加压氧化制备锰酸钾半工业试验

刘大雄，王吉坤，彭　东

(1. 云南文山斗南锰业股份有限公司，云南 文山　663101； 2. 云南冶金集团股份有限公司，云南 昆明　650224)



加压氧化制备锰酸钾半工业试验

刘大雄1，王吉坤2，彭东1

(1. 云南文山斗南锰业股份有限公司，云南 文山663101； 2. 云南冶金集团股份有限公司，云南 昆明650224)

摘要：采用卧式加压釜为主要反应设备进行加压氧化制备锰酸钾的半工业试验。试验使用了JM-1和JM-2两种锰矿粉为原料，先后进行了间断试验和连续试验，试验结果表明：在大幅缩短反应时间的同时，二氧化锰转化率下降幅度仅2%~3%，提高了生产效率，验证了整套工艺的可行性。

关键词：锰酸钾；加压氧化；卧式加压釜

通过查阅锰酸钾制备方法的相关资料[1-8]，认识到加压氧化法是一种清洁高效的锰酸钾制备方法。以云南建水锰矿有限责任公司自产的锰矿粉进行了正交试验和单因素小试验[9-12]，在优化后的反应参数条件下能够取得良好的反应效果。为了进一步验证该工艺的可行性，并且使一些规模扩大后隐藏的问题(包括设备和工艺流程的问题)尽可能在试验阶段充分暴露出来，我们有必要进行半工业试验。

1试验原料与设备

1.1试验原料

锰矿粉(自产，JM-1和JM-2两种)；片碱(重庆昌元化工有限公司)；液氧(昆明梅塞尔气体产品有限公司)。原料成分见表1。

表1　原料成分(质量分数)/%

为了能够适应我国锰矿资源发展的形式，我们选用了两种比较具有代表性的锰矿粉进行半工业试验。JM-1代表目前高锰酸钾工业使用的中等品位软锰矿，JM-2代表国内储量相对较丰富的低品位软锰矿。

1.2试验主要设备

半工业试验主要设备有计算机控制系统1套、计量泵1台、卧式加压釜1台、配料槽、闪蒸槽、冷却桶、增强聚丙烯压滤机、耐腐耐磨合金泵等，整条生产线主要由配料、加压氧化和自动化控制3大系统组成。其中加压氧化系统包括预热、反应、溶解、析晶和过滤5个部分。

2试验部分

2.1试验流程

卧式釜加压氧化制备锰酸钾半工业试验流程见图1。

图1　半工业试验的工艺流程

2.2试验数据与分析

2.2.1间断试验

间断试验是将预热到指定温度的反应物料一次性加入卧式加压釜，然后通入氧气进行保温加压氧化反应，反应完成后将反应产物一次性排出卧式加压釜。

转化率的计算公式为：

式中n1——综合样滤液中锰酸钾的摩尔量，mol；

n2——综合样滤饼中锰酸钾的摩尔量，mol；

n3——综合样滤饼中锰元素的摩尔量，mol。

间断试验结果见表2。

从表2可以看出：正常情况下(即进氧管不发生堵塞或碱锰比偏差太大的情况)，不论是中等品位的JM-1锰矿粉还是低品位的JM-2锰矿粉，二氧化锰的转化率都可以达到较高水平。但试验1和2发生了进氧管堵塞，试验13初始碱锰比偏低，试验14温度偏低，初始碱锰比也偏低，因此二氧化锰的转化率均会受到不同程度的影响。

表2　间断试验结果

注：初始碱锰比是指初始KOH与MnO2物质的量之比。

2.2.2连续试验

连续试验是指将预热好的反应物料通过计量泵连续打入卧式加压釜，同时向卧式加压釜内通入氧气，反应物在卧式反应釜内行进的过程中反应完全，反应产物到尾端通过压力连续排出。连续试验数据及分析见表3。

表3　连续试验结果

从表3连续试验结果可以看出：正常情况下，二氧化锰都能达到相当高的转化率(转化率≥95%)，且转化效果比较稳定。小型工艺研究所得参数准确可靠[9-10]，由动力学模型[12]得出的最优工艺参数对生产实践有较强的指导意义。

从表3中连续试验4、6、7结果可以看出，在氧化反应约1.5 h的前提下，二氧化锰的转化率下降幅度很小(约降低2%~3%)，说明实际需要的转化时间还有比较大的压缩空间。连续半工业试验所取得的可喜成果证明卧式釜加压氧化制备锰酸钾是一种清洁、高效、连续化和自动化的新工艺。

