二氧化錳電解液深度除雜質(zhì)方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電池材料加工領(lǐng)域,具體地說(shuō)是一種二氧化錳電解液深度除雜質(zhì)方法。該方法包括中和除鐵、硫化沉淀除雜、吸附劑深度除雜步驟,在氧化錳礦粉、新生二氧化錳除雜的基礎(chǔ)上引入Ca(MnO4)2、NaMnO4中的MnO4-作為吸附劑,硫酸錳溶液通過(guò)碳酸鈣中和除鐵后,繼續(xù)用碳酸鈣CaCO3調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液的pH值至4.5,加入吸附劑,使微量元素As、Sb、Mo的濃度都≤0.005ppm。本發(fā)明通過(guò)引入MnO4-吸附劑進(jìn)行更有效除雜吸附,提高生產(chǎn)工藝效率,獲得雜質(zhì)含量低的優(yōu)質(zhì)硫酸錳溶液,為后期電解獲得優(yōu)質(zhì)二氧化錳半成品打好基礎(chǔ)。
【專利說(shuō)明】二氧化錳電解液深度除雜質(zhì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電池材料加工領(lǐng)域,具體地說(shuō)是一種對(duì)電解二氧化錳電解液——硫酸錳溶液中有害金屬離子的深度除雜方法。
【背景技術(shù)】
[0002]制備高純度的硫酸錳溶液,是制造堿性鋅錳電池用電解二氧化錳(EMD)的必備前過(guò)程,堿性鋅錳干電池的發(fā)展,對(duì)EMD提出了越來(lái)越高的要求。其化學(xué)純凈度是其中的一個(gè)方面。據(jù)較早的資料介紹,影響電池性能的EMD,其化學(xué)雜質(zhì)可分為有效成分(Hg);接近無(wú)害成分(Mg、Na、Mn);稍有害成分(Cd、Fe);相當(dāng)有害成分(N1、Co、Mo、Cu)及最有害成分(Sb、As)。這些成分不僅僅是指數(shù)量的多少,而且還與存在的價(jià)態(tài),在電解液中的溶解度,氫過(guò)電位有關(guān)。稍有不同的是,當(dāng)前將EMD中的Mo作為最有害電池的元素看待。其實(shí)Mo與As、Sb 一樣有害于電池,只是在制備供電解生產(chǎn)EMD的電解液硫酸錳溶液時(shí),Mo比As、Sb更難除盡,而使EMD制品中Mo含量高于As、Sb而已。
[0003]在傳統(tǒng)的硫酸錳除雜過(guò)程中,由于新生成的二氧化錳具有很大的比表面積,且由于顯電負(fù)性,故對(duì)金屬離子,尤其是原子半徑大,電子層數(shù)多,有不飽和的內(nèi)電子層易于變形的離子,有著極大的吸附能力,并被應(yīng)用于化學(xué)分析,分析樣的制備及化學(xué)物的重金屬離子凈化上。二氧化錳的吸附正離子被認(rèn)為是一種交換作用,即氫離子從膠體質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散層轉(zhuǎn)入溶液中。二氧化錳不僅對(duì)As、Sb、Mo離子具有很強(qiáng)的吸附作用,而且對(duì)溶液中的Cu、C0.N1.Fe等離子均有較強(qiáng)的吸附能力。故采用二氧化錳處理硫酸錳溶液,可以進(jìn)一步降低溶液中的重金屬離子含量,使得硫酸錳溶液更為純凈。而天然二氧化錳(NMD),化學(xué)二氧化錳(CMD)及電解二氧化錳(EMD),無(wú)論加工致何種細(xì)度,其吸附能力都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如新生成的二氧化錳,達(dá)不到凈化硫酸錳溶液中的As、Sb、Mo的目的。如果在凈化除雜過(guò)程中僅僅依靠新生成的二氧化錳,將加重了除雜過(guò)程的成本負(fù)擔(dān),而如果依靠廉價(jià)的超細(xì)氧化錳礦粉,硫酸錳溶液的除雜效果又不顯著。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有電解二氧化錳電解液一硫酸錳溶液中有害金屬離子的深度除雜方法存在除雜效果差、除雜成本高等問(wèn)題,在氧化錳礦粉、新生二氧化錳的基礎(chǔ)上引入Ca (MnO4)2^NaMnO4中的MnO4—作為吸附劑,提供一種二氧化錳電解液深度除雜質(zhì)方法。
