制備錳酸鉀的反應器及系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于制備錳酸鉀的反應器及系統。所述反應器包括：本體，礦漿加熱裝置和攪拌裝置。其中，本體內限定有反應空間，本體頂部間隔設置有氧氣入口、廢氧出口和進料口，本體中上部設置有出料口，氧氣入口用于向所述反應空間輸送氧氣或富氧空氣，廢氧口用于排出反應空間內的剩余氧氣和水蒸氣，進料口用于向反應空間內輸送礦漿，出料口用于排出反應空間內的礦漿進行氧化反應后獲得的錳酸鉀料液；礦漿加熱裝置設置于本體內，用于將礦漿進行加熱至250-260攝氏度；攪拌裝置設置于本體內部，用于對礦漿進行攪拌。利用本發明的反應器，能夠高效地制備錳酸鉀，并且該反應器結構簡單，操作方便，清潔環保，易于實現工業化大規模生產。
【專利說明】制備錳酸鉀的反應器及系統
【技術領域】
[0001] 本發明涉及化工領域，具體地，涉及制備錳酸鉀的反應器及系統。
【背景技術】
[0002]目前，工業高錳酸鉀制備技術主要分為固相氧化法和液相氧化法。固相氧化法由于工藝本身的限制和MnO2粉活性差，MnO2氧化反應進行的很不完全，致使MnO2轉化率低。液相氧化法制備高錳酸鉀過程中錳酸鉀的制備工序仍存在二氧化錳轉化率低、錳、KOH回收率低、能耗高、環境污染嚴重的問題。
[0003]因而，目前錳酸鉀的制備方法和設備仍有待改進。
【發明內容】
[0004]本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出一種設備簡單、安全可靠、易于操作控制的用于制備錳酸鉀的系統。
[0005]根據本發明的一個方面，本發明提供了一種反應器。根據本發明的實施例，所述反應器包括:本體，所述本體內限定有反應空間，所述本體頂部間隔設置有氧氣入口、廢氧出口和進料口，所述本體中上部設置有出料口，所述氧氣入口用于向所述反應空間輸送氧氣或富氧空氣，所述廢氧口用于排出所述反應空間內的剩余氧氣和水蒸氣，所述進料口用于向所述反應空間內輸送礦漿，所述出料口用于排出所述反應空間內的所述礦漿進行氧化反應后獲得的錳酸鉀料液；礦漿加熱裝置，所述礦漿加熱裝置設置于所述本體內，用于將所述礦漿進行加熱至250-260攝氏度；以及攪拌裝置，所述攪拌裝置設置于所述本體內部，用于對所述礦漿進行攪拌。發明人驚奇地發現，利用本發明的反應器，能夠高效地制備錳酸鉀，并且該反應器結構簡單，操作方便，清潔環保，易于實現工業化大規模生產。
[0006]根據本發明的實施例，所述反應器進一步包括:氧氣加熱裝置，所述氧氣加熱裝置與所述氧氣入口連通，用于在向所述反應空間輸送的氧氣或富氧空氣之前，將所述氧氣或富氧空氣進行預熱至200攝氏度。由此，利用氧氣加熱裝置，能夠有效將氧氣或富氧空氣預熱至氧化反應所需的溫度，從而有利于氧化反應的進行，進而提高氧化反應效率。
[0007]根據本發明的實施例，所述反應器具有多個氧氣入口。由此，能夠快速、大量的將氧氣或富氧空氣輸送到反應空間內并使其在反應空間內均勻分布，保證反應空間內較強的氧化環境，從而提高氧化反應的效率。
[0008]根據本發明的實施例，所述反應器進一步包括:分氣裝置，所述分氣裝置分別與所述氧氣加熱裝置和所述多個氧氣入口相連，用于將經過所述氧氣加熱裝置預熱的氧氣或富氧空氣分配至各氧氣入口。由此，可以高效地將氧氣或富氧空氣輸送到反應空間內，維持反應空間內較強的氧化環境，從而提高反應效率。
[0009]根據本發明的實施例，所述礦漿加熱裝置為遠紅外加熱器。由此，能夠有效利用清潔能源對反應原料進行加熱，對環境的污染更小，節能環保效果更顯著，并且熱利用率更聞。[0010]根據本發明的實施例，所述反應器進一步包括:氣液分離器，所述氣液分離器具有進口、排氣口和排水口，所述進口與所述廢氧出口相連，所述排氣口用于排出分離后的氧氣，所述排水口與所述反應空間相連，所述氣液分離器用于將從所述廢氧出口排出的所述剩余氧氣和水蒸氣進行氣液分離，并將分離后的氧氣排出所述氣液分離器且將分離后的液體輸送給所述反應空間。由此，能夠有效地將廢氧攜帶的水和少量的氫氧化鉀回收，進而能夠節約用水、提高氫氧化鉀的回收率。
