阅读说明：本技术 一种节能高效的真空炉法制备脱氢电解锰的方法 (Energy-saving and efficient method for preparing dehydroelectrolytic manganese by vacuum furnace method ) 是由 王国宁 杨家冬 李佑稷 高峰 李绍东 刘汉勇 于 2020-04-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种节能高效的真空炉法制备脱氢电解锰的方法,本发明采用真空炉法对电解锰进行脱氢处理,可使电解锰中的氢含量达到H<0.001％以下,达到一些特殊情况下对电解金属锰的低氢要求且对脱氢温度、时间、真空度三个工艺关键参数进行了正交试验优化选择,得到了脱氢工艺表,可以根据需要采用不同的工艺条件生产不同氢含量的产品,实现高效、节能、成本更低的生产目标。(The invention discloses an energy-saving and efficient method for preparing dehydrogenized electrolytic manganese by a vacuum furnace method, which adopts the vacuum furnace method to perform dehydrogenization treatment on electrolytic manganese, so that the hydrogen content in the electrolytic manganese can reach below 0.001 percent, the low-hydrogen requirement of electrolytic manganese metal under some special conditions is met, and orthogonal test optimization selection is performed on three process key parameters of dehydrogenization temperature, time and vacuum degree, a dehydrogenization process table is obtained, products with different hydrogen contents can be produced by adopting different process conditions according to needs, and the production targets of high efficiency, energy saving and lower cost are realized.)

一种节能高效的真空炉法制备脱氢电解锰的方法

【技术领域】

本发明涉及金属冶炼领域，尤其涉及一种节能高效的真空炉法制备脱氢电解锰的方法。

【背景技术】

锰做为重要的金属元素在钢铁等行业有着广泛的应用，现有的锰生产方法有很大一部分是电解金属锰，现行的电解金属锰产品标准随着技术进步，标准也在不断修正，大致先后主要有GB3418-82、YB/T051-93、YB/T051-2003、YB/T051-2015，但这些标准中并没有涉及氢元素的指标，在YB/T051-2015中，规定了Mn、C、S、P、Si、Se、Fe、K、Na、Ca、Mg等元素的指标，需方对以外的化学成分的特殊要求时，则由供需双方另行协商。因此现行各企业生产的产品中都没有规定氢的含量。

1.电解锰中氢的存在及影响

电解锰在生产过程中会使产品中有一定的氢存在。由于锰是高负电势的金属,自从美国矿山局1935年提出隔膜电解法生产金属锰以来,世界一直采用中性MnSO4-(NH4)2SO4-H2O系阴极液进行隔膜电解，这些物质在产品中会在产品中有一定的吸附结晶夹带。电解金属锰电沉积过程中,阴极上同时发生着两个互相竞争的电化学反应。

Mn²⁺+2e＝Mn

2H⁺+2e＝H2↑

另外,新生成的金属锰,特别是因故起泡甚至脱落阴极板的金属锰还与水反应:Mn+H2O→MnOH+H₂

从硫酸锰水溶液中电解析出金属锰,因阴极同时存在析锰与析氢两个反应,尽管实际操作过程中采取了抑制氢析出的许多措施,但析氢反应不能完全避免,尤其是夏季生产,电解槽温度偏高的情况下,析氢反应更趋严重。因此,阴极析出的电解金属锰总会夹带或吸附一定数量的氢，一般氢含量在0.015％----0.020％。

因此,电解金属锰中总是含有少量的氢。然而,氢在金属材料中是有害的,就钢材来说氢的危害有:①产生白点；②导致机械性能和焊接性能下降；③造成氢腐蚀；④产生“氢脆”；⑤引发“酸脆”；⑤产生气泡和针孔。因此，需要即将金属锰中的氢脱出，目前还未见对锰脱氢进行的报道，此外，进行脱氢时需要控制温度、时间和真空度等，而不同产品的要求采用统一条件，很容易造成资源浪费，且长时间的高温也容易对锰造成损伤，造成锰品质的下降，过高真空度也需要较高的设备成本和运营成本导致生产成本的增加。

【

发明内容

】

为解决上述问题，本发明公开了一种节能高效的真空炉法制备脱氢电解锰的方法，本发明采用真空炉法对电解锰进行脱氢处理,可使电解锰中的氢含量达到H<0.001％以下,达到一些特殊情况下对电解金属锰的低氢要求且对脱氢温度、时间、真空度三个工艺关键参数进行了正交试验优化选择，得到了脱氢工艺表，可以根据需要采用不同的工艺条件生产不同氢含量的产品，实现高效、节能、成本更低的生产目标。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种节能高效的真空炉法制备脱氢电解锰的方法，包括如下步骤：

步骤一、将实验用的电解锰装入真空炉1中，然后抽真空，加热进行脱氢，得到脱氢电解锰，选择不同的温度A、加热时间B和真空度C，得到在不同工艺条件下得到的脱氢电解锰的氢含量a，制作得到脱氢工艺表，脱氢工艺表中将脱氢电解锰的氢含量a和对应的工艺条件下由小到大依次排列；

步骤二、根据脱氢电解锰的用途确定脱氢电解锰中的最大氢含量水平b，选择脱氢工艺表中a≤b的所有工艺条件作为预选工艺条件，并选取预选工艺条件中成本最低的工艺方案作为终选工艺条件；

