一种电解二氧化锰合格液连续生产系统的制作方法

本技术涉及湿法冶金生产线系统，尤其涉及一种电解二氧化锰合格液连续生产系统。

背景技术：

1、在电池工业发展的早期，使用天然二氧化锰矿石为原料制备一次电池。1918年美国vanarsdale首先试制成功电解二氧化锰（electrolytic manganese dioxide，简称emd），并发现在一次电池中使用emd取代矿产天然二氧化锰可显著提高电池的放电性能。随着科学技术的进步和经济的发展，各种电器使用日益普及，对一次电池的性能提出了越来越高的要求，促进了一次电池工业的发展和产品的更新换代。

2、目前，国内、外同类型企业，均采用间歇浸出工艺，工艺原则流程基本相同，包括：浸出→除铁→除重→电解→洗涤→磨粉→混匀几个基础步骤。以氧化锰矿（mno2）、硫铁矿（fes2）加硫酸两矿一步法浸出；或一氧化锰（mno）加硫酸浸出，添加二氧化锰粉氧化亚铁（fe2+→fe3+），采用石灰石调节ph值除铁，采用硫化钡为除重金属试剂，来制备合格硫酸锰溶液，其工艺流程图如图1所示。

3、在浸出→除铁→除重→电解→洗涤→磨粉→混匀几个基础步骤中，涉及以下主要反应：

4、（1）浸出，除钾、钠，除铁的主反应方程式：

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18、（2）除重过程主反应方程式：

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22、（3）电解的主反应方程式：

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24、在工程实践过程中，间歇反应完成全部制液工序所需时间为22h，其中化学反应有效时间为8h，非必要时间14h，其中加料及转运时间为6h，过滤8h。在非必要时间内，溶液温度从95℃下降至75℃，间歇作业作业时间及温度变化如下表1所示：

25、表1  间隙浸出、除重、电解作业时间及温度变化情况

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27、依据公式q=ρ·v·c·δt计算得出，2万吨/年电解二氧化锰工厂，每天需要制液约2400m3，这部分溶液由于过滤、转运等非有效时间损失的热量为200.64×106kj。这部分低温的合格硫酸锰溶液，在进入电解时，需要重新加热至95℃，加热所需175℃蒸汽＞98.84吨。因此，间歇浸出电解二氧化锰生产工艺存在效率低、单位能耗高，无法维持最佳反应条件，固液分离效率低，固定资产投资大等缺点。具体为：

28、（1）效率低、单位能耗高

29、间歇式反应槽（假定200m3浸出槽搅拌有功功率75kw）完成化学反应所需时间为6小时，单槽完成全部作业所需时间为22小时，反应槽利用率=化学反应所需时间/单槽完成全部作业所需时间=6/22=27.27%，相当于设备有效运转效率为27.27%。在完成加料、反应、排料、过滤四个工序前，反应槽搅拌电机不能停机，因此浪费电量=75×(22-6)=1200kw·h-1。由于过滤、转运等非有效时间损失的热量为200.64×106kj/d，折合175℃饱和蒸汽98.84t/d。

30、（2）无法维持最佳反应条件

31、间歇浸出反应条件（温度、浓度、ph等）在整个批次过程中是动态变化的。开始时反应物浓度最高，反应速率最快；随着反应进行，有效矿物的浓度下降，溶液中锰离子浓度上升，反应速率逐渐减慢。为了确保反应完成，往往需要预留更长的反应时间，导致部分时间设备在低效率下运行。

32、（3）固液分离效率低

33、硫酸锰溶液中fe3+、al3+等杂质离子分别采用碳酸钙或一氧化锰中和，形成fe(oh)3、al(oh)3固体再固液分离，ni2+、cu2+等重金属杂质采用硫化钡、硫化锰反应生成nis、cus等重金属沉淀物后固液分离。由于是化学反应生产的新物质，杂质粒度较细为0.1~6μm，杂质晶体无法长大，固液分离时，存在分离效率低、杂质返溶等缺陷，造成每批次硫酸锰溶液杂质含量波动大。同时，溶液直接压滤时，每过滤100m3溶液，才能有效分离3~5%的固体杂质，固液分离效率低。

