烦躁、脱发、指甲脱落、神经系统损害、肝硬化、肺水肿、协调能力减弱、瘫痪及神经系统障碍等症状，严重的甚至死亡；对于自然界的其它生物来讲，硒摄入过量会引起神经系统障碍，水环境中的鱼及水禽会出现畸形甚至死亡；②二氧化硒会在电解过程中形成硒沉淀堵塞隔膜，影响工艺操作；③二氧化硒在阴极还原，与锰形成合金而进入产品，影响产品纯度质量；④部分硒残留在电解锰的废水、阳极泥和锰渣中，造成环境污染。[0004] 国外部分生产厂家在电解锰过程中采用SO2作为添加剂，SO2作为添加剂主要存在以下问题：①其超电势的增加不如SeO2，容易引起析氢反应，电流效率较低，生产成本较高；②电解初期不容易沉积金属锰，对于阴极板的抛光处理、电解过程的管理水平要求较高。③电解过程中SO2气体逸出导致车间环境恶化。

[0005] 吉首大学陈上采用含硫杂原子的噻吩类有机物作为添加剂进行电解实验；重庆大学孙大贵采用低含量的SO2为主添加剂，加入5种辅助添加剂A、B、C、D、E，沉积的锰晶型为α?Mn；湖南大学阳卫军采用50g/L柠檬酸钠与40mg/L硫代硫酸钠组成的复合添加剂电解金属锰；中南大学杨萍筛选出硫脲+有机物Y的复合添加剂可以用作电解锰添加剂。[0006] 以上现有技术中，均未见相关工业化应用，本发明采用咪唑类离子液体作为添加剂应用在电解锰过程中，该方法具有环境无污染、金属锰纯度高等优点。发明内容[0007] 本发明提供一种电解金属锰用的添加剂及其在电解锰中的应用，解决工业化应用问题，该方法具有环境无污染、金属锰纯度高、电流效率高等优点。[0008] 为了解决上述问题，本发明目的之一是提供一种电解金属锰用的添加剂，所述电解金属锰用的添加剂为含有咪唑结构的离子液体，其中，所述含有咪唑结构的离子液体为一取代、二取代和三取代咪唑离子液体。[0009] 本发明同时还提供一种电解金属锰用的添加剂在电解锰中的应用，包括如下步骤：[0010] S1：配制硫酸锰、硫酸铵和含有咪唑结构离子液体的混合溶液；[0011] S2：采用氨水调节pH值为7?7.8；[0012] S3：在隔膜电解槽中以铅合金为阳极，不锈钢板为阴极，调整电流、电压和温度后进行电解；[0013] S4：电解完成后，将阴极的金属锰进行钝化清洗后剥离。[0014] 进一步地，所述含有咪唑结构离子液体为含有咪唑结构的离子液体为一取代、二取代和三取代咪唑离子液体的一种或多种组合。[0015] 进一步地，所述硫酸锰中锰离子浓度为5?50g/L，所述硫酸铵浓度为40?140g/L，所述咪唑类离子液体的浓度为0.01?3g/L。[0016] 进一步地，所述槽电压为3?6，阴极电流密度为250?400A/m2。[0017] 进一步地，所述电解温度为10?60℃。[0018] 进一步地，所述电解时间为6?48h。[0019] 本发明上述一个或多个技术方案具有如下技术效果：[0020] 本发明所提供的电解金属锰用的添加剂及其在电解锰中的应用，解决工业化应用问题，具有如下技术优点：①含有咪唑结构的咪唑离子液体具有较高的离子传导性、较宽的电化学窗口、热稳定性和化学稳定性好，电解过程中，无氢气和其它气体产生，且具有一定的催化活性，对金属锰的沉积具有催化作用，电流效率较高；②相对于添加剂SeO2和SO2，含有咪唑结构的离子液体液体饱和蒸汽压几乎为零，不挥发，对环境无污染；③咪唑结构的离子液体热容量大，电解过程中温度稳定较易控制，工艺条件较为稳定；④含有咪唑结构的离子液体作为添加剂能够提高各种金属盐的溶解性，且粘度较低，提高空时产率和电流效率；⑤含有咪唑咪唑结构的离子液体中不含硫和硒元素，对金属锰无污染，金属锰纯度≧

