yandex.metrica
Металлургия марганца

Электролиз оксидных и хлоридных расплавов марганца

Электролиз оксидных расплавов системы MnO — CaO— SiO2—Al2O3— MgO разработан Р. Ф. Винандом с целью получения низкоуглеродистого марганца. Динамическая вязкость η и удельная электрическая проводимость оксидных расплавов при различных температурах связаны формулой

ηx = (α + βT) T2,

где α и β — коэффициенты. Для реализации электролиза оксидных расплавов Р. Ф. Винанд рекомендует первоначально получать расплав указанной пятикомпонентной системы, используя в качестве марганецсодержащего сырья пиролюзит или родохрозит. Затем этот оксидный расплав подвергают электролизу. Катодом является жидкий марганец, а анодом —графитовый блок. Слой жидкого марганца должен быть 10—15 см, слой электролита 35—40 см, а расстояние от катода до анода 3—5 см. Полученный марганец выпускают один раз в сутки. По мере расходования электролита добавляют MnO-содержащие компоненты. По оценке автора работы преимущество этого способа заключается в отсутствии непосредственного контакта катода с анодом, что исключает науглероживание марганца. По предложенной технологии освоено опытное производства марганца (94 % Mn, 0,5—2 % Si, 0,06—0,3 % С) на заводе в Генте (Бельгия). Выход по току составил 82—85 %, а расход электроэнергии 17 650 кВт • ч/т.

Фирма «Chemetals Соrp» (США) предложила получать марганец электролизом растворенного в солевом расплаве MnO. На первой стадии марганцевую руду смешивают с углеродистым восстановителем из расчета 8: 1, затем смесь сушат (100 °С), измельчают до крупности 60 меш. К подготовленной таким образом смеси добавляют связующее и прессуют таблетки диаметром 0,6—1,2 см. Солевой расплав готовят из оксидов P2O3, CaO, K2O и др. и фторидов CaF2. Восстановление MnO2 до MnO производят в солевом расплаве, куда загружаются указанные выше таблетки. Преимущество этого процесса фирма-разработчик усматривает в более эффективном использовании тепла.

Электролиз хлоридных растворов марганца с момента проведенных П. П. Федотьевым первых опытов постоянно привлекает внимание исследователей. Установлено, что выход по току в электролизерах обоих типов проходит через максимум с увеличением плотности тока, концентрации MnCl2, NH4Cl и pH раствора, повышение температуры >20 °С снижает выход по току. Для бездиафрагменного электролизера получены следующие оптимальные условия получения марганца: раствор должен иметь состав 2 н. MnCl2 + 2 н. Mn4Cl; катодная плотность тока 300—500 А/м2, температура процесса 20 °С; исходное значение pH 3,65; анодная плотность тока 1000—1500 А/м2; материал катода — коррозионностойкая сталь. При соблюдении этих параметров электролиза выход по току марганца составляет 80—82 %. Установлено, что количество ионов Mn2+ и NH4+ снижается в растворе пропорционально продолжительности электролиза. Катодная плотность тока несколько снижает убыль ионов Mn2+ и одновременно существенно увеличивает NH4+. Скорость изменения содержания иона NH4+ в ~4,5 раза превышает скорость понижения концентрации иона Mn2+ в растворе. Это свидетельствует о высокой скорости разложения NH4Cl в результате его окисления Cl2 и высшими хлоридами марганца.