加壓氧化制備錳酸鉀半工業試驗

劉大雄，王吉坤，彭　東

(1. 云南文山斗南錳業股份有限公司，云南 文山　663101； 2. 云南冶金集團股份有限公司，云南 昆明　650224)

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加壓氧化制備錳酸鉀半工業試驗

劉大雄1，王吉坤2，彭東1

(1. 云南文山斗南錳業股份有限公司，云南 文山663101； 2. 云南冶金集團股份有限公司，云南 昆明650224)

摘要：采用臥式加壓釜為主要反應設備進行加壓氧化制備錳酸鉀的半工業試驗。試驗使用了JM-1和JM-2兩種錳礦粉為原料，先后進行了間斷試驗和連續試驗，試驗結果表明：在大幅縮短反應時間的同時，二氧化錳轉化率下降幅度僅2%~3%，提高了生產效率，驗證了整套工藝的可行性。

關鍵詞：錳酸鉀；加壓氧化；臥式加壓釜

通過查閱錳酸鉀制備方法的相關資料[1-8]，認識到加壓氧化法是一種清潔高效的錳酸鉀制備方法。以云南建水錳礦有限責任公司自產的錳礦粉進行了正交試驗和單因素小試驗[9-12]，在優化后的反應參數條件下能夠取得良好的反應效果。為了進一步驗證該工藝的可行性，并且使一些規模擴大后隱藏的問題(包括設備和工藝流程的問題)盡可能在試驗階段充分暴露出來，我們有必要進行半工業試驗。

1試驗原料與設備

1.1試驗原料

錳礦粉(自產，JM-1和JM-2兩種)；片堿(重慶昌元化工有限公司)；液氧(昆明梅塞爾氣體產品有限公司)。原料成分見表1。

表1　原料成分(質量分數)/%

為了能夠適應我國錳礦資源發展的形式，我們選用了兩種比較具有代表性的錳礦粉進行半工業試驗。JM-1代表目前高錳酸鉀工業使用的中等品位軟錳礦，JM-2代表國內儲量相對較豐富的低品位軟錳礦。

1.2試驗主要設備

半工業試驗主要設備有計算機控制系統1套、計量泵1臺、臥式加壓釜1臺、配料槽、閃蒸槽、冷卻桶、增強聚丙烯壓濾機、耐腐耐磨合金泵等，整條生產線主要由配料、加壓氧化和自動化控制3大系統組成。其中加壓氧化系統包括預熱、反應、溶解、析晶和過濾5個部分。

2試驗部分

2.1試驗流程

臥式釜加壓氧化制備錳酸鉀半工業試驗流程見圖1。

圖1　半工業試驗的工藝流程

2.2試驗數據與分析

2.2.1間斷試驗

間斷試驗是將預熱到指定溫度的反應物料一次性加入臥式加壓釜，然后通入氧氣進行保溫加壓氧化反應，反應完成后將反應產物一次性排出臥式加壓釜。

轉化率的計算公式為：

式中n1——綜合樣濾液中錳酸鉀的摩爾量，mol；

n2——綜合樣濾餅中錳酸鉀的摩爾量，mol；

n3——綜合樣濾餅中錳元素的摩爾量，mol。

間斷試驗結果見表2。

從表2可以看出：正常情況下(即進氧管不發生堵塞或堿錳比偏差太大的情況)，不論是中等品位的JM-1錳礦粉還是低品位的JM-2錳礦粉，二氧化錳的轉化率都可以達到較高水平。但試驗1和2發生了進氧管堵塞，試驗13初始堿錳比偏低，試驗14溫度偏低，初始堿錳比也偏低，因此二氧化錳的轉化率均會受到不同程度的影響。

表2　間斷試驗結果

注：初始堿錳比是指初始KOH與MnO2物質的量之比。

2.2.2連續試驗

連續試驗是指將預熱好的反應物料通過計量泵連續打入臥式加壓釜，同時向臥式加壓釜內通入氧氣，反應物在臥式反應釜內行進的過程中反應完全，反應產物到尾端通過壓力連續排出。連續試驗數據及分析見表3。

表3　連續試驗結果

從表3連續試驗結果可以看出：正常情況下，二氧化錳都能達到相當高的轉化率(轉化率≥95%)，且轉化效果比較穩定。小型工藝研究所得參數準確可靠[9-10]，由動力學模型[12]得出的最優工藝參數對生產實踐有較強的指導意義。

從表3中連續試驗4、6、7結果可以看出，在氧化反應約1.5 h的前提下，二氧化錳的轉化率下降幅度很小(約降低2%~3%)，說明實際需要的轉化時間還有比較大的壓縮空間。連續半工業試驗所取得的可喜成果證明臥式釜加壓氧化制備錳酸鉀是一種清潔、高效、連續化和自動化的新工藝。

3項目效益

采用固相法生產錳酸鉀氧化反應大約需要50 h才能完成，采用經典液相法需6 h，而采用臥式釜加壓氧化連續制備錳酸鉀新工藝反應僅需1.5~2 h，這樣大大縮短了生產時間，從而使生產效率有飛躍式的提高；設備裝置大型化的實現，使生產力大幅度提高，為降低生產成本奠定了堅實的基礎。本項目產業化建成年產2萬t高錳酸鉀生產線，第1步先在現有規模4 000 t/a的基礎上進行改建，第2步再進一步擴大規模到2萬t，可降低生產成本近4 000萬元/a。

由于該工藝技術采用全密封生產，徹底改變了過去全敞開式生產方式，避免了物料的飛濺和潑灑，杜絕了對環境的污染，實現了生產環境的根本好轉，同時減少物料的損失和浪費，降低原材料的消耗，對降低生產成本起到了積極有效作用，促進生產效益的提高和環境效益的改善，使生產工人身心健康和社會和諧的建立得到保障。

4結語

由于本項目僅基本結束半工業試驗，還沒有產生直接的經濟效益，但是從試驗的結果來看，該試驗裝置工藝路線能夠滿足臥式釜連續制備錳酸鉀的要求，同時具備了節能、環保、高效的特點，且大幅擴展了原料的適用范圍。

參考文獻：

[1]何天民, 李守昌. 我國高錳酸鉀生產現狀及有關問題的探討[J]. 無機鹽工業, 1998, 30(1): 20-26.

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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

中圖分類號：TQ137.1+2

文獻標識碼：A

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

作者簡介：劉大雄(1970-)，男，云南鎮雄人，高級工程師，研究方向：機械及冶金，手機：13887593421，E-mail：panda1110pd@126.com.

收稿日期：2015-09-28