固相氧化法制錳酸鉀的製作方法
2023-10-17 10:56:24 2
專利名稱：固相氧化法制錳酸鉀的製作方法
技術領域：
本發明是錳礦粉固相氧化制錳酸鉀工藝。
由錳礦粉氧化制錳酸鉀，傳統的固相氧化法主要為平爐法和轉爐法，是將錳礦粉與氫氧化鉀按一定配比，在260℃左右，在平板爐或轉爐上翻動焙燒，反應物料與空氣自然接觸，進行氧化反應，製得錳酸鉀。這些方法，反應時間長，一般20小時以上，轉化率較低。由於反應時間長，反應物料長時間與空氣接觸，使相當一部分氫氧化鉀因吸收二氧化碳變成碳酸鉀，因此苛化工作量很大。傳統固相氧化法設備大，佔地面積大，投資也大，尤其是工作環境極其惡劣，操作人員整日高濃度的錳塵鹼霧中工作，對身體十分有害。
針對傳統固相氧化法存在的問題，發展了液相氧化法，其特點是錳礦粉懸浮於高濃度的氫氧化鉀溶液中，在200℃以上，吹入含氧氣體，進行氧化反應，製得錳酸鉀。液相法較之傳統固相法，反應時間縮短了，工作環境有了改善。但液相法設備大，能耗高，過濾分離困難，整個生產周期長，生產效率低。
針對固、液相法存在的缺點，吸收液相法強制通氧進行氧化反應的優點，本發明提出一種採用固定床反應器、錳礦粉固相氧化制錳酸鉀的工藝路線。
本發明是將錳礦粉與氫氧化鉀混合造粒後裝入如附圖所示的固定床反應器內，通入含氧氣體，進行氧化反應，製得錳酸鉀。
含二氧化錳不低於70%的錳礦粉與氫氧化鉀混合造粒，二氧化錳與氫氧化鉀之比為1∶2.3～1∶2.5(摩爾比)，粒徑小於10mm，然後裝入固定床反應器，升溫至240～300℃，通入氧氣或空氣，維持反應器內常壓～10Kg/cm2，保持反應氣氛中的溼含量10～20%，進行氧化反應2～12小時，二氧化錳轉化率達到75～97%，錳酸鉀含量達到55～70%。
造粒技術在工業上是成熟的。本發明可以使用片鹼與錳礦粉混合造粒，也可以使用液鹼與錳礦粉混合造粒。料粒的大小及「鬆緊」程度，將影響氧氣的滲透，進而影響氧化反應的進行。因此，料粒不應過大，一般不超過10mm，最好在3～7mm範圍內，並且是相對「鬆散」的。
配料的錳鉀比(摩爾比)不可低於理論值，但是高於1∶2.5時，在進行氧化反應時，物料易出現「軟化」現象，這將影響氧氣的滲透，進而影響氧化反應的進行。本發明認為合適的錳鉀比在1∶2.3～1∶2.5範圍內。
氧化反應是在固定床反應器內進行。當反應物料裝入反應器內後，通入含氧氣體，維持反應器內常壓～10Kg/cm2的範圍即可。壓力的高低視所用含氧氣體而定。例如，當使用純氧氣時，一般要維持1～4Kg/cm2壓力，其最佳壓力範圍是2～3Kg/cm2。當使用空氣時，壓力可在一個較大的範圍內變化，一般維持在常壓～10Kg/cm2範圍內即可，其最佳壓力範圍在6～7Kg/cm2。
使用空氣為氧化劑時，應該儘量除其中的二氧化碳或其它酸性氣體(當然主要是二氧化碳)，以免使氫氧化鉀轉變為碳酸鉀或其它酸性氣體的鉀鹽，以保證足夠數量的鹼與二氧化錳反應。如果有較多的酸性鹽生成，反應速度和二氧化錳轉化率將會受到較大影響。工業上去除空氣中二氧化碳或其它酸性氣體的方法是很成熟的。
當使用空氣時，為保持反應是在富氧氣氛下進行，因此在反應進行過程中要不斷補充新鮮空氣，以替代「舊」空氣。空氣在進入反應器之前應予熱到反應溫度以上，最好是在260～300℃之間。
保持反應氣氛中的溼含量在10～20%範圍內，對氧化反應來說是有利的。當使用純氧時，整個反應系統是封閉的，反應後自身產生的水汽，即可保持這一溼度要求。當使用空氣時，為保證反應氣氛中的溼度，在反應進行一段時間後，一般在2小時以後，新鮮的熱空氣進入反應器前，可經過水浴增溼，使空氣溼含量達到這一溼度要求，然後進入反應器，此增溼措施可一直保持到反應結束。保持反應氣氛中的溼含量不限於這一種方法，專業技術人員盡可按自己方便的條件去實現這一技術要求。