步骤三、将生产用的电解锰装入真空炉1中，按照终选工艺条件生产脱氢电解锰产品，然后降温到150℃以下后出路得到最终产品。

进一步的改进，a<0.001％。

进一步的改进，A为550℃-750℃,B为1h-3h，C为350pa-50pa。

进一步的改进，所述电解锰通过料车2装入导轨小车3，导轨小车3将电解锰装入真空炉1。

进一步的改进，所述真空炉1连通有若干真空泵4。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。下文描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1为本发明的结构图。

【

具体实施方式

】

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，在生产系统中，有真空炉1及配以加热的电热调压及控制系统、过滤除尘器6、由真空泵4和罗茨泵5组成的两级抽真空及排空系统，以及装物料料车2和导轨小车3组成。

本发明的关键工艺参数如下所示：

1.脱氢温度

本实验采取精确控温手段，将脱氢温度控制在550-750℃之间、脱氢温度对产品含氢量影响大，温度低的话脱氢不完全，温度太高锰发生烧结或溶化的现象严重，影响效果。

2.保温时间

脱氢保温时间直接关系到电解锰脱氢最终能达到的完成程度。时间过短则不利于含氢物质的脱附并向外扩散并抽出炉体外；时间过长则有可能会造成锰的烧损、产品含氧过高，易造成锰品质下降。通过实验确定反应时间为1-3小时。

3.炉内真空度

适宜的真空条件，也是决定产品氢含量的一个关键因素。在真空状态下的脱氢过程中，真空度达不到一定要求时，脱氢速度会较缓，且真空泵对外抽气的速率不高，也影响脱氢效果，导致脱氢不充分，影响产品质量，而提高真空度将意味着对设备的投资、对工艺的要求进一步的增加。本生产系统采用两级真空系统，前级由两台真空泵并联，当只开一台真空泵时，系统可达到350Pa，而两台真空泵并联运行则可达150Pa，当真空泵达到极限抽效时，再启用罗茨泵进行二级增强抽真空，系统将达到50Pa的最高真空度。由此本工艺将炉内气氛真空度可控制在350pa-50pa之间。

2对产品脱氢效果(含氢量)的工艺参数选择及优化试验

2.1原材料准备及检测仪器

2.1.1电解金属锰片(DJMnD99.8％)

每个料车装1.5吨，每入一炉生产(一个试验批次)为两个料车计3吨。

2.1.2产品氢含量检测设备及方法

实验仪器：ONH-3000脉冲红外热导氧氮氢分析仪

原理：氢含量的测定使用惰气脉冲熔融热导法(GB/T 223.82-2007)，该方法适用于全范围氢的测定。将制备好的试料置于加样口内,投入经脱气的石墨坩埚中,在流动情气中高温熔融,折出的氢气与其他气体分离,通过热导池检测；根据热导率变化,计算出氢含量。[4]

仪器配置有两个独立的分别检测高氧和低氧的红外检测池，一个检测氮和氢双重范围的热导检测池。样品在高功率脉冲炉的石墨坩埚中加热可达3000℃以上高温，该仪器具有灵敏度高、性能好、测量范围宽和分析结果准确可靠等优点，是为快速、准确测定固体无机材料中氧、氮、氢的含量而专门设计制造的，分析过程中可自动实现从低范围到高范围的切换。

载气：氩气、氦气、氮气，纯度99.9995％，

辅材：粒状/稀土氧化铜，碱石棉，无水高氯酸镁，锡囊，石墨坩埚，电子天平。

2.2方案设计

2.2.1工艺控制参数

采用三种参数(因素)条件下的正交与优化实验方案

因素A:脱氢温度:根据现行生产条件，选定550℃设为水平1，650℃设为水平2，750℃为水平3。(水平1、2、3分别称做：温度较低、温度中等、温度较高)

因素B:脱氢时间:高温条件下的保温时间分别为1小时为水平1，2小时为水平2，3小时为水平3。(水平1、2、3分别称做：时间较短、时间中等、时间较长)

因素C:真空度：根据真空泵的使用方式及组合控制，选定350Pa设为水平1，150Pa设为水平2，50Pa为水平3。(水平1、2、3分别称做：真空度较低、真空度中等、真空度较高)

正交与优化实验选取3因素3水平的正交表L9(3³)正交试验水平见表1，

表1正交实验因素水平表

本实验进行了9个批次的生产及结果检测，得到脱氢工艺表，具体见表2

表2脱氢工艺表

从表中结果可以看出,除采用A₁B₁C₁(温度较低、时间较短、真空度较低)这个工艺生产出来的产品氢含量高于10ppm以外，其余的产品氢含量均低于10ppm，其中最好的工艺条件为：温度中等(650℃)、时间中等(2小时)、真空度较高(50Pa)，氢含量可低至5.6ppm。

其中在生产时，判断真空炉加热时的耗能和抽真空的耗能及反应时间对装置的损耗以及生产工期等得到不同工艺条件下的生产成本和生产效率，根据需要选择其中可以生产出合格产品的最低成本或高效的工艺进行生产，从而达到节能和节省成本的目的。

本发明优点如下：

1.采用真空炉法对电解锰进行脱氢处理,可使电解锰中的氢含量达到H<0.001％以下,达到一些特殊情况下对电解金属锰的低氢要求。

2.通过脱氢工艺对脱氢温度、时间、真空度三个工艺关键参数进行了正交试验优化选择，得出了各参数对脱氢效果的影响程度，以此得出各参数的最佳取值以及化优组合，并可采用不同的工艺条件生产不同氢含量的产品，实现高效、节能、成本更低目标。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但并不仅仅限于说明书和实施方案中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里所示出与描述的图例。