劉大雄，王吉坤，彭　東

(1. 云南文山斗南錳業(yè)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)

?

加壓氧化制備錳酸鉀半工業(yè)試驗

劉大雄1，王吉坤2，彭東1

(1. 云南文山斗南錳業(yè)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(yè)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(xù)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(chǎn)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(chǎn)的錳礦粉進行了正交試驗和單因素小試驗[9-12]，在優(yōu)化后的反應參數(shù)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(guī)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(yè)試驗。

1試驗原料與設備

1.1試驗原料

錳礦粉(自產(chǎn)，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(chǎn)品有限公司)。原料成分見表1。

表1　原料成分(質(zhì)量分數(shù))/%

為了能夠適應我國錳礦資源發(fā)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(yè)試驗。JM-1代表目前高錳酸鉀工業(yè)使用的中等品位軟錳礦，JM-2代表國內(nèi)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(yè)試驗主要設備有計算機控制系統(tǒng)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(chǎn)線主要由配料、加壓氧化和自動化控制3大系統(tǒng)組成。其中加壓氧化系統(tǒng)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(yè)試驗流程見圖1。

圖1　半工業(yè)試驗的工藝流程

2.2試驗數(shù)據(jù)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(chǎn)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(fā)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(fā)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(zhì)的量之比。

2.2.2連續(xù)試驗

連續(xù)試驗是指將預熱好的反應物料通過計量泵連續(xù)打入臥式加壓釜，同時向臥式加壓釜內(nèi)通入氧氣，反應物在臥式反應釜內(nèi)行進的過程中反應完全，反應產(chǎn)物到尾端通過壓力連續(xù)排出。連續(xù)試驗數(shù)據(jù)及分析見表3。

表3　連續(xù)試驗結果

從表3連續(xù)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(wěn)定。小型工藝研究所得參數(shù)準確可靠[9-10]，由動力學模型[12]得出的最優(yōu)工藝參數(shù)對生產(chǎn)實踐有較強的指導意義。

從表3中連續(xù)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(xù)半工業(yè)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(xù)化和自動化的新工藝。

3項目效益

采用固相法生產(chǎn)錳酸鉀氧化反應大約需要50 h才能完成，采用經(jīng)典液相法需6 h，而采用臥式釜加壓氧化連續(xù)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(chǎn)時間，從而使生產(chǎn)效率有飛躍式的提高；設備裝置大型化的實現(xiàn)，使生產(chǎn)力大幅度提高，為降低生產(chǎn)成本奠定了堅實的基礎。本項目產(chǎn)業(yè)化建成年產(chǎn)2萬t高錳酸鉀生產(chǎn)線，第1步先在現(xiàn)有規(guī)模4 000 t/a的基礎上進行改建，第2步再進一步擴大規(guī)模到2萬t，可降低生產(chǎn)成本近4 000萬元/a。

由于該工藝技術采用全密封生產(chǎn)，徹底改變了過去全敞開式生產(chǎn)方式，避免了物料的飛濺和潑灑，杜絕了對環(huán)境的污染，實現(xiàn)了生產(chǎn)環(huán)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(chǎn)成本起到了積極有效作用，促進生產(chǎn)效益的提高和環(huán)境效益的改善，使生產(chǎn)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(yè)試驗，還沒有產(chǎn)生直接的經(jīng)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(xù)制備錳酸鉀的要求，同時具備了節(jié)能、環(huán)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(chǎn)現(xiàn)狀及有關問題的探討[J]. 無機鹽工業(yè), 1998, 30(1): 20-26.

[2]彭東, 王吉坤, 馬進, 等. 國內(nèi)外高錳酸鉀制備方法概述[J]. 中國錳業(yè), 2011, 29(3): 10-12.

[3]張青蓮. 無機化學叢書(第9卷)[M]. 北京: 科學出版社, 1982.

[4]化工部天津化工研究院情報室. 國外高錳酸鉀工業(yè)概況[J]. 無機鹽工業(yè), 1979, 11(5): 36-43.

[5]胡日勤. 液相氧化法生產(chǎn)錳酸鉀[J]. 無機鹽工業(yè)，1980, 12(4): 12-17.

[6]胡日勤, 盧沛光, 張寶榮. 流化床連續(xù)制備錳酸鉀新技術[J]. 無機鹽工業(yè), 1991, 23(2): 15-26.

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

[8]李守昌, 陳維舉, 何天民, 等. 三相加壓連續(xù)氧化制錳酸鉀新技術[J]. 無機鹽工業(yè), 1995, 27(2): 9-11.

[9]彭東, 王吉坤. 三相加壓連續(xù)氧化制備錳酸鉀[J]. 有色金屬(冶煉部分), 2009(5): 36-39.

[10] 彭東, 王吉坤, 馬進, 等. 低品位軟錳礦三相加壓制備錳酸鉀[J]. 濕法冶金, 2011, 30(4): 281-283.

[11] 徐靜, 王吉坤, 彭東. 低壓制備錳酸鉀的正交試驗研究[J]. 礦冶, 2010(4): 68-71.

[12] 彭東, 王吉坤. 三相加壓氧化制備錳酸鉀的反應動力學[J]. 硅酸鹽學報, 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(zhèn)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