高錳(10~30 wt%)高強(qiáng)度汽車用鋼能夠?qū)崿F(xiàn)汽車輕量化并提高汽車安全性,其生產(chǎn)需要低成本、高純度的錳作為合金元素。而目前國(guó)內(nèi)外金屬錳主要是通過(guò)電解法制備的,該方法制備金屬錳的電流效率低、電解槽壓高,致使電解生產(chǎn)金屬錳的成本較高。另外,電解錳的原料Mn CO3礦資源的日益貧乏,也造成生產(chǎn)成本的大幅提高。因此,如何獲得低成本的高純錳或錳鐵備受人們關(guān)注。本文介紹了幾種常用的金屬錳的制備方法并分析了各自的特點(diǎn),在此基礎(chǔ)上提出了熔鹽電解精煉高碳錳鐵制備純凈錳鐵的方法。選取710℃的NaCl-KCl-MnCl_2熔鹽體系,通過(guò)循環(huán)伏安法、方波伏安法、計(jì)時(shí)電位法研究了Mn~(2+)的電化學(xué)行為,并進(jìn)行恒電壓電解制備金屬錳。然后,在Mn~(2+)電化學(xué)行為研究的基礎(chǔ)上,以高碳錳鐵為陽(yáng)極、Mo為陰極、Ag/Ag Cl為參比電極,在710℃的NaCl-KCl熔鹽體系中進(jìn)行恒電壓電解制備純凈錳鐵。得到以下主要結(jié)論:(1)在710℃的NaCl-KCl-MnCl_2熔鹽體系中,錳離子的電化學(xué)反應(yīng)是擴(kuò)散控速的準(zhǔn)可逆過(guò)程,其還原過(guò)程為簡(jiǎn)單的一步反應(yīng)且電子轉(zhuǎn)移數(shù)為2。在以W為工作電極時(shí),Mn~(2+)的擴(kuò)散系數(shù)為3.99í10-5 cm2·s-1,擴(kuò)散活化能為4.33í103J·mol-1;在以Mo為工作電極時(shí),Mn~(2+)離子的擴(kuò)散系數(shù)為6.54í10-5 cm2·s-1,擴(kuò)散活化能為4.97í103 J·mol-1;通過(guò)恒電壓電解在陰極上獲得了金屬錳。(2)在710℃的NaCl-KCl熔鹽體系中,對(duì)高碳(6 wt%)錳鐵進(jìn)行電解精煉,通過(guò)恒電壓電解獲得了純凈錳鐵,且陰極與陽(yáng)極的電流效率分別為79%和93.5%;電解過(guò)程中,高碳錳鐵中的雜質(zhì)碳和硅仍留在陽(yáng)極,維持陽(yáng)極形狀不變;對(duì)于圓柱形的高碳錳鐵陽(yáng)極,錳、鐵是由外向內(nèi)一層一層的溶解進(jìn)入電解液的,且錳的溶解先于鐵的溶解;最后,錳離子和鐵離子在陰極沉積形成錳鐵。
【學(xué)位單位】：安徽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TF642
【部分圖文】：

學(xué)位論文 高碳錳鐵熔鹽電解精煉最主要的 20 種元素之一，其地殼豐度為 1.3 10-3， 12 位。錳元素在地殼內(nèi)的總量約為 7.2 1018t，占存在于地幔中。殼中錳的豐度約為 7.8 10-4，同全球大陸地殼的錳0.71，因此我國(guó)大陸錳的地殼豐度相對(duì)于世界大陸錳的程度為 0.29。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，目前，我國(guó)錳礦資源的位置上的分布是極不均勻的，其地區(qū)含量的分布大致我國(guó)錳礦資源主要集中在廣西、湖南、貴州、云南 4存量占全國(guó)總儲(chǔ)存量的 77.6%，并且又以廣西、湖南國(guó)錳礦石資源的開采以廣西和湖南兩地為主的局面[7

量 54.94 沸點(diǎn)(℃) 構(gòu) /β/γ 型 導(dǎo)熱系數(shù)(W/cm·K) 構(gòu)型 [Ar]3d54s2熱膨脹系數(shù)( 10-4/K) 離能 716kJ/mol 7.435V 標(biāo)準(zhǔn)氫電極電位(V) (nm) 1.24( )1.26(β)1.366(γ) 電阻系數(shù)( 10-6Ω·cm) 27/cm3) 7.44 ( )7.29(β)7.11(γ) 結(jié)合能(kJ/mol) 錳的生產(chǎn)現(xiàn)狀及其用途屬錳生產(chǎn)現(xiàn)狀金屬錳的生產(chǎn)，目前最主流的是火法與濕法這兩種方法。其中火法是鋁還原法和硅還原法，濕法中是以電解法為主[13~21]。還原法原法又稱鋁熱法，是利用鋁的強(qiáng)還原性和自身反應(yīng)過(guò)程中釋放的化生產(chǎn)金屬的方法，其生產(chǎn)工藝如圖 1.2 所示。此法生產(chǎn)設(shè)備和工藝對(duì)原料要求高，且消耗較多的鋁，產(chǎn)品純度也不高，因此，目前很金屬錳。

安徽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 緒 論5圖 1.3 電解金屬錳生產(chǎn)的工藝流程圖1.3.2 金屬錳的用途錳作為一種重要的工業(yè)原料，在現(xiàn)代社會(huì)中有廣泛的用途。錳及其化合物大部分用在鋼鐵工業(yè)中，其余部分主要用在有色冶金、化工、輕工、電子材料、農(nóng)牧等部門[22~26]。1. 錳在鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用(1) 作脫氧劑。在煉鋼過(guò)程中，為了提高鋼的品質(zhì)，需要向鐵水中通入氧氣以除去其中含有的雜質(zhì)元素，但這也使鋼水中氧含量增加，會(huì)嚴(yán)重影響鋼的性能，因此，煉鋼過(guò)程中必須脫去超標(biāo)的氧。由于錳的化學(xué)性質(zhì)較活潑，能夠與氧氣作用生成不溶氧化物，因此，在煉鋼時(shí)加入金屬錳，使其與鋼液中過(guò)量的氧反應(yīng)生成不溶于鋼水的氧化物渣，漂浮在鋼液上，能夠降低鋼水中氧含量，另外，相對(duì)于其他脫氧劑 (鈣、鋁等) 而言，錳的價(jià)格相對(duì)便宜，從而降低煉鋼成本。(2) 作脫硫劑。鋼鐵中過(guò)量的硫會(huì)導(dǎo)致鋼的熱脆性，從而降低其機(jī)械性能，因此，煉鋼過(guò)程中必須除去過(guò)量的硫。而錳能夠與鋼液中的硫作用生成難溶的MnS，MnS 沉入鋼液中形成鋼渣，從而達(dá)到除去鋼中硫的目的。
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本文編號(hào)：2847262