[0011]根據本發明的實施例，所述反應器的類型不受特別限制。根據本發明的一些實施例，所述反應器為立式反應釜，當所述反應器為立式反應釜時，所述出料口設置于所述本體側壁下部。根據本發明的另一些實施例，所述反應器為臥式反應釜，當所述反應器為臥式反應釜時，所述出料口設置于所述本體頂部，且與所述氧氣入口、所述廢氧出口和所述進料口間隔設置。
[0012]根據本發明的實施例，所述攪拌裝置不受特別限制。根據本發明的一些具體示例，所述攪拌裝置包括攪拌漿和設在所述攪拌漿上且沿所述攪拌漿的軸向彼此間隔開的多個槳葉。由此，有利于將礦漿攪拌均勻。
[0013]根據本發明的實施例，所述攪拌槳和攪拌葉的材質不受特別限制。根據本發明的一些具體示例，所述攪拌槳由718合金制成，所述槳葉由馬氏體不銹鋼制成。由此，攪拌槳和攪拌葉具有良好的耐堿腐蝕和氧腐蝕性能，從而能夠延長其使用壽命。
[0014]根據本發明的實施例，所述攪拌槳和攪拌葉的材質不受特別限制。根據本發明的一些具體示例，所述攪拌槳由718合金制成，所述槳葉由馬氏體不銹鋼制成。由此，攪拌槳和攪拌葉具有良好的耐堿腐蝕和氧腐蝕性能，從而能夠延長其使用壽命。
[0015]根據本發明的實施例，所述反應器進一步包括氧氣管，所述氧氣管沿所述本體的軸向設置于所述本體內部，且與所述氧氣入口連通，用于將從所述氧氣入口進入的氧氣輸送至所述反應空間下部。由此，有利于礦漿與氧氣充分接觸，從而提高反應效率。根據本發明的實施例，所述氧氣管的材質不受特別限制。根據本發明的一些具體示例，所述氧氣管由馬氏體不銹鋼制成。由此，所述氧氣管具有良好的耐堿腐蝕和氧腐蝕性能，使用壽命較長。
[0016]根據本發明的實施例，所述礦漿由濃度為45-70重量％的第一氫氧化鉀溶液與二氧化錳混合制成。由此，有利于二氧化錳充分反應，提高二氧化錳的轉化率，從而高效制備錳酸鉀。
[0017]根據本發明的實施例，所述第一氫氧化鉀溶液和所述二氧化錳的來源即提供形式不受特別限制。根據本發明的一些實施例，所述第一氫氧化鉀溶液是利用片堿配制獲得的，所述二氧化錳以軟錳礦的形式提供。根據本發明的一些具體示例，所述第一氫氧化鉀溶液是通過將所述壓濾廢液蒸發濃縮后與所述上清液混合并向混合液中添加片堿獲得的。由此，能夠將上清液循環利用，提高氫氧化鉀的回收率，從而達到減少試劑消耗、降低成本的目的。
[0018]根據本發明的實施例，所述二氧化錳和所述第一氫氧化鉀溶液的比例不受特別限制。根據本發明的一些實施例，在所述礦漿中，所述二氧化錳與所述氫氧化鉀的質量比為1:5-15。由此，有利于二氧化錳充分反應，從而提高二氧化錳的轉化率，進而提高錳酸鉀的產率。
[0019]根據本發明的實施例，所述反應器內的壓力不受特別限制。根據本發明的一些具體示例，所述反應器內壓力為0.2-1.2Mpa。由此，可以在最適合的壓力條件下進行反應，有利于提聞反應效率。
[0020]根據本發明的另一方面，本發明還提供了一種用于制備錳酸鉀的系統。根據本發明的實施例，所述系統包括:前面所述的反應器，所述反應器用于在富氧氛圍中，于250-260攝氏度、0.2-1.2Mpa下，使濃度為60-75重量％的第一氫氧化鉀溶液與二氧化錳進行氧化反應，以便獲得錳酸鉀料液；固液分離裝置，所述固液分離裝置與所述反應器相連，用于從所述反應器接收錳酸鉀料液，以及將所述錳酸鉀料液靜置并進行固液分離，以便分別獲得上清液和底流；停留養晶裝置，所述停留養晶裝置與所述固液分離裝置相連，用于從所述固液分離裝置接收所述底流，并利用第二氫氧化鉀溶液對所述底流進行波美度調節，至所述底流的波美度為50后進行停留養晶，以便獲得第一固液混合物；以及第一壓濾分離裝置，所述第一壓濾分離裝置與所述停留養晶裝置相連，用于從所述停留養晶裝置接收將所述第一固液混合物并進行第一壓濾分離，以便分別獲得固體混合物和壓濾廢液，所述固體混合物即為所述錳酸鉀。發明人驚奇地發現，利用本發明的用于制備錳酸鉀的系統，可以有效地實施本發明的制備錳酸鉀的方法，且該系統涉及的工藝簡單、安全，且二氧化錳的轉化率高、錳和氫氧化鉀的回收率高、能耗低、清潔環保。
