Реферат на тему Электросинтез диоксида марганца марки ЭДМ-2

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ. 2

1. Общее понятие электролиза. 4

2. Свойства диоксида марганца (IV) 7

3. Электросинтез диоксида марганца марки ЭДМ-2. 10

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 15

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ
ИСТОЧНИКОВ   16

Введение:

В начале девятнадцатого века Уильям Николсон и Энтони
Карлайл пытались продолжить эксперименты Вольты. Они прикрепили два провода по
обе стороны от батареи Вольта, а другие концы поместили в трубку, наполненную
водой. Они заметили, когда провода были соединены вместе, что каждая из них
образовывала пузыри. Один тип — водород, другой — кислород.

В 1785 году голландский ученый по имени Мартинус Ван
Марум создал электростатический генератор, который он использовал для
восстановления олова, цинка и сурьмы из их солей с помощью процесса, позже
известного как электролиз. Хотя он неосознанно производил электролиз, только в
1800 году Уильям Николсон и Энтони Карлайл обнаружили, как работает электролиз.

В 1791 году Луиджи Гальвани экспериментировал с
лягушачьими лапками. Он утверждал, что размещение мышц животного между двумя
разными металлическими листами привело к появлению электричества. В ответ на
эти утверждения Алессандро Вольта провел свои собственные тесты.  Это могло бы пролить свет на идеи Хэмфри Дэви
об электролизе. Во время предварительных экспериментов Хамфри Дэви выдвинул
гипотезу, что когда два элемента соединяются вместе, образуя соединение,
высвобождается электрическая энергия. Хамфри Дэви продолжил создавать таблицы
разложения на основе своих предварительных экспериментов по электролизу.
Таблицы разложения дадут представление об энергиях, необходимых для разрушения
определенных соединений.

В 1817 году Йохан Август Арфведсон определил, что в
некоторых из его образцов есть еще один элемент, литий, однако он не смог
выделить этот компонент. Только в 1821 году Уильям Томас Бранде использовал
электролиз, чтобы выделить его. Два года спустя он оптимизировал процесс,
используя хлорид лития и хлорид калия с электролизом для получения лития и
гидроксида лития.

В более поздние годы исследований Хэмфри Дэви его
помощником стал Майкл Фарадей. Изучая процесс электролиза под руководством
Хамфри Дэви, Майкл Фарадей открыл два закона электролиза.

Во времена Максвелла и Фарадея возникли опасения по
поводу электроположительной и электроотрицательной активности.

В ноябре 1875 года Поль Эмиль Лекок де Буабодран
открыл галлий, используя электролиз гидроксида галлия, в результате чего было
получено 3,4 мг галлия. В следующем декабре он представил свое открытие галлия
Парижской академии наук.

26 июня 1886 года Фердинанд Фредерик Анри Муассан
наконец почувствовал себя комфортно, проводя электролиз на безводном фтористом
водороде для создания газообразного элемента с чистым фтором. Прежде чем
использовать фтористый водород, Анри Муассан использовал фторидные соли при
электролизе. Таким образом, 28 июня 1886 года он провел свой эксперимент перед
Академией наук, чтобы продемонстрировать свое открытие нового элемента фтора.
Ценой попыток найти элементарный фтор путем электролиза фторидных солей погибли
многие химики, в том числе Полен Луайе и Жером Никлес.

В 1886 году Чарльз Мартин Холл из Америки и Поль Эру
из Франции оба подали заявки на американские патенты, Эру — в мае, а Холл — в
июле. Холл смог получить свой патент, доказав в письмах своему брату и семье
свидетельства того, что его метод был открыт до того, как был подан французский
патент. Это стало известно как процесс Холла-Эру, который принес пользу многим
отраслям промышленности, потому что цена на алюминий упала с четырех долларов
до тридцати центов за фунт.