34、（4）投资大、设备利用率低

35、以生产20000t电解二氧化锰工程实例为例：采用传统间歇浸出、间歇除杂时，每天需要制备45~50kg/m3合格硫酸锰溶液2400m3。需要12个200m3搅拌槽，12台250m2压滤机，6个200m3净化槽，6台250m2压滤机，18台各类型泵，装机功率2460kw，实际运行过程有功功率729.2kw，设备利用率29.6%，每立方合格硫酸锰溶液消耗电量9.11kw·h-1/m3。

36、因此，提高设备利用率、提高固液分离过滤效果和确保溶液纯度等在电解二氧化锰系统中非常有必要。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，本实用新型提供了一种电解二氧化锰合格液连续生产系统。本实用新型的系统具有设备利用率高、固液分离效率高、控制难度低，投资低、经济效益好等优点。

2、为了解决上述问题，本实用新型提供了一种电解二氧化锰合格液连续生产系统，所述系统包括从前向后依次连接的第一浸出槽、第二浸出槽、第三浸出槽、第四浸出槽、第一中和槽、第二中和槽、浓缩机、第一净化槽、第二净化槽、第三净化槽、第四净化槽和第五净化槽；除第五净化槽外，其它槽的近后一槽的侧壁上端设有溢流出液口；除第一浸出槽和第一净化槽外，其它槽的近前一槽的侧壁上端设有溢流进液口；前一槽的溢流出液口与后一槽的溢流进液口通过管道进行连接；第二中和槽的溢流出液口与浓缩机的侧壁上方通过管道进行连接；所述第四浸出槽的底部依次连接有第一泵和卧螺离心机，所述浓缩机的底部连接有第二泵，所述卧螺离心机和第二泵分别与第三浸出槽进行连接；所述第五净化槽的侧壁底部设有第一排料口，所述第五净化槽的侧壁下方设有第二排料口；所述第一排料口通过第三泵连接第二净化槽，所述第二排料口通过管道连接有第二压滤机。

3、优选的，每个槽的内壁都设有扰流柱。

4、优选的，槽内的溢流出液口处设有溢流管。需要说明的是，槽内反应后的溶液从溢流管的下方进入，从溢流出液口和/或溢流管的上方出。

5、优选的，所述第三浸出槽的上方设有加料口，所述卧螺离心机和第二泵分别通过管道与第三浸出槽的加料口进行连通。

6、优选的，所述第一净化槽的上方设有加料口，所述浓缩机的上方通过第一压滤机连通所述第一净化槽的加料口。

7、优选的，所述第一排料口与第二排料口相差的高度为3.0m。

8、优选的，所述第一浸出槽/第一中和槽的上方设有加料口。

9、优选的，所述第二净化槽的上方设有加料口，所述第一排料口连通所述第二净化槽的加料口。

10、优选的，所述第四浸出槽的底部连接第一泵的管道为过滤渣管道。

11、优选的，所述第一浸出槽、第二浸出槽、第三浸出槽、第四浸出槽、第一中和槽、第二中和槽、第一净化槽、第二净化槽、第三净化槽、第四净化槽和第五净化槽的内部均设有搅拌桨，所述搅拌桨通过槽内顶部的搅拌泵进行连接。

12、与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

13、（1）本实用新型的系统通过浓缩机底部的第二泵将浓缩机底部的富含成熟fe(oh)3颗粒和al(oh)3颗粒返回至第三浸出槽（中和反应环节），促使fe(oh)3、al(oh)3晶体颗粒长大，将fe(oh)3、al(oh)3从高阻垢的胶态转化为易过滤的晶态颗粒（10-100μm），相同设备的单位过滤速率提升3倍以上。

14、（2）相对传统压滤机（包括给料、压滤、卸渣三个环节，设备作业率相对较低），本实用新型的系统采用卧螺离心机为过滤设备（10-750μm）能够满足本系统的晶种循环工艺的要求。

15、（3）本实用新型的系统的第五净化槽的底部设有第一排料口将第五净化槽的底部的富含成熟nis、cus、zns晶种颗粒输送至第二净化槽作为净化除重工序的晶种，促使重金属沉淀晶体颗粒长大，可降低除重试剂消耗50%以上，相同设备的单位过滤速率提升3~5倍。

16、（4）本实用新型的系统采用卧螺离心机分离浸出渣，通过晶种循环等将溶液中铁的含量控制在0.2ppm以下，通过第五净化槽的2个排料口（第一排料口和第二排料口）进行单独固液分离，实现重金属的高效分离，为资源综合利用奠定基础。