一种电解精炼高纯金属锰的方法技术

本发明专利技术公开了一种电解精炼高纯金属锰的方法。以金属锰为阳极，镀钌钛板为阴极，硫酸锰水溶液为起始电解液，阴极与阳极通过隔膜布分开，开启电源电解得硫酸锰溶液得硫酸锰溶液。硫酸锰溶液依次经过在酸性条件下过氧化氢还原、硫酸铁沉淀去除钾钠离子、氟化锰沉淀过滤去除钙镁离子，溶液导入电解槽阴极区，硫酸锰溶液从阴极区流向阳极区，阴极区液面高于阳极区，设置温度、槽电压、电流密度，电解得高纯金属锰。本发明专利技术具有金属锰纯度高，杂质少，质量稳定、工艺简单的技术优点。工艺简单的技术优点。

【技术实现步骤摘要】
一种电解精炼高纯金属锰的方法


[0001]本专利技术属于冶金领域，具体涉及一种电解精炼高纯金属锰的方法。

技术介绍

[0002]集成电路制造用超高纯金属/合金靶材是我国信息产业的基础材料，是国家重点支持的一种技术难度大、附加值高的高技术产品。但因其制备工艺复杂，技术门槛高，目前仅有美国、日本和德国等少数发达国家生产企业实现了批量生产，价格十分昂贵。
[0003]申请公布号为202110588463.4的专利公布了一种从氯化锰电积液中电解沉积高纯锰的方法，配制氯化锰溶液，在配制好的氯化锰溶液中添加胶体硫，胶体硫的质量体积浓度为10
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14g/L，常温下充分搅拌混合均匀，用氨水调节溶液的pH值为5.0，得到电积液；再将电积液倒入电积槽内，调节电积槽的温度，阴极板、阳极板直流电流密度，电积电压，电积24h，即可得到纯度为99.99
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99.999％的高纯锰。该技术以高纯度的氯化锰和高纯氯化铵为原料调配成溶液，加入胶体硫作为添加剂或者加入以胶体硫为主的复合添加剂，替代传统电积锰溶液中添加有毒的二氧化硒或二氧化硫，制备纯度为99.99
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99.999％的高纯锰，工艺流程短，易于操作，绿色环保，满足清洁生产的要求，但该工艺未见工业化应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，提供一种电解精炼高纯金属锰的方法，克服了现有技术中无电解精炼高纯锰的问题。
[0005]本专利技术的技术方案：一种电解精炼高纯金属锰的方法，包括如下步骤：/>[0006](1)以金属锰为阳极，金、珀、钌或镀钌钛板为阴极，硫酸锰水溶液为起始电解液，阴极与阳极通过隔膜布分开，通直流电源进行电解，得硫酸锰溶液；
[0007](2)在步骤(1)中的硫酸锰溶液中加入稀硫酸和过氧化氢，将溶液中的高价锰还原为二价锰离子；
[0008](3)在步骤(2)中溶液中加入硫酸铁搅拌并沉淀，过滤去除钾钠离子；
[0009](4)在步骤(3)中溶液加入氟化锰搅拌并沉淀，过滤去除钙镁离子；
[0010](5)将步骤(4)溶液加入硫酸铵、氨水和去离子水调整锰离子浓度为10
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50g/L，硫酸铵浓度80
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120g/L，pH值7
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7.5，设置温度40
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60℃，溶液导入电解槽阴极区，阴极区液面高于阳极区1
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5cm，硫酸锰溶液从阴极区流向阳极区，开启电源电解，阴极得高纯金属锰。
[0011]上述的电解精炼高纯金属锰的方法，硫酸锰的浓度为10
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50g/L。
[0012]上述的电解精炼高纯金属锰的方法，步骤(2)中，加入过氧化氢，直到溶液中检测不到高价态锰离子为止。
[0013]上述的电解精炼高纯金属锰的方法，步骤(3)中，溶液中钾钠离子的总量与硫酸铁物质的量比为1:3。
[0014]上述的电解精炼高纯金属锰的方法，步骤(4)中，溶液中钙镁离子的总量与氟化锰物质的量比为1:2。
[0015]上述的电解精炼高纯金属锰的方法，步骤(5)中，调整后溶液中锰离子浓度为10
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50g/L，硫酸铵浓度90
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110g/L，pH值7
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7.5，设置温度40
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50℃，电解槽电压为0.1
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10V，阴极的电流密度为200