3项目效益

采用固相法生产锰酸钾氧化反应大约需要50 h才能完成，采用经典液相法需6 h，而采用卧式釜加压氧化连续制备锰酸钾新工艺反应仅需1.5~2 h，这样大大缩短了生产时间，从而使生产效率有飞跃式的提高；设备装置大型化的实现，使生产力大幅度提高，为降低生产成本奠定了坚实的基础。本项目产业化建成年产2万t高锰酸钾生产线，第1步先在现有规模4 000 t/a的基础上进行改建，第2步再进一步扩大规模到2万t，可降低生产成本近4 000万元/a。

由于该工艺技术采用全密封生产，彻底改变了过去全敞开式生产方式，避免了物料的飞溅和泼洒，杜绝了对环境的污染，实现了生产环境的根本好转，同时减少物料的损失和浪费，降低原材料的消耗，对降低生产成本起到了积极有效作用，促进生产效益的提高和环境效益的改善，使生产工人身心健康和社会和谐的建立得到保障。

4结语

由于本项目仅基本结束半工业试验，还没有产生直接的经济效益，但是从试验的结果来看，该试验装置工艺路线能够满足卧式釜连续制备锰酸钾的要求，同时具备了节能、环保、高效的特点，且大幅扩展了原料的适用范围。

参考文献：

[1]何天民, 李守昌. 我国高锰酸钾生产现状及有关问题的探讨[J]. 无机盐工业, 1998, 30(1): 20-26.

[2]彭东, 王吉坤, 马进, 等. 国内外高锰酸钾制备方法概述[J]. 中国锰业, 2011, 29(3): 10-12.

[3]张青莲. 无机化学丛书(第9卷)[M]. 北京: 科学出版社, 1982.

[4]化工部天津化工研究院情报室. 国外高锰酸钾工业概况[J]. 无机盐工业, 1979, 11(5): 36-43.

[5]胡日勤. 液相氧化法生产锰酸钾[J]. 无机盐工业，1980, 12(4): 12-17.

[6]胡日勤, 卢沛光, 张宝荣. 流化床连续制备锰酸钾新技术[J]. 无机盐工业, 1991, 23(2): 15-26.

[7]何天民, 李守昌. 我国高锰酸钾生产现状及有关问题的探讨[J]. 无机盐工业, 1998, 30(1): 20-26.

[8]李守昌, 陈维举, 何天民, 等. 三相加压连续氧化制锰酸钾新技术[J]. 无机盐工业, 1995, 27(2): 9-11.

[9]彭东, 王吉坤. 三相加压连续氧化制备锰酸钾[J]. 有色金属(冶炼部分), 2009(5): 36-39.

[10] 彭东, 王吉坤, 马进, 等. 低品位软锰矿三相加压制备锰酸钾[J]. 湿法冶金, 2011, 30(4): 281-283.

[11] 徐静, 王吉坤, 彭东. 低压制备锰酸钾的正交试验研究[J]. 矿冶, 2010(4): 68-71.

[12] 彭东, 王吉坤. 三相加压氧化制备锰酸钾的反应动力学[J]. 硅酸盐学报, 2012, 40(12): 1767-1772.

Semi-industrial Tests of Preparing Potassium Manganate by Compression Oxidation Process

LIU Daxiong1, WANG Jikun2, PENG Dong1

(1.YunnanWenshanDounanManganeseIndustryCo.,Ltd.,Wenshan,Yunnan663101,China;

2.YunnanMetallurgyGroupParentCompany,Kunming,Yunnan650224,China)

Abstract:Semi-industrial tests of preparing potassium manganate were finished by using horizontal pressure reactor. Two kinds of manganese powder(JM-1 and JM-2) were both used in the discontinuous and continuous tests. The result of semi-industrial tests are verified to be the feasibility of the whole process, and much experience was accumulated for industrial production.

Key words:Potassium manganate; Compression oxidation; Horizontal pressure reactor

中图分类号：TQ137.1+2

文献标识码：A

doi：10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.01.010

作者简介：刘大雄(1970-)，男，云南镇雄人，高级工程师，研究方向：机械及冶金，手机：13887593421，E-mail：panda1110pd@126.com.

收稿日期：2015-09-28