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文檔簡介
1、Mg2+對硫酸錳電解液理化性質(zhì)的影響 對硫酸錳電解液理化性質(zhì)的影響 秦吉濤 1,2,3,王家偉 1,2,3,王海峰 1,2,3,趙平源 1,2,3 (1.貴州大學(xué) 材料與冶金學(xué)院,貴陽 550025; 2.電池用錳材料工程技術(shù)研究中心,貴州 銅仁 554300; 3.貴州省冶金工程與過程節(jié)能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,貴陽 550025) 摘要 摘要:控制試驗(yàn)溶液中 Mn2+濃度 18.75 g/L、(NH4)2SO4 濃度 100 g/L,研究 Mg
2、2+濃度對硫酸錳電解液理化性質(zhì)的影響。結(jié)果表明,隨著 Mg2+濃度的增加,不同溫度梯度下硫酸錳電解液的密度、電導(dǎo)率以及黏度均呈上升趨勢,而表面張力逐漸下降。當(dāng) Mg2+濃度一定時(shí),隨著溫度的升高,硫酸錳電解液的密度、黏度及表面張力呈下降趨勢,而電導(dǎo)率逐漸增加。 關(guān)鍵詞 關(guān)鍵詞:硫酸錳電解液;鎂離子;理化性質(zhì) 中圖分類號: 中圖分類號:TF803.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號: 文章編號:1007-7545(2019)0
3、1-0000-00 Effect of Mg2+ on Physicochemical Properties of Manganese Sulfate Electrolyte QIN Ji-tao1,2,3, WANG Jia-wei1,2,3, WANG Hai-feng1,2,3, ZHAO Ping-yuan1,2,3 (1. College of Materials and Metallurgy, Guizhou Univers
4、ity, Guiyang 550025, China; 2. Engineering Technology and Research Center of Manganese Material for Battery, Tongren 554300, Guizhou, China; 3. Guizhou Province Key Laboratory of Metallurgical Engineering and Energy Savi
5、ng, Guiyang 550025, China) Abstract:Effect of Mg2+ concentration on physicochemical properties of manganese sulfate electrolyte was studied with concentration of Mn2+ and (NH4)2SO4 in solution of 18.75 g/L and 100 g/L re
6、spectively. The results show that density, conductivity and viscosity of manganese sulfate electrolyte rise, while surface tension drops under different temperature gradients with increase of Mg2+ concentration. With a c
7、onstant concentration of Mg2+, density, viscosity and surface tension of manganese sulfate electrolyte drop, while conductivity rises with increase of temperature. Key words:manganese sulfate electrolyte; magnesium ion;
8、physicochemical property 電解錳行業(yè)屬于典型的“高投入、高消耗、高污染、低效益”行業(yè)錯(cuò)誤 錯(cuò)誤!未找到引用源。 未找到引用源。,電解錳是我國重要的冶金、化工原材料,有著非常重要的地位錯(cuò)誤 錯(cuò)誤!未找到引用源。 未找到引用源。。由于電解錳行業(yè)整體技術(shù)水平不高,電解液雜質(zhì)較多,導(dǎo)致生產(chǎn)成本相對較高, 所以電解液的凈化除雜是一個(gè)亟待解決的問題。 電解液中的大多數(shù)雜質(zhì)都有成熟的凈化工藝,而鎂離子還沒有高效的凈化方法。由于
9、鎂離子的溶解度較大,并且鎂離子不參與陰極反應(yīng),導(dǎo)致鎂離子不斷地富集在電解液中,會使其與電解液中的其他離子形成結(jié)晶,造成電解質(zhì)中有益成分的損失,同時(shí)也會堵塞電解液流動通道,使運(yùn)送能耗增加,從而增加生產(chǎn)成本,降低產(chǎn)品質(zhì)量。為解決鎂離子對電解錳行業(yè)帶來的一系列問題,人們進(jìn)行了大量的研究錯(cuò)誤 錯(cuò)誤!未找到引用源。 未找到引用源。,以便可以提高錳的電積生產(chǎn)效率。 硫酸錳電解液中鎂離子的凈化除雜,需要在機(jī)理上進(jìn)行深入研究。目前在電解錳行業(yè),硫酸錳電