Заключение:

Оксид марганца (IV), также называемый диоксидом
марганца или коричневым камнем, представляет собой оксид марганца с
эмпирической формулой MnO2. Марганец находится в степени окисления +4. Из-за
своего внешнего вида (темно-коричневый, блестящий, от зернистости до
землистого) его также называют черной магнезией, черной магнезией или, что
несколько неточно, коричневым камнем. Однако бурый камень — это группа
минералов марганца, основным компонентом которой является диоксид марганца.

Оксид марганца (IV) раньше назывался мастерами «мылом
стеклодувов», потому что он может обесцвечивать расплавы стекла, обесцвеченные
силикатами железа (III). Около 2% оксида марганца уже можно было найти в очках
древних египтян и римлян. Браунстоун, вероятно, уже использовался для обесцвечивания
очков в то время.

Оксид марганца (IV) встречается в виде ромбически
кристаллизованного рамсделлита, в виде тетрагонально кристаллизованного
пиролюзита (мягкая марганцевая руда) и в виде гексагонально кристаллизованного
ахтенскита в больших масштабах на Южном Урале и в Южной Африке. Вместе с
другими соединениями железа он часто является основным компонентом коричневых и
темных земель коричневого цвета.

Фрагмент текста работы:

3. Электросинтез диоксида марганца
марки ЭДМ-2 Диоксид марганца находит широкое применение в качестве
компонента активной массы электрода гальванических элементов системы Zn-МnO2.
Он используется как окислитель, абсорбент, катализатор и поглотитель в
химической, пищевой, металлургической и других отраслях промышленности.

В настоящее время в связи с истощением запасов
высококачественных пиролюзитовых руд появилась потребность в заменителе. Таким
заменителем стал искусственный диоксид марганца, который получают из рядовых
марганцевых руд. Подавляющее большинство искусственного диоксида марганца
получают электрохимическим методом (ЭДМ), химический диоксид марганца (ХДМ)
осаждается, при взаимодействии раствора соли двухвалентного марганца с сильными
окислителями — перхлоратом, перманганатом.

Известно несколько разновидностей диоксида марганца,
различающихся строением кристаллических решеток. В настоящее время
классифицируют б-, в-, г-, д-, е-модификации. Кроме того, каждая модификация
имеет разновидности. Различие в свойствах МnO2, полученного разными методами,
объясняется не только строением кристаллической решетки, но и размерами
кристаллов, их формой и взаиморасположением.

Особенности строения кристаллической решетки играют
существенную роль для характеристики качества диоксида марганца как активного
вещества источника тока, катализатора, абсорбента, твердого электролита. Для
пиролюзита характерна модификация в-МnO2; широко используемый в настоящее время
в химических источниках тока диоксид марки ЭДМ-2 имеет структуру г-МnO2.

Электрохимический
метод синтеза диоксида марганца основан на анодном окислении сульфата марганца:

MnSO4 + 2H2O
>МnO2 + H2SO4 + 2Н+ + 2е

На катоде одновременно происходит выделение водорода и
суммарная реакция, протекающая в электролизере, выражается следующим
уравнением:

MnSO4
+ 2Н2О > МnO2 + 2H2SO4 + Н2

Исходным сырьем в производстве диксида марганца
электрохимическим способом служат пиролюзит и родохрозит (МnСО3).

Условия проведения электросинтеза диоксида марганца,
предложенные различными исследователями, существенно отличаются по составу
электролита, его температуре, а также по природе материалов, используемых для
изготовления анодов.

Условия процесса. Ранее диоксид марганца получали с
использованием анодов из графита. Эти аноды были рассчитаны на одноразовое
использование — после электролиза графитовые аноды перерабатывали вместе с
диоксидом марганца. На практике кроме графитовых используются свинцовые аноды;
испытаны титановые аноды и аноды из сплава титан — марганец, последние
отличаются малой склонностью к пассивации.

Качество диоксида марганца, получаемого на титановом
аноде, значительно выше, чем, например, на свинцовом.

При использовании свинцовых анодов качество диоксида
ухудшается за счет попадания в продукт свинца, сурьмы и мышьяка.

