廖 璐，王海峰

(貴州大學(xué) 材料與冶金學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025)

0 前 言

電解金屬錳(以下簡(jiǎn)稱為：電解錳)行業(yè)是資源、能源消耗高，污染物產(chǎn)生量大的行業(yè)，節(jié)能減排是亟待解決的問(wèn)題。在錳礦浸出時(shí)，雜質(zhì)也會(huì)隨浸出過(guò)程進(jìn)入溶液，對(duì)電解液的深度凈化帶來(lái)很大的負(fù)擔(dān)[1]。這些雜質(zhì)離子中，大多數(shù)都有成熟而有針對(duì)性的凈化工藝，但鈣、鎂離子目前還沒(méi)有高效的去除方法。錳礦浸出液中，硫酸鈣溶解度很小，在過(guò)濾時(shí)大部分被除去。但溶解度相對(duì)大的硫酸鎂會(huì)在電解過(guò)程中循環(huán)富集[2-3]。由于錳與鎂性質(zhì)相似，導(dǎo)致分離困難，溶液中鎂不斷富集，會(huì)使電解液的粘度、密度增加，電導(dǎo)率下降，惡化生產(chǎn)操作環(huán)境，使槽電壓和電阻增大，導(dǎo)致電解槽的電流效率降低，從而降低電解槽的生產(chǎn)效率，增加電解槽的能耗，提高錳的生產(chǎn)成本等[4-5]。

鎂離子對(duì)錳電解工藝過(guò)程造成的危害，目前都是根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)象總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)，而具體的影響機(jī)理在現(xiàn)有研究中并未提到。鎂離子雜質(zhì)對(duì)電解錳生產(chǎn)過(guò)程的影響研究主要是針對(duì)錳鎂分離進(jìn)行的。因此，通過(guò)研究電解錳溶液中鎂離子雜質(zhì)對(duì)電解液性質(zhì)的影響，對(duì)指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)提供理論依據(jù)是很有意義的。

1 實(shí)驗(yàn)部分

實(shí)驗(yàn)采用一水硫酸錳、硫酸及蒸餾水配制純硫酸錳溶液，再根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求加入硫酸鎂配成不同鎂離子濃度的硫酸錳溶液。確定基液成分：Mn2+30 g/L，鎂離子添加量分別為0，3，6，9，12，15 g/L。

同上配制純硫酸錳溶液，按工業(yè)電解錳成分引入硫酸銨，再根據(jù)需要加入硫酸鎂配制成不同鎂離子濃度的含銨硫酸錳溶液。確定電解基液：Mn2+30 g/L，硫酸銨濃度100 g/L，鎂離子添加量分別為0，3，6，9，12，15 g/L。

2 結(jié)果與討論

2.1 鎂離子濃度對(duì)溶液密度的影響

Mg2+濃度對(duì)純硫酸錳溶液和含銨硫酸錳溶液密度的影響分別如圖1～2所示。

1 25℃； 2 30℃； 3 35℃

1 25℃；2 30℃；3 35℃

由圖1～2可知，在同一溫度下，2類溶液的密度隨鎂離子濃度的增加基本呈線性增大。這是由于隨著鎂離子濃度的增加，溶液中分子、離子間的間距減小，單位體積溶液所包含的分子、離子總數(shù)增加，即單位體積溶液的質(zhì)量增大，由于溶液密度與質(zhì)量成正比關(guān)系，因此溶液的密度隨鎂離子濃度的增加而增大。

在相同鎂離子濃度下，純硫酸錳溶液和含銨硫酸錳溶液的密度都隨溫度的升高而下降。這是由于隨著溫度的升高，溶液中分子、離子間的相互間隙變大，即溶液體積隨溫度的升高而膨脹，導(dǎo)致單位體積所包含的分子、離子數(shù)量減少，溶液的密度隨之下降。

在相同溫度和鎂離子濃度下，含銨硫酸錳溶液的密度比純硫酸錳溶液的密度大，以35℃為例，如圖3所示。這是由于硫酸銨的存在，大大增加單位體積的離子數(shù)量，即單位體積含銨硫酸錳溶液的質(zhì)量較之純硫酸錳溶液大，則含銨硫酸錳溶液的密度比純硫酸錳溶液的大。