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500A/m2。
[0016]高价锰还原为二价锰离子采用的还原剂为过氧化氢，反应原理如下：
[0017]2KMnO4+5H2O2+3H2SO4＝K2SO4+2MnSO4+5O2↑
+8H2O
[0018]MnO2+H2O2+H2SO4→
MnSO4+O2↑
+2H2O
[0019]过滤去除钾钠离子采用硫酸铁，钾钠与铁物质的量比为1:3，反应原理如下：
[0020]K2SO4+3Fe2(SO4)3+12H2O
→
2KFe3[SO4(OH)3]2↓
+6H2(SO4)3[0021]Na2SO4+3Fe2(SO4)3+12H2O
→
2NaFe3[SO4(OH)3]2↓
+6H2(SO4)3[0022]沉淀去除钙镁离子采用氟化锰，钙镁离子与氟离子的物质的量比为1:2,反应原理如下：
[0023]Ca
2+
+MnF2→
CaF2↓
+Mn
2+
[0024]Mg
2+
+MnF2→
MgF2↓
+Mn
2+
[0025]为实现本专利技术的目的，本专利技术采用金属锰为阳极、镀钌钛板为阴极的流动相电解槽、通过还原转化、沉淀除杂的方式制备纯度为99.99
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99.999％的金属锰。
[0026]申请人在试验与工业生产研究过程中发现，金属锰中含有的主要金属杂质元素为钾、钠、镁、钙、锌、铁和镍。本专利技术以金属锰作为阳极，金属还原性小于锰的金属锌、铁和镍不会在阳极发生放电，以单质阳极泥的形式存在；钾、钠、镁和钙的会以硫酸盐的形式存在于阳极液中，本专利技术用双氧水在还原高价锰元素、用硫酸铁沉淀钠离子和钾离子、用氟化锰沉淀镁离子和钙离子得硫酸锰溶液，电解后得金属锰。与现有技术备相比，本专利技术具有以下优点：
[0027]该方法的基本原理是利用金属锰和杂质的电位序不同来分离提纯。
①
采用金属锰作为阳极，在直流电的作用下，阳极上的金属锰以离子状态进入电解液并经过净化处理在阴极上电化析出，成为阴极锰(电解精炼锰)，金属还原性小于锰的金属锌、铁和镍不会在阳极发生放电，以单质阳极泥的形式沉淀回收，
②
钾、钠、镁和钙的会以硫酸盐的形式存在于阳极液中,用硫酸铁沉淀钠离子和钾离子，用氟化锰沉淀镁离子和钙离子,最终得到的金属锰产品纯度高，纯度可达99.99％
‑
99.999％，可作为超高纯金属/合金靶材。
具体实施方式
[0028]下面结合实施例与对比实例对本专利技术作进一步的说明，但并不作为对本专利技术限制的依据。
[0029]实施例。一种电解精炼高纯金属锰的方法，包括如下步骤：
[0030](1)以金属锰为阳极，金、珀、钌或镀钌钛板为阴极，硫酸锰水溶液为起始电解液，阴极与阳极通过隔膜布分开，通直流电源进行电解，得硫酸锰溶液；
[0031](2)在步骤(1)中的硫酸锰溶液中加入稀硫酸和过氧化氢，将溶液中的高价锰还原为二价锰离子；
[0032](3)在步骤(2)中溶液中加入硫酸铁搅拌并沉淀，过滤去除钾钠离子；
[0033](4)在步骤(3)中溶液加入氟化锰搅拌并沉淀，过滤去除钙镁离子；
[0034](5)将步骤(4)溶液加入硫酸铵、氨水和去离子水调整锰离子浓度为10
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50g/L，硫
酸铵浓度80
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电解精炼高纯金属锰的方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）以金属锰为阳极，金、珀、钌或镀钌钛板为阴极，硫酸锰水溶液为起始电解液，阴极与阳极通过隔膜布分开，通直流电源进行电解，得硫酸锰溶液；（2）在步骤（1）中的硫酸锰溶液中加入稀硫酸和过氧化氢，将溶液中的高价锰还原为二价锰离子；（3）在步骤（2）中溶液中加入硫酸铁搅拌并沉淀，过滤去除钾钠离子；（4）在步骤（3）中溶液加入氟化锰搅拌并沉淀，过滤去除钙镁离子；（5）将步骤（4）溶液加入硫酸铵、氨水和去离子水调整锰离子浓度为10
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50g/L，硫酸铵浓度80
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120g/L，pH值7
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7.5，设置温度40
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60℃，溶液导入电解槽阴极区，阴极区液面高于阳极区1
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5cm，硫酸锰溶液从阴极区流向阳极区，开启电源电解，阴极得高纯金属锰。2.根据权利要求1所述的电解精炼高纯金属锰的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：李武斌，吴占新，叶昌美，胡志同，李勇，袁继维，
申请(专利权)人：贵州省新材料研究开发基地，
类型：发明
国别省市：