[0021]根據本發明的實施例，所述制備錳酸鉀的系統進一步包括配料裝置，所述配料裝置與所述反應器相連，用于配制所述第一氫氧化鉀溶液并向所述第一氫氧化鉀溶液中添加二氧化錳以便制備獲得礦漿，并且將所述礦漿輸送至所述反應器。
[0022]根據本發明的實施例，所述制備錳酸鉀的系統進一步包括上清液輸送管，所述上清液輸送管分別與所述固液分離裝置和所述配料裝置相連，用于將所述上清液輸送至所述配料裝置以配制所述第一氫氧化鉀溶液。由此，實現了上清液的回收利用，提高了氫氧化鉀的回收率，從而能夠減少原料消耗 ，降低成本，且減少廢液排放，清潔環保。
[0023]根據本發明的實施例，所述進行停留養晶的時間不受特別限制。根據本發明的一些具體示例，進行所述停留養晶至少3天。由此，生成的錳酸鉀晶型結構穩定。
[0024]根據本發明的實施例，所述制備錳酸鉀的系統還可以進一步包括:調液處理裝置，所述調液處理裝置與所述第一壓濾分離裝置相連，用于從所述第一壓濾分離裝置接收所述錳酸鉀，利用第三氫氧化鉀溶液對所述錳酸鉀進行調液處理以便獲得第二固液混合物，所述第二固液混合物中氫氧化鉀濃度為2-5重量％，錳酸鉀濃度為120~150g/l ;第二壓濾分離裝置，所述第二壓濾分離裝置與所述調液處理裝置相連，用于從所述調液處理裝置接收所述第二固液混合物并進行第二壓濾分離，以便分別獲得錳酸鉀溶液和廢渣；電解裝置，所述電解裝置與所述第二壓濾分離裝置相連，用于從所述第二壓濾分離裝置接收所述錳酸鉀溶液，并將所述錳酸鉀溶液進行電解，以便獲得高錳酸鉀料液；抽濾裝置，所述抽濾裝置與所述電解裝置相連，用于從所述電解裝置接收所述高錳酸鉀料液，并將所述高錳酸鉀料液進行抽濾處理，以便獲得高錳酸鉀粗晶和電解母液；以及復結晶裝置，所述復結晶裝置與所述抽濾裝置相連，用于從所述抽濾裝置接收所述高錳酸鉀粗晶，并將所述高錳酸鉀粗晶依次進行復結晶和干燥處理，以便獲得高錳酸鉀晶體。由此，能夠進一步去除錳酸鉀中的雜質，進而利用除雜后的錳酸鉀制備高錳酸鉀。
[0025]根據本發明的實施例，進一步包括電解母液輸送管，所述電解母液輸送管分別與所述抽濾裝置和所述停留養晶裝置相連，用于將所述電解母液輸送至所述停留養晶裝置，以作為所述第二氫氧化鉀溶液對所述底流進行波美度調節。由此，實現了電解母液的回收利用，從而能夠提高氫氧化鉀的回收率，減少試劑消耗，節約生產成本，且可以避免廢液排放造成環境污染。
[0026]根據本發明的實施例，所述第三氫氧化鉀溶液是通過將所述壓濾廢液蒸發濃縮后與所述上清液混合獲得的。由此，可以將壓濾廢液和上清液循環利用，從而提高氫氧化鉀的回收率，減少原料的消耗，避免廢液直接排放而污染環境，進而達到降低成本，節能減牦，清潔環保的目的。
[0027]與現有技術相比，本發明的制備錳酸鉀的系統具有以下優點:
[0028](I)本發明的制備錳酸鉀的系統的建設成本更低、投資更低、更安全可靠；
[0029](2)本發明的制備錳酸鉀的系統的熱利用率高，提高了 40%以上；
[0030](3 )本發明的制備錳酸鉀的系統利用清潔能源，對環境的污染更小，節能環保效果
更顯著；
[0031](4)本發明的制備錳酸鉀的系統工業更容易實現，采用的設備均為傳統設備，無特殊要求，系統更易操作控制；
[0032](5)本發明的制備錳酸鉀的系統氧化環境更強，能利用低品位的軟錳礦。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0034]圖1顯示了根據本發明的一個實施例，反應器的結構示意圖；
[0035]圖2顯示了根據本發明的另一個實施例，反應器的結構示意圖；
[0036]圖3顯示了根據本發明的一個實施例，用于制備錳酸鉀的系統的結構示意圖；以及