1 含銨硫酸錳；2 純硫酸錳

2.2 鎂離子濃度對(duì)溶液粘度的影響

Mg2+濃度對(duì)純硫酸錳溶液和含銨硫酸錳溶液粘度的影響分別如圖4～5所示。

1 25℃；2 30℃；3 35℃

1 25℃；2 30℃；3 35℃

由圖4～5可知，在同一溫度下，2類溶液的粘度隨鎂離子濃度增加而上升的趨勢(shì)基本是呈線性的。對(duì)于純硫酸錳溶液，這是由于鎂離子濃度的增大，促進(jìn)了溶液中硫酸鎂微細(xì)粒結(jié)晶，使得溶液更加粘稠，溶液的粘度隨之增大。對(duì)于含銨硫酸錳溶液，則是由于鎂離子的增加，促進(jìn)了溶液中錳—銨—鎂復(fù)鹽的結(jié)晶，使得溶液粘稠度增加，粘度增大。

在同一鎂離子濃度下，純硫酸錳溶液和含銨硫酸錳溶液的粘度都是隨溫度的升高而降低。這是由于溫度升高，分子、離子間作用力減弱，溶液中結(jié)晶減少，同時(shí)分子和離子的活動(dòng)能力增強(qiáng)，都使得溶液的粘度降低。

在相同溫度和鎂離子濃度下，含銨硫酸錳溶液的粘度比純硫酸錳溶液的粘度要增大10%左右，高溫時(shí)增幅更大。以35℃為例，如圖6所示。這是由于溶液中硫酸銨的存在，使得單位體積溶液的離子、分子數(shù)目增多，溶液流動(dòng)性變差，當(dāng)鎂離子濃度增加到6 g/L后，錳—銨—鎂之間的結(jié)晶行為大幅度增加，使得溶液的粘稠度增大，因此含銨硫酸錳溶液的粘度比純硫酸錳溶液的粘度在鎂離子濃度增加時(shí)增幅更大。

1 含銨硫酸錳；2 純硫酸錳

2.3 鎂離子濃度對(duì)溶液電導(dǎo)率的影響

Mg2+濃度對(duì)純硫酸錳溶液和含銨硫酸錳溶液電導(dǎo)率的影響分別如圖7～8所示。

1 25℃；2 30℃；3 35℃

1 25℃；2 30℃；3 35℃

由圖7～8可知，在同一溫度下，2類溶液的電導(dǎo)率隨鎂離子濃度的增加而降低的趨勢(shì)基本是線性的。這是由于隨著鎂離子濃度的增大，鎂離子形成的水化離子增加，減少了溶液中自由水分子的數(shù)量，增加離子體積，使得溶液中離子的遷移速度變慢，導(dǎo)致溶液導(dǎo)電能力下降。對(duì)于含銨硫酸錳溶液，當(dāng)鎂離子濃度增加到6 g/L后，錳電解液電導(dǎo)率的降低幅度增大，這是由于鎂離子的增加，促進(jìn)了溶液中錳—銨—鎂復(fù)鹽的結(jié)晶，使得溶液更加粘稠，影響溶液中離子的擴(kuò)散傳質(zhì)，使擴(kuò)散傳質(zhì)性能變差，降低溶液的電導(dǎo)率。

在同一鎂離子濃度下，純硫酸錳溶液和含銨硫酸錳溶液的電導(dǎo)率都隨著溫度的升高而增大。這是由于溫度的升高，分子、離子運(yùn)動(dòng)加劇，同時(shí)分子、離子間的結(jié)晶行為減少，溶液的流動(dòng)性變好，導(dǎo)電能力得到加強(qiáng)，電導(dǎo)率隨之增大。

在相同溫度和鎂離子濃度下，含銨硫酸錳溶液的電導(dǎo)率較之純硫酸錳溶液的電導(dǎo)率增幅30%左右。以35℃為例，如圖9所示。這是由于硫酸銨強(qiáng)電解質(zhì)的性質(zhì)，大幅度增加溶液中的離子數(shù)目，促進(jìn)傳質(zhì)過(guò)程的進(jìn)行，增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電能力，所以含銨硫酸錳溶液的電導(dǎo)率比純硫酸錳溶液的大。

1 含銨硫酸錳；2 純硫酸錳

3 結(jié) 語(yǔ)

在同一溫度下，純硫酸錳溶液和含銨硫酸錳溶液的密度和粘度都隨鎂離子濃度的增加而增大，而電導(dǎo)率隨鎂離子濃度的增加而降低。在同一鎂離子濃度下，純硫酸錳溶液和含銨硫酸錳溶液的密度和粘度隨溫度的升高而降低，而電導(dǎo)率隨溫度的升高而增大。在相同溫度和鎂離子濃度下，含銨硫酸錳溶液的密度、粘度和電導(dǎo)率都比純硫酸錳溶液大。

參考文獻(xiàn)：

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