金属锰的离子膜法电解制备及无铬钝化工艺研究

摘要

金属锰化学性质活泼，很容易被空气氧化，对金属锰片进行表面钝化处理是锰冶金必不可少的工艺环节。我国锰冶金行业长期采用成本低、易操作、钝化性能优异的铬酸盐钝化剂。最近，工业和信息产业部会同科技部、环境保护部推广用复合碳酸盐、磷化合物替代电解锰铬酸盐钝化剂。但是，该钝化剂组分比较复杂，钝化效果不及传统铬酸盐体系。因此，很有必要持续研究具有绿色环保、组分简单、钝化膜更加稳定的高性能钝化剂。
　　采用阴离子交换膜代替普通无纺布隔膜进行电解，运用正交设计和单因素实验对电解温度、电解液酸度、极片间距、电流密度、(NH4)2·SO4浓度、Mn2SO4·H2O浓度、H2SeO3浓度七个因素进行实验优化，结果表明，在37℃下，阴极液pH=7.5，极片间距为4cm，电流密度为200A/㎡时，同时(NH4)2SO4为110g/LMn2SO4·H2O为20g/LH2SeO3为0.02g/L时，得到的电流效率最高，实验值最高可达75.51％，采用工业电解液时高达80.02%，比目前工业生产高10~20%左右。
　　研制出了一种以硅酸盐为主体成膜剂，外加适量氧化剂的复合钝化方法。实验过程首先在最广泛应用的几种钝化剂中进行筛选最终确定主钝化剂为硅酸盐，其次运用正交设计和单因素实验对硅酸盐浓度、氧化剂浓度、钝化温度、钝化时间、钝化液pH值等工艺条件进行了确定，结果表明，硅酸盐钝化工艺的最优工艺条件为：钝化温度22~25℃，钝化时间30s~40s，钝化液pH=10.5~11.5，硅酸钠含量25~28g/L，氧化剂10~15mL/L。用钼蓝光度法测定钝化试片的硅含量，低于国家标准规定值，符合金属锰工业产品指标。
　　最后，通过盐水浸泡、通风挂片、硝酸高锰酸钾点蚀、电化学测量、SEM、EDS、XPS等实验方法和技术手段，系统比较了硅酸盐钝化试片和铬酸盐钝化试片表面形貌、膜层组成及耐腐蚀性能，结果表明，硅酸盐钝化金属锰片银白光亮，微观表面致密，膜层厚度为2.0~5.0 um，钝化膜的组成物质主要为Mn2+、Mn3+、Mn4+的氧化物或硅酸盐，其耐腐蚀性能优于铬酸盐钝化膜。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 金属锰工艺技术概况

1.3 离子交换膜及其在冶金中的应用

1.4 金属钝化技术的研究现状

1.5 本论文的研究内容

2.1 化学试剂与材料及实验仪器

2.2 离子膜电沉积锰实验

第3章 离子交换膜法电解制备高纯锰

3.1 电解锰工艺条件正交实验设计

3.2 电流效率的实验结果与讨论

3.3 锰片外观的实验结果与讨论

3.4 用工业精制电解液验证实验结果(单因素实验)

3.5 普通隔膜的对比实验

3.6 本章小结

第4章 金属锰的硅酸盐钝化技术

4.1 硅酸盐钝化膜的制备

4.2 钝化机理

4.3 硅酸盐钝化膜性能测试

4.4 钝化膜组分测定

4.5 硅酸盐处理后金属试样中硅含量测定(钼蓝光度法)

4.6 本章小结

第5章 硅酸盐钝化与传统铬酸盐钝化对比

5.1 外观对比

5.2 耐蚀性能对比

5.3 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 不足与展望

参考文献

致谢

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