Тошкент кимё –технология институти силикат материаллари ва нодир, камёб металлар технологияси кафедраси

Лекция 12. Электролиз в металлургии марганца и хрома.
Марганец применяют в черной металлургии в виде ферросплавов для раскисления, обессеривания и легирования (твердость) стали.
Гидроэлектрометаллургический способ получения марганца включает четыре стадии : Руда окисная или карбонатная
↓
Обогащение
↓
Восстановительный обжиг (окисные руды)
↓
Выщелачивание ← Отрабо
↓ танный
Конц. ← Очистка (NH₄)₂S электро
Ni u Co ↓ лит
Электролиз →
↓
Марганец катодный МРО ˃99,6 %

В природе встречается в виде оксидных минералов: пиролюзит – МпО_2, родохрозит – МпСО₃ , родонит – MnSiO₃.

Марганец получают восстановлением его оксидных руд: алюминием, кремнием, углеродом в рудотермических электропечах многостадийным переделом.
Для проведения электролиза поддерживается рН в пределах 5-8. При рН˃8, который быстро устанавливается у электрода, появляются взвеси гид-роксида марганца. При этом на катоде выделяется осадок, содержащий 60-70 % металла, остальное составляет гидроксид марганца. Для предотвраще-ния этого в раствор вводят соли аммония. На катоде протекают следующие реакции:
Mn²⁺+2e → Mn
2H₃O +2e → H₂+2H₂O (водород из гидроксония)
H₂O +2e → 0,5H₂+OН^- (водород из воды)
2NH₄⁺ +2e → H₂+2NH₃ (водород из аммоний-иона при умеренных
плотностях тока)
H₄⁺ +e →NH₄⁰ →NH₃+Н (то же при высоких плотностях тока)
При высоком рН электролита и, особенно, в приэлектродном слое, ос-новное количество водорода образуется путем восстановления ионов NH₄⁺ и частично разложения воды. В результате первой реакции получается ам-миак, с которым марганец образует растворимые комплексы [Mn(NH₃)_n] SO₄. Аммонийные соли и аммиак затрудняют образование твердой фазы гидроксида.
Влияние концентрации ионов Mn²⁺ и аммония, а также рН и температу-ры на выход по току характеризуется максимумами. При малой концентра-ции ионов NH₄⁺ происходит связывание ионов марганца у электрода в виде Mn(ОН)₂; в этом случае разряд ионов марганца затруднен.
Более сильное влияние на выход по току оказывает рН. Кислые и слабо-кислые среды облегчают выделение водорода. При высоком значении рН могут образоваться гидроксилы и основные соли, связывающие ионы Mn²⁺. Концентрация последних уменьшается и разряд их затрудняется. Повыше-ние температуры сильно снижает перенапряжение водорода. Слишком низ-кие температуры, возможно, тормозят процесс разряда ионов марганца вс-ледствие замедленного поступления их к электроду.
Электролит: Марганец – 32-40 г/л; Сульфат аммония – 130-170 г/л; температура 25-40⁰С; плотность тока 400-500 А/м² ; напряжение 5В; Вт=55-65% ; анод – сплав свинца с 1% серебром; катод – нержавеющая сталь; расход электроэнергии 7000-8000 кВт·ч/т.