脉冲电场强化金属锰沉积行为研究

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金属锰是生产不锈钢、高强度合金钢及锰合金的重要原料,同时在医药、化工等领域也有广泛应用。目前,工业上普遍采用直流电沉积法生产金属锰。然而,直流电沉积金属锰时,一方面阴极上发生析出氢和沉积锰两种竞争反应,析氢反应的发生降低了电沉积锰的电流效率;另一方面,锰电沉积过程中会形成一些自阴极表面向溶液中“突出生长”的枝晶,这也是导致电流效率降低和产量减小、引起电极间短路和生产不稳定的主要因素之一。因此,探索新型的锰电沉积方法,对于金属锰生产的节能减排具有重要意义。本文采用脉冲电流电沉积制备金属锰,主要研究内容如下:①通过线性电位扫描法考察了电解液成分对电沉积锰的影响,结合生产实际,确定脉冲电沉积制备金属锰的电解液组成为:30g·L-1Mn2+、120g·L-1(NH42SO4、0.03g·L-1SeO2。②采用计时电流法研究脉冲电流对阴极电位的影响。脉冲电沉积锰阴极电位随着脉冲电流的周期性变化呈现出周期性波动,在同一电流密度下,脉冲电沉积时的阴极过电位比直流电沉积过电位大90~110mV。③采用光学显微镜和扫描电镜观察了脉冲电沉积锰的表面形貌和颗粒尺寸,得出:在电沉积过程中有少量的氢气在阴极吸附,电沉积初期锰表面有半径约10μm的球状颗粒生成,随着占空比的降低,球状颗粒有所减少;与直流相比,脉冲电沉积物的颗粒尺寸较小,当占空比为20%时的颗粒尺寸约为直流时的1/3。④通过自制隔膜电解槽进行脉冲电解实验,考察脉冲参数(占空比、频率、电流密度)对电解锰电流效率、产品质量的影响,得出最佳脉冲参数为:脉冲频率1000Hz、占空比50%、平均电流密度350A/m2,在此条件下脉冲电沉积8小时的电流效率达到82.6%,产品中硒含量为0.042%。⑤在电解锰工厂进行现场放大试验,考察脉冲电沉积技术运用到实际电解锰生产的效果。根据试验结果,采用脉冲电沉积技术制备金属锰时,电流效率比传统直流电沉积法高6%。
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