10、解液中Mg2+濃度約為 20~25 g/L, 因此通過研究電解錳工業(yè)生產(chǎn)中鎂離子濃度對硫酸錳電解液理化性質(zhì)的影響, 可以為電解液中鎂離子雜質(zhì)的去除提供理論指導(dǎo)。在前期研究錯(cuò)誤 錯(cuò)誤!未找到引用源。 未找到引用源。的基礎(chǔ)上,本文重點(diǎn)研究鎂離子濃度對硫酸錳電解液理化性質(zhì)的影響。 1 試驗(yàn) 試驗(yàn)部分 部分 試驗(yàn)采用貴州天磁錳業(yè)生產(chǎn)的錳片、分析純硫酸和硫酸銨來配置硫酸錳溶液,再根據(jù)試驗(yàn)要求,依次加入不同質(zhì)量的硫酸鎂,配置成不同鎂離子濃度梯度的硫
11、酸錳電解液。 稱取一定量經(jīng)濃硝酸除鉻后的電解錳片,溶于濃硫酸中配制 Mn2+為 37.5 g/L 的硫酸錳溶液。量取 200 mL硫酸錳溶液,加入 400 g 硫酸銨, 依次加入不同量的硫酸鎂并稀釋至 400 mL,配制不同 Mg2+濃度的硫酸錳電解液。試驗(yàn)的基液濃度為:Mn2+ 18.75 g/L、硫酸銨 100 g/L,Mg2+濃度依次為 10、15、20、25、30 g/L。然后研究不同 Mg2+濃度在不同溫度梯度下對硫酸錳電解液
12、理化性質(zhì)的影響。 收稿日期 收稿日期:2018-09-21 基金項(xiàng)目 基金項(xiàng)目: 國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51764006, 51864012); 貴州省科學(xué)合作計(jì)劃項(xiàng)目 (黔科合 LH 字[2015]7656號);貴州省科技計(jì)劃項(xiàng)目(黔科合平臺人才[2017]5788 號) 作者簡介 作者簡介:秦吉濤(1990-),男,山東聊城人,碩士研究生;通信作者 通信作者:王家偉(1980-),男,貴州織金人,博士,教授. doi:10.39
13、69/j.issn.1007-7545.2019.01.003 中離子的運(yùn)動能力,所以硫酸錳電解液的運(yùn)動黏度就會變大。由圖 3b 可知,當(dāng) Mg2+濃度一定時(shí),隨著溫度的增加,硫酸錳電解液的黏度呈下降趨勢。其中,當(dāng) Mg2+濃度為 25 g/L 時(shí),硫酸錳電解液的黏度由 1.99 Pa·s 下降至 1.56 Pa·s。這是因?yàn)?,?dāng)溫度升高時(shí),電解液中離子的運(yùn)動能力加強(qiáng),離子間的相互作用力減弱,導(dǎo)致電解液中銨—鎂結(jié)晶減
14、少,使得溶液的流動動性變好,所以硫酸錳電解液的黏度隨著溫度的升高而變小。 10 15 20 25 301.21.41.61.82.02.2黏度/(Pa·s)Mg2+/(g·L-1)25 ℃30 ℃35 ℃40 ℃(a)24 26 28 30 32 34 36 38 40 421.21.41.61.82.02.2Mg2+黏度/(Pa·s)溫度/℃10 g/L15 g/L20 g/L25 g/L30 g/L(b
15、)圖 3 Mg2+濃度 濃度(a)和溫度 和溫度(b)對硫酸錳電解液 對硫酸錳電解液黏度 黏度的影響 的影響 Fig.3 Effect of Mg2+ concentration (a) and temperature (b) on viscosity of manganese sulfate electrolyte 2.4 Mg2+對硫酸錳電解液表面張力的影響 對硫酸錳電解液表面張力的影響 Mg2+濃度在不同溫度梯度下對硫酸錳電解液表
16、面張力的影響如圖 4 所示。 由圖 4a 可知, 當(dāng)溫度一定時(shí), 隨著 Mg2+濃度的增加,不同溫度梯度下硫酸錳電解液的表面張力均呈下降趨勢。這是因?yàn)?,隨著 Mg2+濃度的增 加,電解液單位體積的離子和分子數(shù)量增加,表面分子間的斥力隨著粒子間的距離減小而增大,在表面層中的 引力變小,進(jìn)而減弱了硫酸錳電解液表面收縮的趨勢,所以電解液的表面張力隨著 Mg2+濃度的增加而減小。由 圖 4b 可知,當(dāng) Mg2+濃度一定時(shí),隨著溫度的增加,硫酸錳
17、電解液的黏度也呈下降趨勢。其中,當(dāng) Mg2+濃度為 25 g/L 時(shí),硫酸錳電解液的表面張力由 79.68 N/cm 下降至 74.90 N/cm。這是因?yàn)?,隨著溫度的升高,粒子的熱 運(yùn)動加劇,動能增加,粒子間引力減弱,從而使得電解液離子由內(nèi)部到表面所需的能量減小,同時(shí)溫度升高, 與表面層相鄰的兩相的密度差變小,故硫酸錳電解液的表面張力隨著溫度的升高而變小。 10 15 20 25 30727680848892Mg2+/(g·
18、L-1)表面張力/(N·cm-1)25 ℃ 30 ℃ 35 ℃ 40 ℃(a)24 26 28 30 32 34 36 38 40 4272768084889296Mg2+表面張力/(N·cm-1)溫度/℃10 g/L15 g/L20 g/L25 g/L30 g/L(b)圖 4 Mg2+濃度 濃度(a)和溫度 和溫度(b)對硫酸錳電解液表面張力的影響 對硫酸錳電解液表面張力的影響 Fig.4 Effect of Mg
19、2+ concentration (a) and temperature (b) on surface tension of manganese sulfate electrolyte 3 結(jié)論 結(jié)論 1)Mg2+濃度對硫酸錳電解液的密度和黏度的影響趨勢是一致的,隨著 Mg2+濃度的增加,不同溫度梯度下硫酸錳電解液的密度和黏度逐漸增加。當(dāng) Mg2+濃度一定時(shí),隨著溫度的升高,硫酸錳電解液的密度和黏度逐漸 下降。 當(dāng) Mg2+濃度為 25
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