[0005]本發(fā)明的方案是通過(guò)這樣實(shí)現(xiàn)的:一種二氧化錳電解液深度除雜質(zhì)方法,該方法包括利用碳酸鈣中和除去氧化錳礦粉酸浸取得到的粗硫酸錳溶液中的鐵離子,使Fe的濃度≤10_5mol/L,簡(jiǎn)稱中和除鐵,該方法還包括硫化沉淀除雜、吸附劑深度除雜步驟,具體操作步驟如下:
(I)中和除鐵:常溫條件下,往粗制硫酸錳混合液中加入碳酸鈣,中和溶液中殘留的H2SO4,使溶液pH值為5.0,停止加入碳酸鈣,檢測(cè)溶液中二價(jià)鐵離子的濃度≤10-5mol/L時(shí)為合格,若二價(jià)鐵離子的濃度> 10_5mOl/L,加入吸附劑,直到混合液中二價(jià)鐵離子含量合格為止,二價(jià)鐵離子合格后繼續(xù)加入碳酸鈣調(diào)整PH值為6.0,檢測(cè)混合液中三價(jià)鐵離子的濃度≤10_5mol/L時(shí)為合格,若三價(jià)鐵離子的濃度〉10_5mol/L,繼續(xù)加入碳酸韓,直到混合液中三價(jià)鐵離子含量合格為止,過(guò)濾除去濾渣得到粗硫酸錳溶液。
[0006](2)硫化沉淀除雜:加熱步驟(1)得到的粗硫酸錳溶液到85_90°C,緩慢加入硫化鋇BaS和硫化鈉Na2S的硫化混合物,硫化混合物加入的速度為2_5g/L/min,每隔30min檢測(cè)一次 Cu、Pb、N1、Co 的濃度,當(dāng) Cu ≤2ppm、Pb ≤ 3ppm、Ni ≤2ppm、Co ≤ 2ppm 時(shí)停止加入硫化混合物,過(guò)濾得到硫化沉淀除雜后的硫酸錳溶液。
[0007](3)吸附劑深度除雜:在步驟(2)得到的硫酸錳溶液中加入電解廢液調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液的pH至4.0-5.0,加入吸附劑,使微量元素As、Sb、Mo的濃度都≤0.005ppm,按照反應(yīng)溶液:助濾劑=1OOL:20-25g的比例投入助濾劑,攪拌20-30min后過(guò)濾除去沉淀物得到濾液,往濾液中加入高分子聚電解質(zhì),加入的高分子聚電解質(zhì)與濾液的比例為2-5g:100L,靜置I天,固液分離除去濾渣得到深度除雜后的硫酸錳溶液。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步限定,所述的吸附劑為粒度> 300目的氧化錳礦粉、電解二氧化錳回收粉、5~20%高錳酸鈣Ca (MnO4)2溶液、5~20%高錳酸酸鈉NaMnO4溶液中的任一種或是他們的混合物。本發(fā)明用的吸附劑二氧化錳為新生二氧化錳,而非天然二氧化錳、化學(xué)二氧化錳、電解二氧化錳回收粉,所用到的高錳酸鈣Ca (MnO4)2溶液、高錳酸鈉NaMnO4溶液為高錳酸通過(guò)鉀明礬法或是氟硅酸鉀法經(jīng)過(guò)復(fù)分解去鉀、中和、蒸發(fā)等步驟得到。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步限定,所述的硫化混合物為20%_30%Na2S溶液與20%_30%BaS溶液按照體積比例為0.1~0.2L:0.8~0.9L混合。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步限定,所述的助濾劑為硅藻土、珍珠巖、纖維素、石棉、石墨粉、鋸屑中的任一種。