[0037]圖4顯示了根據本發明的一個實施例，制備錳酸鉀的方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0038]下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
[0039]在本發明的描述中，術語“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明而不是要求本發明必須以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
[0040]在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
[0041]需要說明的是，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。
[0042]根據本發明的一個方面，本發明提供了一種反應器1000。根據本發明的實施例，參照圖1和圖2，所述反應器1000包括:本體100，礦漿加熱裝置200和攪拌裝置300。發明人驚奇地發現，利用本發明的反應器1000，能夠高效地制備錳酸鉀，并且該反應器結構簡單，操作方便，使用清潔能源，熱利用率高，易于實現工業化大規模生產。
[0043]下面將參照圖1和圖2，詳細描述本發明的反應器:
[0044]根據本發明的實施例,所述本體100內限定有反應空間，所述本體100頂部間隔設置有氧氣入口 101、廢氧出口 102和進料口 103，所述本體100中上部設置有出料口 104，所述氧氣入口 101用于向所述反應空間輸送氧氣或富氧空氣，所述廢氧出口 102用于排出所述反應空間內的剩余氧氣和水蒸氣，所述進料口 103用于向所述反應空間內輸送礦漿，所述出料口 104用于排出所述反應空間內的所述礦漿進行氧化反應后獲得的錳酸鉀料液。
[0045]根據本發明的實施例，所述反應器1000具有多個氧氣入口 101。由此，能夠快速、大量的將氧氣或富氧空氣輸送到反應空間內并使其在反應空間內均勻分布，保證反應空間內較強的氧化環境，從而提高氧化反應的效率。
[0046]根據本發明的實施例，所述礦漿由濃度為45-70重量％的第一氫氧化鉀溶液與二氧化錳混合制成。由此，有利于二氧化錳充分反應，提高二氧化錳的轉化率，從而高效制備錳酸鉀。
[0047]根據本發明的實施例，所述第一氫氧化鉀溶液和所述二氧化錳的來源即提供形式不受特別限制。根據本發明的一些實施例，所述第一氫氧化鉀溶液是利用片堿配制獲得的，所述二氧化錳以軟錳礦的形式提供。根據本發明的一些具體示例，所述第一氫氧化鉀溶液是通過將所述壓濾廢液蒸發濃縮后與所述上清液混合并向混合液中添加片堿獲得的。由此，能夠將上清液循環利用，提高氫氧化鉀的回收率，從而達到減少試劑消耗、降低成本的目的。
[0048]根據本發明的實施例，所述二氧化錳和所述第一氫氧化鉀溶液的比例不受特別限制。根據本發明的一些實施例，在所述礦漿中，所述二氧化錳與所述氫氧化鉀的質量比為1:.5-15。由此，有利于二氧化錳充分反應，從而提高二氧化錳的轉化率，進而提高錳酸鉀的產率。
[0049]根據本發明的實施例，所述反應器1000內的壓力不受特別限制。根據本發明的一些具體示例，所述反應器1000內壓力為0.2-1.2Mpa。由此，可以在最適合的壓力條件下進行反應，有利于提聞反應效率。
[0050]根據本發明的實施例，所述礦漿加熱裝置200設置于所述本體100內，用于將所述礦漿進行加熱至250-260攝氏度。根據本發明的實施例，所述礦漿加熱裝置200為遠紅外加熱器。由此，能夠有效利用清潔能源對反應原料進行加熱，對環境的污染更小，節能環保效果更顯著，并且熱利用率更高。