99.9％，达到高纯级标准。

附图说明[0021] 图1为电解金属锰用的添加剂在电解锰中的应用流程；[0022] 图2为本发明实施例1金属锰的SEM图谱；[0023] 图3为本发明实施例1金属锰的EDS图谱；[0024] 图4为本发明实施例1金属锰的XRD图谱。具体实施方式[0025] 本发明实施例提供一种电解金属锰用的添加剂及其在电解锰中的应用，解决工业化应用问题，该方法具有环境无污染、金属锰纯度高、电流效率高等优点。[0026] 为了使本发明的目的及优点更加清楚，以下结合实施例和附图1和4对本发明进行进一步详细说明。应当理解，下面实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。[0027] 实施例1[0028] 配制硫酸锰、硫酸铵和1?丁基?3?甲基咪唑氯盐的混合溶液，锰离子浓度35g/L，硫酸铵浓度110g/L，1?丁基?3?甲基咪唑氯盐的浓度0.09g/L，用氨水调节pH值为7.5，在隔膜2

电解槽中以铅合金为阳极，不锈钢板为阴极，调整电流密度为360A/m ，槽电压为5.1，温度为40℃的条件下进行电解，电解6小时，将阴极的金属锰进行钝化清洗后剥离称重，计算电流效率为64.7％，测定金属锰纯度为99.9％。

[0029] 实施例2[0030] 配制硫酸锰、硫酸铵和1?丁基?3?甲基咪唑氯盐的混合溶液，锰离子浓度35g/L，硫酸铵浓度110g/L，1?丁基?3?甲基咪唑氯盐的浓度0.09g/L，用氨水调节pH值为7.5，在隔膜2

电解槽中以铅合金为阳极，不锈钢板为阴极，调整电流密度为390A/m ，槽电压为5.23，温度为40℃的条件下进行电解，电解6小时，将阴极的金属锰进行钝化清洗后剥离称重，计算电流效率为62.0％，测定金属锰纯度为99.9％。

[0031] 实施例3[0032] 配制硫酸锰、硫酸铵和1?乙基?2,3?二甲基咪唑氯盐与1?丁基?3?甲基咪唑氯盐的混合溶液，锰离子浓度40g/L，硫酸铵浓度100g/L，1?乙基?2,3?二甲基咪唑氯盐与1?丁基?3?甲基咪唑氯盐混合溶液的浓度0.12g/L，用氨水调节pH值为7.5，在隔膜电解槽中以铅合

2

金为阳极，不锈钢板为阴极，调整电流密度为360A/m 、槽电压为5.0，温度为42℃的条件下进行电解，电解24小时，将阴极的金属锰进行钝化清洗后剥离称重，计算电流效率为67％，金属锰纯度为99.9％。

[0033] 实施例4[0034] 配制硫酸锰、硫酸铵、1?丁基?3?甲基咪唑氯盐和1?乙基?2,3?二甲基咪唑氯盐的混合溶液，锰离子浓度40g/L，硫酸铵浓度120g/L，1?丁基?3?甲基咪唑氯盐和1?乙基?2,3?二甲基咪唑氯盐的混合溶液的浓度0.15g/L，，用氨水调节pH值为7.5，在隔膜电解槽中以铅2

合金为阳极，不锈钢板为阴极，调整电流密度为380A/m 、槽电压为5.1，温度为40℃的条件下进行电解，电解24小时，将阴极的金属锰进行钝化清洗后剥离称重，计算电流效率为

70％，金属锰纯度为99.9％。