1、Mg2+對(duì)硫酸錳電解液理化性質(zhì)的影響 對(duì)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(yáng) 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(guò)程節(jié)能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽(yáng) 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(duì)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(shì)，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(shì)，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(hào)： 中圖分類號(hào)：TF803.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)： 文章編號(hào)：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(guó)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(duì)較高， 所以電解液的凈化除雜是一個(gè)亟待解決的問(wèn)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(méi)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(huì)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(huì)堵塞電解液流動(dòng)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(duì)電解錳行業(yè)帶來(lái)的一系列問(wèn)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(guò)研究電解錳工業(yè)生產(chǎn)中鎂離子濃度對(duì)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(duì)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(lái)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(duì)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(guó)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(hào))；貴州省科技計(jì)劃項(xiàng)目（黔科合平臺(tái)人才[2017]5788 號(hào)） 作者簡(jiǎn)介 作者簡(jiǎn)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(dòng)能力，所以硫酸錳電解液的運(yùn)動(dòng)黏度就會(huì)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(shì)。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(dòng)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(dòng)動(dòng)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(duì)硫酸錳電解液 對(duì)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(duì)硫酸錳電解液表面張力的影響 對(duì)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(duì)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(shì)。這是因?yàn)?，隨著 Mg2+濃度的增 加，電解液?jiǎn)挝惑w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(shì)，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(shì)。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)椋S著溫度的升高，粒子的熱 運(yùn)動(dòng)加劇，動(dòng)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(duì)硫酸錳電解液表面張力的影響 對(duì)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(duì)硫酸錳電解液的密度和黏度的影響趨勢(shì)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