氧化反應時間主要視壓力的高低而定。使用空氣氧化劑，在常壓下進行氧化反應，最長不超過12小時，二氧化錳轉化率即可達到75%以上，這是平爐法或轉爐法20小時以上才能達到的結果。使用純氧，維持1～4Kg/cm2壓力，反應時間控制在2～4小時，二氧化錳轉化率即可達到85%以上。在壓力下使用空氣。維持壓力5～10Kg/cm2，反應時間控制在4～7小時，二氧化錳轉化率即可達到90%以上。一般說來，在一定條件下，隨著反應時間的延長，轉化率升高。但反應達到一定程度時，轉化率的上升將變得極其緩慢，任意延長反應時間就顯得不十分經濟。
在滿足了上述條件的情況下，本發明將會得到滿意的結果可以使氧化反應時間顯著縮短，明顯改善操作環境。降低能耗，提高轉化率。與傳統固相氧化法比較，本發明的反應設備小，佔地面積小，投資少。
實例1將72克二級軟錳礦粉與90克工業一級片狀氫氧化鉀在250～300℃混合造粒，粒徑3～7mm，然後裝入固定床反應器中。用氧氣置換出反應器中的空氣，升溫並通入氧氣，維持氧氣壓力1.5Kg/cm2，當升溫至240℃時開始計算反應時間，反應2小時，二氧化錳轉化率達到90%，錳酸鉀含量達到66%。反應4小時，二氧化錳轉化率達到95%，錳酸鉀含量達到70%。
實例2將2公斤二級軟錳礦粉與2.5公斤工業一級片狀氫氧化鉀在250～300℃混合造粒，粒徑3～7mm，然後裝入固定床反應器中。邊升溫邊通入已予熱到260～300℃，並已除去二氧化碳的空氣，維持空氣壓力5Kg/cm2，氣速0.8m3/hr。當溫度升至240℃時，開始計算反應時間。反應2小時後，空氣開始通過80～95℃的水浴，進入反應器的空氣溼含量達到15～20%。空氣增溼後再反應2小時，二氧化錳轉化率達到97%，錳酸鉀含量71%。
實例3將2公斤二級軟錳礦粉與1.25公斤工業一級片狀氫氧化鉀在250～300℃混合造粒，粒徑3～7mm，然後分次噴入50%的KOH溶液2.5公斤，並烘乾，然後裝入固定床反應器中。以下操作同實例2。空氣壓力維持7Kg/cm2，氣速0.7m2/hr。空氣增溼後再反應4小時，二氧化錳轉化率96%，錳酸鉀含量70%。
實例4將2公斤二級軟錳礦粉與2.5公斤工業一級片狀氫氧化鉀在250～300℃混合造粒，粒徑3～7mm，然後裝入固定床反應器中。以下操作同實例2。空氣維持常壓，氣速0.8m3/hr，空氣增溼後再反應8小時，二氧化錳轉化率達到76%，錳酸鉀含量達到55%。
對附圖的說明本發明所使用的固定床反應器簡單示意
圖1-溫度計管套2-加料口3-冷凝器4-濃量計5-篩板6-出料口7-溫度計8-氣體予熱器
權利要求
1.一種錳礦粉固相氧化制錳酸鉀的方法，是將二氧化錳含量不低於70%的錳礦粉與氫氧化鉀混合，錳鉀比為1∶23～1∶25(摩爾比)，在240～300℃下進行氧化反應，其特徵是錳礦粉與氫氧化鉀混合造粒，粒徑小於10mm，然後裝入固定床反應器中，通入氧氣或空氣，維持反應器內常壓～10kg/cm2，溼含量10～20%，反應2～12小時。
2.一種按照權利要求1所述的方法，其特徵是所說的粒徑最好在3～7mm。
3.一種按照權利要求1所述的方法，其特徵是使用氧氣時，壓力維持在1～4kg/cm2，其最佳壓力為2～3kg/cm2。
4.一種按照權利要求1所述的方法，其特徵是使用空氣時，壓力維持在常壓～10kg/cm2，其最佳壓力為5～7kg/cm2。
全文摘要
錳礦粉與氫氧化鉀混合造粒後裝入固定床反應器中，通入氧氣或空氣，維持反應器內常壓～10kg/cm
文檔編號C01G45/12GK1033518SQ8710839
公開日1989年6月28日 申請日期1987年12月16日 優先權日1987年12月16日
發明者熊尚彬, 郭常振, 馬金成, 許庚望, 劉洪光, 張文金, 李志林 申請人:化工部天津化工研究院