[0051 ] 根據本發明的實施例，所述攪拌裝置300設置于所述本體100內部，用于對所述礦漿進行攪拌。根據本發明的一些實施例，所述攪拌裝置300包括攪拌漿和設在所述攪拌漿上且沿所述攪拌漿的軸向彼此間隔開的多個槳葉。由此，有利于將所述礦漿攪拌均勻。根據本發明的另一些實施例，所述攪拌槳和攪拌葉的材質不受特別限制。根據本發明的一些具體示例，所述攪拌槳由718合金制成，所述槳葉由馬氏體不銹鋼制成。由此，攪拌槳和攪拌葉具有良好的耐堿腐蝕和氧腐蝕性能，從而能夠延長其使用壽命。
[0052]根據本發明的實施例，所述反應器1000的類型不受特別限制。根據本發明的一些實施例，所述反應器為立式反應釜(圖1)，當所述反應器1000為立式反應釜時，所述出料口104設置于所述本體100側壁下部。根據本發明的另一些實施例，所述反應器1000為臥式反應釜(圖2)，當所述反應器1000為臥式反應釜時，所述出料口 104設置于所述本體100頂部，且與所述氧氣入口 101、所述廢氧出口 102和所述進料口 103間隔設置。
[0053]根據本發明的實施例，參照圖1和圖2，所述反應器1000進一步包括:氧氣加熱裝置400，所述氧氣加熱裝置400與所述氧氣入口 101連通，用于在向所述反應空間輸送的氧氣或富氧空氣之前，將所述氧氣或富氧空氣進行預熱至200攝氏度。由此，利用氧氣加熱裝置400，能夠有效將氧氣或富氧空氣預熱至氧化反應所需的溫度，從而有利于氧化反應的進行，進而提聞氧化反應效率。
[0054]根據本發明的實施例，參照圖1和圖2，所述反應器1000進一步包括:分氣裝置500，所述分氣裝置500分別與所述氧氣加熱裝置400和所述多個氧氣入口 101相連，用于將經過所述氧氣加熱裝置400預熱的氧氣或富氧空氣分配至各氧氣入口 101。由此，可以高效地將氧氣或富氧空氣輸送到反應空間內，維持反應空間內較強的氧化環境，從而提高反應效率。
[0055]根據本發明的實施例，參照圖1和圖2，所述反應器1000進一步包括:氣液分離器600，所述氣液分離器60 0具有進口、排氣口和排水口，所述進口與所述廢氧出口 102相連，所述排氣口用于排出分離后的氧氣，所述排水口與所述反應空間相連，所述氣液分離器用于將從所述廢氧出口排出的所述剩余氧氣和水蒸氣進行氣液分離，并將分離后的氧氣排出所述氣液分離器且將分離后的液體輸送給所述反應空間。由此，能夠有效地將廢氧攜帶的水和少量的氫氧化鉀回收，進而能夠節約用水、提高氫氧化鉀的回收率。
[0056]根據本發明的實施例，所述反應器1000進一步包括氧氣管(圖中未示出)，所述氧氣管沿所述本體100的軸向設置于所述本體100內部，且與所述氧氣入口 101連通，用于將從所述氧氣入口 101進入的氧氣輸送至所述反應空間下部。由此，有利于礦漿與氧氣充分接觸，從而提高反應效率。根據本發明的實施例，所述氧氣管的材質不受特別限制。根據本發明的一些具體示例，所述氧氣管由馬氏體不銹鋼制成。由此，所述氧氣管具有良好的耐堿腐蝕和氧腐蝕性能，使用壽命較長。
[0057]根據本發明的另一方面，本發明還提供了一種用于制備錳酸鉀的系統。根據本發明的實施例，參照圖3，本發明的用于制備錳酸鉀的系統包括:前面所述的反應器1000，固液分離裝置2000，停留養晶裝置3000，以及第一壓濾分離裝置4000。根據本發明的實施例，所述反應器1000用于在富氧氛圍中，于250-260攝氏度、0.2-1.2Mpa下，使濃度為60-75重量％的第一氫氧化鉀溶液與二氧化錳進行氧化反應，以便獲得錳酸鉀料液；所述固液分離裝置2000與所述反應器1000相連，用于從所述反應器1000接收錳酸鉀料液，以及將所述錳酸鉀料液靜置并進行固液分離，以便分別獲得上清液和底流；所述停留養晶裝置3000與所述固液分離裝置2000相連，用于從所述固液分離裝置2000接收所述底流，并利用第二氫氧化鉀溶液對所述底流進行波美度調節，至所述底流的波美度為50后進行停留養晶，以便獲得第一固液混合物；所述第一壓濾分離裝置4000與所述停留養晶裝置3000相連，用于從所述停留養晶裝置3000接收將所述第一固液混合物并進行第一壓濾分離，以便分別獲得固體混合物和壓濾廢液，所述固體混合物即為所述錳酸鉀。發明人驚奇地發現，利用本發明的制備錳酸鉀的系統，可以有效地實施本發明的制備錳酸鉀的方法，且該系統涉及的工藝簡單、安全，且二氧化錳的轉化率高、錳和氫氧化鉀的回收率高、熱利用率高、能耗低、清潔環保 。