[0011]作為本發(fā)明的進(jìn)一步限定,所述的高分子聚電解質(zhì)為聚丙烯酰胺、聚乙烯亞胺、陽(yáng)離子淀粉、聚酰胺中的任一種。
[0012]本發(fā)明具備以下良好效果:
(I)在氧化錳礦粉、新生二氧化錳除雜的基礎(chǔ)上引入Ca (MnO4) 2、NaMnO4中的MnO4一作為吸附劑,硫酸錳溶液通過(guò)碳酸鈣中和除鐵后,用電解廢液調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液的PH至4.0-5.0,加入吸附劑,使硫酸錳溶液中微量元素As、Sb、Mo的濃度都≤0.005ppm。
[0013](2)本發(fā)明方法可克服硫化沉淀除雜中對(duì)微量元素As、Sb、Mo除雜不徹底的問(wèn)題,傳統(tǒng)方法中采用硫化沉淀法除去硫酸錳溶液中的Mo,造成電解液循環(huán)量即硫酸錳溶液量需求大幅度上升,甚至是以往所需量的一倍,這是極為不經(jīng)濟(jì)的,而且,由于Mo在酸性條件下,以硫化物沉淀時(shí),極易生成MoS3膠體而留于溶液中,同理As、Sb兩種金屬元素也存在上述問(wèn)題,造成了 Mo、As、Sb難以除盡,給生產(chǎn)帶來(lái)了后期處理麻煩。而本發(fā)明引入Ca(MnO4)
2、NaMnO4中的MnO4—作為吸附劑,對(duì)As、Sb、Mo離子具有很強(qiáng)的吸附作用,對(duì)溶液中的Cu、Co、N1、Pb、Fe等離子均有較強(qiáng)的吸附能力,硫酸錳溶液在經(jīng)過(guò)除Fe、Cu、Co、N1、Pb后,在吸附劑的二次吸附作用下,可實(shí)現(xiàn)更深層次的除雜,得到優(yōu)質(zhì)的硫酸錳溶液,實(shí)現(xiàn)硫酸錳溶液電解的經(jīng)濟(jì)化,同時(shí)減輕了后期除雜的負(fù)擔(dān),最終降低了電解二氧化錳的生產(chǎn)成本。
【具體實(shí)施方式】[0014]以下結(jié)合實(shí)施例描述本發(fā)明一種二氧化錳電解液深度除雜質(zhì)方法,這些描述并不是對(duì)本
【發(fā)明內(nèi)容】
作進(jìn)一步的限定。
[0015]實(shí)施例1
(I)中和除鐵:常溫條件下,往粗制硫酸錳漿液中加入碳酸鈣,中和溶液中殘留的H2SO4,使溶液pH值為5.0,停止加入碳酸鈣,檢測(cè)溶液中二價(jià)鐵離子的濃度≤10_5mol/L時(shí)為合格,若二價(jià)鐵離子的濃度> 10_5mOl/L,加入吸附劑,直到混合液中二價(jià)鐵離子含量合格為止,二價(jià)鐵離子合格后繼續(xù)加入碳酸鈣調(diào)整PH值為6.0,檢測(cè)混合液中三價(jià)鐵離子的濃度≤10_5mol/L時(shí)為合格,若三價(jià)鐵離子的濃度〉10_5mol/L,繼續(xù)加入碳酸韓,直到混合液中三價(jià)鐵離子含量合格為止,過(guò)濾除去濾渣得到粗硫酸錳溶液。
[0016](2)硫化沉淀除雜:加熱步驟⑴得到的粗硫酸錳溶液到90°C,緩慢加入硫化鋇BaS和硫化鈉Na2S的硫化混合物,30%硫化鈉Na2S溶液與25%硫化鋇BaS溶液按照體積比例為0.1L:0.9L混合,硫化混合物加入的速度為5g/L/min,每隔30min檢測(cè)一次Cu、Pb、N1、Co的濃度,當(dāng)Cu < 2ppm、Pb ( 3ppm、Ni ( 2ppm、Co ( 2ppm時(shí)停止加入硫化混合物,過(guò)濾得到硫化沉淀除雜后的硫酸錳溶液。