Плотность тока. Анодная плотность тока зависит от
сорта получаемого диоксида марганца. Мелкодисперсный диоксид марганца (ЭДМ-1) в
виде частиц размером 1-2 мкм получают при анодных плотностях тока 0,75 кА/м 2.
Крупнокристаллический диоксид марганца (ЭДМ-2), содержащий в основном
г-модификацию, получают при более низких анодных плотностях тока — 0,15 кА/м 2.

Состав раствора оказывает решающее влияние на
кристаллическую структуру диоксида марганца. ЭДМ-1 образуется при электролизе
концентрированных растворов, содержащих 300-350 г/л MnSO4 и 180-200 г/л H2SO4.
Электролиз продолжают до тех пор, пока концентрация сульфата марганца не
уменьшится до 50-60 г/л, а концентрация серной кислоты не возрастает до 450
г/л. В концентрированных растворах серной кислоты скорость гидролиза дисульфата
марганца, образующегося в качестве промежуточного продукта,

MnS04 + H2S04
>Mn(SO4)2 + 2Н+ + 2е

Mn(SO4)2
+2Н20 >MnO2 +2H2SO4

замедлена
и диоксид образуется в объеме подвергаемого электролизу раствора.

ЭДМ-2 может быть получен при электролизе более
разбавленных растворов, содержащих 100 г/л MnSO4 и 10 г/л H2SO4. За счет
высокой скорости гидролиза дисульфата марганца диоксид образуется
непосредственно у анода, выпадая в виде осадка на его поверхности. Осадок
диоксида марганца легко снимается с титановой основы.

Температура раствора зависит от сорта диоксида
марганца: ЭДМ-1 получают при 20-25 °С, когда скорость гидролиза замедлена и
продукт образуется в объеме раствора. Для получения ЭДМ-2, наоборот,
рекомендуют поддерживать температуру раствора высокой — 90-94 °С; при этом
гидролиз протекает быстро и продукт кристаллизуется на поверхности анода. Выход
МnO2 по току достигает 94-98 %.

Конструкция электролизера. Прямоугольный корпус электролизера
изготовлен из листовой стали-3, снаружи он покрыт слоем теплоизолятора, а
изнутри гуммирован. Электролит подводят шлангами и сливают с противоположной
стороны электролизера с помощью сливного штуцера.

Ванна установлена на бетонном фундаменте. Между
фундаментами стоящих рядом ванн возведены опорные, промежуточные стойки, на
которых располагают покрытые изоляционным слоем бетонные головки с
промежуточной медной шиной. Катодные и анодные рамы с электродами загружают в
ванны сверху, с одной стороны ванны они опираются на соответствующую
промежуточную шину, а с другой стороны на фторопластовые или полипропиленовые
изолирующие бруски.

Верхняя часть ванны до 500 мм по высоте покрыта слоем
неопрена. В каждой ванне установлено 50 анодов и 51 катод. Внутри ванны по
торцам размещены подогреватели 11 из свинцовых труб, в которые подают пар.

Современные электролизеры рассчитаны на нагрузку 10-20
кА. Для ванн с нагрузкой 20 кА подогрев электролита необходим только в период
пуска.

Исходным сырьем для производства диоксида марганца
служит обогащенная руда, содержащая 40-45 % марганца. Руду предварительно сушат
в барабанной печи горячими (120 °С) газами. После сушки влажность руды
снижается до 0,5 %- Высушенная руда с помощью элеватора поступает на шаровую
мельницу. Измельченная руда пневмотранспортом подается в печь
восстановительного обжига, имеющую участок подогрева, в котором поддерживают
температуру 700 °С. В качестве восстановителя используют водород или
азотоводородную смесь. Температура в восстановительной зоне 800 °С и в зоне
охлаждения 100-200 °С. В результате обжига пиролюзит восстанавливается до
оксида марганца МnО. Степень восстановления достигает 96-98 %.

Обожженная руда вначале подвергается выщелачиванию
отработанным электролитом (нейтральное выщелачивание) в реакторе, где протекает
реакция:

MnO
+ H2SO4 >MnSO4 + H2O