[0058]根據本發明的實施例，所述進行停留養晶的時間不受特別限制。根據本發明的一些具體示例，進行所述停留養晶至少3天。由此，生成的錳酸鉀晶型結構穩定便于后續操作。
[0059]根據本發明的實施例，所述制備錳酸鉀的系統進一步包括配料裝置(圖中未示出)，所述配料裝置與所述反應器1000相連，用于配制所述第一氫氧化鉀溶液并向所述第一氫氧化鉀溶液中添加二氧化錳以便制備獲得礦漿，并且將所述礦漿輸送至所述反應器1000。
[0060]根據本發明的實施例，所述制備錳酸鉀的系統進一步包括上清液輸送管(圖中未示出)，所述上清液輸送管分別與所述固液分離裝置2000和所述配料裝置相連，用于將所述上清液輸送至所述配料裝置以配制所述第一氫氧化鉀溶液。
[0061]根據本發明的實施例，所述制備錳酸鉀的系統進一步包括:調液處理裝置(圖中未示出)，第二壓濾分離裝置(圖中未示出)，電解裝置(圖中未示出)，抽濾裝置(圖中未示出)，以及復結晶裝置(圖中未示出)。根據本發明的實施例，所述調液處理裝置與所述第一壓濾分離裝置4000相連，用于從所述第一壓濾分離裝置4000接收所述錳酸鉀，利用第三氫氧化鉀溶液對所述錳酸鉀進行調液處理以便獲得第二固液混合物，所述第二固液混合物中氫氧化鉀濃度為2-5重量％，錳酸鉀濃度為120~150g/l ;所述第二壓濾分離裝置與所述調液處理裝置相連，用于從所述調液處理裝置接收所述第二固液混合物并進行第二壓濾分離，以便分別獲得錳酸鉀溶液和廢渣；所述電解裝置與所述第二壓濾分離裝置相連，用于從所述第二壓濾分離裝置接收所述錳酸鉀溶液，并將所述錳酸鉀溶液進行電解，以便獲得高錳酸鉀料液；所述抽濾裝置與所述電解裝置相連，用于從所述電解裝置接收所述高錳酸鉀料液，并將所述高錳酸鉀料液進行抽濾處理，以便獲得高錳酸鉀粗晶和電解母液；所述復結晶裝置與所述抽濾裝置相連，用于從所述抽濾裝置接收所述高錳酸鉀粗晶，并將所述高錳酸鉀粗晶依次進行復結晶和干燥處理，以便獲得高錳酸鉀晶體。由此，可以除去錳酸鉀粗晶中的雜質，并可以有效利用除雜后的錳酸鉀制備高錳酸鉀。
[0062]根據本發明的實施例，進一步包括電解母液輸送管(圖中未示出)，所述電解母液輸送管分別與所述抽濾裝置和所述停留養晶裝置相連，用于將所述電解母液輸送至所述停留養晶裝置，以作為所述第二氫氧化鉀溶液對所述底流進行波美度調節。由此，能夠將電解母液回收再利用，從而減少試劑的消耗、降低生產成本、減少廢液排放、保護環境。
[0063]根據本發明的實施例，所述第三氫氧化鉀溶液是通過將所述壓濾廢液蒸發濃縮后與所述上清液混合獲得的。由此，可以將壓濾廢液和上清液循環利用，從而提高氫氧化鉀的回收率，減少原料的消耗，避免廢液直接排放而污染環境，進而達到降低成本，節能減牦，清潔環保的目的。
[0064]下面參照圖1-3，進一步對工作狀態下的本發明的反應器和系統進行描述:
[0065]首先，上清液和蒸發濃縮后的壓濾廢液分別經上清液輸送管和壓濾廢液輸送管被輸送至配料裝置，在配料裝置中的片堿和軟錳礦與上清液和蒸發濃縮后的壓濾廢液混合均勻，獲得礦漿，接著礦漿通過進料口 103被輸送到反應器1000的反應空間內，同時氧氣依次經過氧氣加熱裝置400 (預熱到200攝氏度)、分氣裝置500，通過氧氣入口 101被通入反應空間內，在攪拌裝置300進行攪拌和加熱裝置200進行加熱的條件下，礦漿與氧氣在反應空間內發生氧化反應，獲得錳酸鉀料液，反應過程中，廢氧通過廢氧出口 