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(tuán)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(yè)試驗(yàn)

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(tuán)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(yīng)設(shè)備進(jìn)行加壓氧化制備錳酸鉀的半工業(yè)試驗(yàn)。試驗(yàn)使用了JM-1和JM-2兩種錳礦粉為原料，先后進(jìn)行了間斷試驗(yàn)和連續(xù)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：在大幅縮短反應(yīng)時(shí)間的同時(shí)，二氧化錳轉(zhuǎn)化率下降幅度僅2%~3%，提高了生產(chǎn)效率，驗(yàn)證了整套工藝的可行性。

關(guān)鍵詞：錳酸鉀；加壓氧化；臥式加壓釜

通過(guò)查閱錳酸鉀制備方法的相關(guān)資料[1-8]，認(rèn)識(shí)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(zé)任公司自產(chǎn)的錳礦粉進(jìn)行了正交試驗(yàn)和單因素小試驗(yàn)[9-12]，在優(yōu)化后的反應(yīng)參數(shù)條件下能夠取得良好的反應(yīng)效果。為了進(jìn)一步驗(yàn)證該工藝的可行性，并且使一些規(guī)模擴(kuò)大后隱藏的問(wèn)題(包括設(shè)備和工藝流程的問(wèn)題)盡可能在試驗(yàn)階段充分暴露出來(lái)，我們有必要進(jìn)行半工業(yè)試驗(yàn)。

1試驗(yàn)原料與設(shè)備

1.1試驗(yàn)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(jiàn)表1。

表1　原料成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%

為了能夠適應(yīng)我國(guó)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(jìn)行半工業(yè)試驗(yàn)。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(guó)內(nèi)儲(chǔ)量相對(duì)較豐富的低品位軟錳礦。

1.2試驗(yàn)主要設(shè)備

半工業(yè)試驗(yàn)主要設(shè)備有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)1套、計(jì)量泵1臺(tái)、臥式加壓釜1臺(tái)、配料槽、閃蒸槽、冷卻桶、增強(qiáng)聚丙烯壓濾機(jī)、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(dòng)化控制3大系統(tǒng)組成。其中加壓氧化系統(tǒng)包括預(yù)熱、反應(yīng)、溶解、析晶和過(guò)濾5個(gè)部分。

2試驗(yàn)部分

2.1試驗(yàn)流程

臥式釜加壓氧化制備錳酸鉀半工業(yè)試驗(yàn)流程見(jiàn)圖1。

圖1　半工業(yè)試驗(yàn)的工藝流程

2.2試驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析

2.2.1間斷試驗(yàn)

間斷試驗(yàn)是將預(yù)熱到指定溫度的反應(yīng)物料一次性加入臥式加壓釜，然后通入氧氣進(jìn)行保溫加壓氧化反應(yīng)，反應(yīng)完成后將反應(yīng)產(chǎn)物一次性排出臥式加壓釜。

轉(zhuǎn)化率的計(jì)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(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

從表2可以看出：正常情況下(即進(jìn)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(zhuǎn)化率都可以達(dá)到較高水平。但試驗(yàn)1和2發(fā)生了進(jìn)氧管堵塞，試驗(yàn)13初始?jí)A錳比偏低，試驗(yàn)14溫度偏低，初始?jí)A錳比也偏低，因此二氧化錳的轉(zhuǎn)化率均會(huì)受到不同程度的影響。

表2　間斷試驗(yàn)結(jié)果

注：初始?jí)A錳比是指初始KOH與MnO2物質(zhì)的量之比。

2.2.2連續(xù)試驗(yàn)

連續(xù)試驗(yàn)是指將預(yù)熱好的反應(yīng)物料通過(guò)計(jì)量泵連續(xù)打入臥式加壓釜，同時(shí)向臥式加壓釜內(nèi)通入氧氣，反應(yīng)物在臥式反應(yīng)釜內(nèi)行進(jìn)的過(guò)程中反應(yīng)完全，反應(yīng)產(chǎn)物到尾端通過(guò)壓力連續(xù)排出。連續(xù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析見(jiàn)表3。

表3　連續(xù)試驗(yàn)結(jié)果

從表3連續(xù)試驗(yàn)結(jié)果可以看出：正常情況下，二氧化錳都能達(dá)到相當(dāng)高的轉(zhuǎn)化率(轉(zhuǎn)化率≥95%)，且轉(zhuǎn)化效果比較穩(wěn)定。小型工藝研究所得參數(shù)準(zhǔn)確可靠[9-10]，由動(dòng)力學(xué)模型[12]得出的最優(yōu)工藝參數(shù)對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

從表3中連續(xù)試驗(yàn)4、6、7結(jié)果可以看出，在氧化反應(yīng)約1.5 h的前提下，二氧化錳的轉(zhuǎn)化率下降幅度很小(約降低2%~3%)，說(shuō)明實(shí)際需要的轉(zhuǎn)化時(shí)間還有比較大的壓縮空間。連續(xù)半工業(yè)試驗(yàn)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(dòng)化的新工藝。

3項(xiàng)目效益

采用固相法生產(chǎn)錳酸鉀氧化反應(yīng)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(yīng)僅需1.5~2 h，這樣大大縮短了生產(chǎn)時(shí)間，從而使生產(chǎn)效率有飛躍式的提高；設(shè)備裝置大型化的實(shí)現(xiàn)，使生產(chǎn)力大幅度提高，為降低生產(chǎn)成本奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)化建成年產(chǎn)2萬(wàn)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(chǔ)上進(jìn)行改建，第2步再進(jìn)一步擴(kuò)大規(guī)模到2萬(wàn)t，可降低生產(chǎn)成本近4 000萬(wàn)元/a。

由于該工藝技術(shù)采用全密封生產(chǎn)，徹底改變了過(guò)去全敞開(kāi)式生產(chǎn)方式，避免了物料的飛濺和潑灑，杜絕了對(duì)環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)環(huán)境的根本好轉(zhuǎn)，同時(shí)減少物料的損失和浪費(fèi)，降低原材料的消耗，對(duì)降低生產(chǎn)成本起到了積極有效作用，促進(jìn)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(huì)和諧的建立得到保障。

4結(jié)語(yǔ)

由于本項(xiàng)目?jī)H基本結(jié)束半工業(yè)試驗(yàn)，還沒(méi)有產(chǎn)生直接的經(jīng)濟(jì)效益，但是從試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)看，該試驗(yàn)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(shí)具備了節(jié)能、環(huán)保、高效的特點(diǎn)，且大幅擴(kuò)展了原料的適用范圍。

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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(hào)：TQ137.1+2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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

作者簡(jiǎn)介：劉大雄(1970-)，男，云南鎮(zhèn)雄人，高級(jí)工程師，研究方向：機(jī)械及冶金，手機(jī)：13887593421，E-mail：panda1110pd@126.com.

收稿日期：2015-09-28