[0017](3)吸附劑深度除雜:在步驟(2)得到的硫酸錳溶液中加入電解廢液調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液的pH至4.5,加入吸附劑,使微量元素As、Sb、Mo的濃度都≤0.005ppm,按照反應(yīng)溶液:助濾劑=IOOL:25g的比例投入硅藻土助濾劑,攪拌30min后過(guò)濾除去沉淀物得到濾液,往濾液中加入聚丙烯酰胺高分子聚電解質(zhì),加入的高分子聚電解質(zhì)與濾液的比例為5g:100L,靜置I天,固液分離除去濾渣得到深度除雜后的硫酸錳溶液。
[0018]本實(shí)施例用到的吸附劑為粒度≥300目的氧化錳礦粉與20%高錳酸鈣Ca (MnO4)2溶液按照5g:6ml的比例混合。
[0019]本實(shí)施例得到的硫酸錳溶液中雜質(zhì)Fe、Cu、Pb、N1、Co、K、Na、Ca、Mg等指標(biāo)的含量低,Cu ( 2ppm、Pb ( 3ppm、Ni ( 2ppm、Co ( 2ppm,尤其是 Fe 達(dá)到 l(T6mol/L 以下,微量元素As、Sb、Mo的濃度都< 0.005ppm以下,使雜質(zhì)K ( 60ppm, Na含量降低到最低限度。
[0020]實(shí)施例2
(I)中和除鐵:同實(shí)施例1。
[0021](2)硫化沉淀除雜:加熱步驟(1)得到的粗硫酸錳溶液到85°C,緩慢加入硫化鋇BaS和硫化鈉Na2S的硫化混合物,30%硫化鈉Na2S溶液與30%硫化鋇BaS溶液按照體積比例為0.1L:0.9L混合,硫化混合物加入的速度為2g/L/min,每隔30min檢測(cè)一次Cu、Pb、N1、Co的濃度,當(dāng)Cu < 2ppm、Pb ( 3ppm、Ni ( 2ppm、Co ( 2ppm時(shí)停止加入硫化混合物,過(guò)濾得到硫化沉淀除雜后的硫酸錳溶液。
[0022](3)吸附劑深度除雜:在步驟(2)得到的硫酸錳溶液中加入電解廢液調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液的pH至4.5,加入吸附劑,使微量元素As、Sb、Mo的濃度都≤0.005ppm,按照反應(yīng)溶液:助濾劑=IOOL:20g的比例投入珍珠巖助濾劑,攪拌20min后過(guò)濾除去沉淀物得到濾液,往濾液中加入陽(yáng)離子淀粉高分子聚電解質(zhì),加入的高分子聚電解質(zhì)與濾液的比例為2g:100L,靜置I天,固液分離除去濾渣得到深度除雜后的硫酸錳溶液。
[0023]本實(shí)施例用到的吸附劑為粒度≥300目的氧化錳礦粉與5%高錳酸鈉NaMnO4溶液按照5g:10ml的比例混合得到的混合物。
[0024]本實(shí)施例得到的硫酸錳溶液中雜質(zhì)Fe、Cu、Pb、N1、Co、K、Na、Ca、Mg等指標(biāo)的含量低,Cu≤ 2ppm、Pb≤ 3ppm、Ni ≤ 2ppm、Co≤ 2ppm,尤其是 Fe 達(dá)到 l(T6mol/L 以下,微量元素As、Sb、Mo的濃度都< 0.005ppm以下,使雜質(zhì)K ≤ 60ppm, Na含量降低到最低限度。
[0025]實(shí)施例3
(I)中和除鐵:同實(shí)施例1。
[0026](2)硫化沉淀除雜:加熱步驟⑴得到的粗硫酸錳溶液到88°C,緩慢加入硫化鋇BaS和硫化鈉Na2S的硫化混合物,25%硫化鈉Na2S溶液與25%硫化鋇BaS溶液按照體積比例為0.2L:0.8L混合,硫化混合物加入的速度為4g/L/min,每隔30min檢測(cè)一次Cu、Pb、N1、Co的濃度,當(dāng)Cu < 2ppm、Pb ≤ 3ppm、Ni≤ 2ppm、Co≤ 2ppm時(shí)停止加入硫化混合物,過(guò)濾得到硫化沉淀除雜后的硫酸錳溶液。