102被輸送至氣液分離器600，經氣液分離后的廢氧排空，液體被返回至反應空間；接下來錳酸鉀料液經出料口104被輸送到固液分離裝置2000，在固液分離裝置2000中進行固液分離，獲得上清液和底流，上清液自流入上清液儲槽(圖中未示出)并經上清液輸送管輸送至配料裝置用于配料，底流被輸送至停留養晶裝置3000，被第二氫氧化鉀溶液調節波美度至50后，在停留養晶裝置3000中進行停留養晶，獲得第一固液混合物，隨后第一固液混合物被輸送至第一壓濾裝置4000進行壓濾分離，分離獲得的壓濾廢液被輸送至壓濾廢液儲槽(圖中未示出)并經壓濾廢液輸送管輸送至配料裝置用于配料，分離獲得的錳酸鉀粗晶被輸送至調液處理裝置(圖中未示出)，經第三氫氧化鉀溶液調液處理后，獲得的第二固液混合物被輸送至第二壓濾分離裝置(圖中未示出)進行壓濾分離，分離獲得的濾液被輸送到電解裝置(圖中未示出)，錳酸鉀在電解裝置中被電解生成高錳酸鉀，獲得高錳酸鉀料液，然后高錳酸鉀料液被輸送至抽濾裝置(圖中未示出)進行抽濾，抽濾獲得的電解母液被輸送至電解母液儲槽(圖中未示出)并經管道輸送至調液處理裝置，獲得的高錳酸鉀粗晶被輸送至復結晶裝置(圖中未示出)進行復結晶和干燥處理，由此獲得高錳酸鉀晶體。
[0066]以上部分已經詳細描述了本發明的制備錳酸鉀的系統，為了能夠更好地理解該系統，下面對能夠利用該系統實施的方法再進行詳細描述。
[0067]根據本發明的再一個方面，本發明提出了一種制備錳酸鉀的方法。根據本發明的實施例，參照圖4，該方法包括以下步驟:
[0068]SlOO富氧氛圍中，第一氫氧化鉀溶液與二氧化錳進行氧化反應，以便獲得錳酸鉀料液
[0069]首先，于富氧氛圍中，使第一氫氧化鉀溶液與二氧化錳進行氧化反應，以便獲得錳酸鉀料液。其中，該步驟主要涉及的化學反應為:2Mn02+4K0H+02 — 2K2Mn04丨+2H20。
[0070]根據本發明的實施例，氧化反應的條件以及第一氫氧化鉀溶液的濃度均不受特別限制。根據本發明的一些實施例，可以在富氧氛圍中，在250-260攝氏度、0.2-1.2Mpa條件下，將濃度為45-70重量％的第一氫氧化鉀溶液與二氧化錳進行氧化反應，以便獲得錳酸鉀料液。由此，能夠使得氫氧化鉀和二氧化錳在最適合的條件下發生氧化反應，從而能夠提高二氧化錳的轉化率，進而提高錳酸鉀的產率。
[0071]根據本發明的實施例，所述第一氫氧化鉀溶液和二氧化錳的來源即提供形式不受特別限制，實際應用中，本領域技術人員可以根據具體情況靈活選擇。根據本發明的一些實施例，所述第一氫氧化鉀溶液是利用片堿配制獲得的，具體地，所述第一氫氧化鉀溶液是通過將壓濾廢液蒸發濃縮后與上清液混合，并向混合液中添加片堿而獲得的；所述二氧化錳以軟錳礦的形式提供。由此，能夠將上清液循環利用，提高氫氧化鉀的回收率，從而達到減少試劑消耗、降低成本的目的。
[0072]根據本發明的實施例，所述二氧化錳與所述第一氫氧化鉀溶液的配比不受特別限制。根據本發明的一些具體示例，將所述二氧化錳與所述第一氫氧化鉀溶液中氫氧化鉀的按照質量比為1:5-15的比例進行氧化反應。由此，有利于二氧化錳充分反應，從而提高二氧化錳的轉化率，進而提高錳酸鉀的產率。
[0073]S200將所述錳酸鉀料液靜置并進行固液分離，以便分別獲得上清液和底流
[0074]接著，將SlOO步驟中獲得的錳酸鉀料液靜置適當時間后，進行固夜分離，以便分別獲得上清液和底流。分離獲得的上清液中含有氫氧化鉀，可以進一步用于配置第一氫氧化鉀溶液和第三氫氧化鉀溶液，從而實現了氫氧化鉀的循環利用，進而減少試劑消耗和廢液排放，降低成本，清潔環保。分離獲得的底流中的主要成分為錳酸鉀，待后續步驟處理。
[0075]S300利用第二氫氧化鉀溶液對底流進行波美度調節后進行停留養晶，以便獲得第一固液混合物
[0076]接下來，利用第二氫氧化鉀溶液對所述底流進行波美度調節，至所述底流的波美度為50后進行停留養晶，以便獲得第一固液混合物。發明人驚奇地發現，當底流的波美度調節為50時，生成的錳酸鉀晶體歧化反應生成二氧化錳的量少，錳酸鉀的回收率高，所述底流的波美度過高或過低都不能達到最佳的效果。
[0077]根據本發明的實施例，所述第二氫氧化鉀溶液的提供方式不受特別限制。根據本發明的一些具體示例，所述第二氫氧化鉀溶液以電解母液的形式提供。由此，能夠對電解母液進行回收利用，提高氫氧化鉀的回收率，從而達到減少原料消耗，降低生產成本，減少廢液排放，保護環境的目的。