[0027](3)吸附劑深度除雜:在步驟(2)得到的硫酸錳溶液中加入電解廢液調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液的PH至4.0,加入吸附劑,使微量元素As、Sb、Mo的濃度都≤ 0.005ppm,按照反應(yīng)溶液:助濾劑=IOOL:23g的比例投入石棉助濾劑,攪拌25min后過(guò)濾除去沉淀物得到濾液,往濾液中加入聚乙烯亞胺高分子聚電解質(zhì),加入的高分子聚電解質(zhì)與濾液的比例為3.5g:100L,靜置I天,固液分離除去濾渣得到深度除雜后的硫酸錳溶液。
[0028]本實(shí)施例用到的吸附劑為新生二氧化錳MnO2與5%高錳酸鈣Ca (MnO4)2溶液按照5g:15ml的比例進(jìn)行混合后的混合物。
[0029]本實(shí)施例得到的硫酸錳溶液中雜質(zhì)Fe、Cu、Pb、N1、Co、K、Na、Ca、Mg等指標(biāo)的含量低,Cu ≤ 2ppm、Pb≤ 3ppm、Ni ≤ 2ppm、Co ≤ 2ppm,尤其是 Fe 達(dá)到 l(T6mol/L 以下,微量元素As、Sb、Mo的濃度都< 0.005ppm以下,使雜質(zhì)K ≤ 60ppm, Na含量降低到最低限度。
[0030]實(shí)施例4
(I)中和除鐵:同實(shí)施例1。
[0031](2)硫化沉淀除雜:加熱步驟(1)得到的粗硫酸錳溶液到85°C,緩慢加入硫化鋇BaS和硫化鈉Na2S的硫化混合物,30%硫化鈉Na2S溶液與30%硫化鋇BaS溶液按照體積比例為0.15L:0.85L混合,硫化混合物加入的速度為3.0g/L/min,每隔30min檢測(cè)一次Cu、Pb、N1、Co 的濃度,當(dāng) Cu < 2ppm、Pb ≤ 3ppm、Ni ≤ 2ppm、Co ≤ 2ppm 時(shí)停止加入硫化混合物,過(guò)濾得到硫化沉淀除雜后的硫酸錳溶液。
[0032](3)吸附劑深度除雜:在步驟(2)得到的硫酸錳溶液中加入電解廢液調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液的PH至4.0,加入吸附劑,使微量元素As、Sb、Mo的濃度都≤ 0.005ppm,按照反應(yīng)溶液:助濾劑=IOOL:22g的比例投入鋸屑助濾劑,攪拌28min后過(guò)濾除去沉淀物得到濾液,往濾液中加入聚酰胺高分子聚電解質(zhì),加入的高分子聚電解質(zhì)與濾液的比例為3.5g:100L,靜置I天,固液分離除去濾渣得到深度除雜后的硫酸錳溶液。
[0033]本實(shí)施例用到的吸附劑為由高錳酸鈣Ca (MnO4) 2溶液與高錳酸鈉NaMnO4溶液混合得到的Μη04—含量為15%的高錳酸根溶液。
[0034]本實(shí)施例得到的硫酸錳溶液中雜質(zhì)Fe、Cu、Pb、N1、Co、K、Na、Ca、Mg等指標(biāo)的含量低,Cu ≤ 2ppm、Pb ≤ 3ppm、Ni ≤ 2ppm、Co ≤ 2ppm,尤其是 Fe 達(dá)到 l≤ T6mol/L 以下,微量元素As、Sb、Mo的濃度都< 0.005ppm以下,使雜質(zhì)K ≤ 60ppm, Na含量降低到最低限度。
[0035]本發(fā)明上述實(shí)施例方案僅是對(duì)本發(fā)明的說(shuō)明而不能限制本發(fā)明,權(quán)利要求中指出了本發(fā)明產(chǎn)品組成成分、成分比例、制備方法參數(shù)的范圍,而上述的說(shuō)明并未指出本發(fā)明參數(shù)的范圍,因此,在與本發(fā)明的權(quán)利要求書相當(dāng)?shù)暮x和范圍內(nèi)的任何改變,都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是包括在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
[0036]本發(fā)明是經(jīng)過(guò)多位電解二氧化錳生產(chǎn)工藝研究人員長(zhǎng)期工作經(jīng)驗(yàn)積累,并通過(guò)創(chuàng)造性勞動(dòng)創(chuàng)作而出,最終實(shí)現(xiàn)二氧化錳電解專用硫酸錳溶液深度除雜質(zhì),本發(fā)明制備得到的硫酸猛溶液中雜質(zhì)Fe、Cu、Pb、N1、Co、K、Na、Ca、Mg等指標(biāo)的含量低,Cu ( 2ppm、Pb < 3ppm、Ni ^ 2ppm、Co ^ 2ppm,尤其是 Fe 達(dá)到 l(T6mol/L 以下,微量元素 As、Sb、Mo 的濃度都≤0.005ppm以下,使雜質(zhì)K ( 60ppm, Na含量降低到最低限度。
【權(quán)利要求】
1.一種二氧化錳電解液深度除雜質(zhì)方法,該方法包括利用碳酸鈣中和除去氧化錳礦粉酸浸取得到的粗硫酸錳溶液中的鐵離子,使Fe的濃度< 10_5mol/L,其特征在于,該方法還包括硫化沉淀除雜、吸附劑深度除雜步驟: a、硫化沉淀除雜:加熱鐵Fe濃度<10_5mol/L的粗硫酸猛溶液到85_90°C,緩慢加入硫化鋇BaS和硫化鈉Na2S的硫化混合物,硫化混合物加入的速度為2_5g/L/min,每隔30min檢測(cè)一次 Cu、Pb、N1、Co 的濃度,當(dāng) Cu < 2ppm、Pb ( 3ppm、Ni ( 2ppm、Co ( 2ppm 時(shí)停止加入硫化混合物,得到硫化沉淀除雜后的硫酸錳溶液; b、吸附劑深度除雜:在步驟a得到的硫酸錳溶液中加入CaCOjf節(jié)反應(yīng)溶液的pH至4.5,加入吸附劑,使微量元素As、Sb、Mo的濃度都≤0.005ppm,按照反應(yīng)溶液:助濾劑=IOOL:10-25g的比例投入助濾劑,攪拌20-30min后過(guò)濾除去沉淀物得到濾液,往濾液中加入高分子聚電解質(zhì),加入的高分子聚電解質(zhì)與濾液的比例為2-5g:100L,靜置I天,固液分離除去濾渣得到深度除雜后的硫酸錳溶液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化錳電解液深度除雜質(zhì)方法,其特征在于,所述的吸附劑為粒度≤300目的氧化錳礦粉、電解二氧化錳回收粉、5~20%高錳酸鈣Ca (MnO4) 2溶液、5^20%高錳酸酸鈉NaMnO4溶液中的任一種或是他們的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一項(xiàng)所述的二氧化錳電解液深度除雜質(zhì)方法,其特征在于,所述的硫化混合物為20%-30%硫化鈉Na2S溶液與20%_30%硫化鋇BaS溶液按照體積比例為0.1~0.2L:0.8~0.9L 混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二氧化錳電解液深度除雜質(zhì)方法,其特征在于,所述的助濾劑為硅藻土、珍珠巖、纖 維素、石棉、石墨粉、鋸屑中的任一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的二氧化錳電解液深度除雜質(zhì)方法,其特征在于,所述的高分子聚電解質(zhì)為聚丙烯酰胺、聚乙烯亞胺、陽(yáng)離子淀粉、聚酰胺中的任一種。
【文檔編號(hào)】C25B1/21GK103556172SQ201310546708
【公開(kāi)日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月7日
【發(fā)明者】覃勝先, 吳偉金, 涂忠益, 羅冰, 吳元花, 張亮樂(lè) 申請(qǐng)人:廣西桂柳化工有限責(zé)任公司