[0078]根據本發明的實施例，停留養晶的時間不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際情況靈活選擇。根據本發明的 一些具體示例，進行所述停留養晶至少3天。由此，生成的錳酸鉀晶型結構穩定，便于后續操作。
[0079]S400將所述第一固液混合物進行第一壓濾分離，以便分別獲得固體混合物和壓濾廢液
[0080]接下來，將步驟S300中獲得的第一固液混合物進行壓濾分離，以便獲得固體混合物和壓濾廢液。分離獲得的固體混合物即為錳酸鉀。分離獲得的壓濾廢液中含有一定量的氫氧化鉀，可以進一步循環利用。根據本發明的一些實施例，可以將壓濾廢液蒸發濃縮后與上清液混合，并添加片堿，制備第一氫氧化鉀溶液。根據本發明的另一些實施例，可以將壓濾廢液蒸發濃縮后與上清液混合，制備第三氫氧化鉀溶液。由此，實現了壓濾廢液的回收再利用，從而提高了氫氧化鉀的回收率，減少了廢液排放，達到了節能減耗，清潔環保的目的。
[0081]上述步驟制備獲得的錳酸鉀可以進一步用于制備高錳酸鉀。因此，根據本發明的一些實施例，本發明的制備錳酸鉀的方法進一步包括以下步驟:
[0082]利用第三氫氧化鉀溶液對錳酸鉀進行調液處理，以便獲得第二固液混合物
[0083]由于在氧化反應過程中，會發生副反應Si02+2K0H=K2Si03+H20，因而，在經過前述步驟制備獲得的錳酸鉀晶體中還含有少量K2SiO3雜質，為了獲得純度更高的錳酸鉀，可以利用第三氫氧化鉀溶液對所述錳酸鉀進行調液處理，以便獲得第二固液混合物。經過調液后，所述錳酸鉀晶體溶解于液相中，而硅酸鉀雜質則不溶解，留在固相中，由此，進一步經過固液分離，能夠有效除去錳酸鉀中的硅酸鉀雜質。此外，由于硅酸鉀具有較強的吸附性能，固體硅酸鉀的表面可以進一步吸附其他雜質，從而能夠進一步凈化錳酸鉀，進而獲得純度較高的錳酸鉀溶液。
[0084]將第二固液混合物進行第二壓濾分離，以便分別獲得錳酸鉀溶液和廢渣[0085]接著，將第二固液混合物進行壓濾分離，以便獲得錳酸鉀溶液和廢渣。由此，能夠高效地將第二固液混合物中的固體雜質除去，獲得純度較高的錳酸鉀溶液，從而有利于后續步驟的進行，提高效率。
[0086]將錳酸鉀溶液依次進行電解和抽濾，以便獲得高錳酸鉀粗晶和電解母液
[0087]接下來，先將上述獲得的錳酸鉀溶液進行電解，以便使得錳酸鉀反應生成高錳酸鉀。其中，該步驟主要涉及的化學反應為:K2Mn04+H20=KMn04+l/2H2+K0H。
[0088]隨后，將電解后的溶液進行抽濾，以便獲得高錳酸鉀粗晶和電解母液。由上述反應方程式可以看出，所述電解母液中含有一定量的氫氧化鉀，因而可以對其進行回收再利用。根據本發明的一些實施例，可以將電解母液直接作為第二氫氧化鉀溶液，對所述底流進行波美度調節。由此，實現了電解母液的循環利用，從而達到了提高原料利用率，減少廢液排放，降低成本，保護環境的目的。
[0089]將聞猛酸鐘粗晶依次進行復結晶和干燥處理，以便獲得聞猛酸鐘晶體
[0090]由于高錳酸鉀粗晶中還含有少量的雜質，高錳酸鉀的含量較低，因而需要對高錳酸鉀粗晶進行復結晶處理，以便提高高錳酸鉀的含量。具體地，將高錳酸鉀粗晶溶于去離子水中，使溶液中的聞猛酸鐘重新結晶，從而獲得晶粒更大、聞猛酸鐘含量更聞的聞猛酸鐘晶體。
[0091]實施例1
[0092]利用圖1或圖2所示的反應器，以及圖3所示的系統，根據前面所述的制備錳酸鉀的方法，按照如下步驟制備錳酸鉀:
[0093]a.氧化反應:濃度為45-70重量％的第一氫氧化鉀溶液與軟錳礦按照混合二氧化錳和第一氫氧化鉀溶液中的氫氧化鉀質量比為1:5-15的比例混合形成礦漿，于富氧氛圍中，在250-260攝氏度、0.2-1.2Mpa條件`下，進行氧化反應，以便獲得錳酸鉀料液；
[0094]b.固夜分離:錳酸鉀料液靜置適當時間后，進行固液分離，以便分別獲得上清液和底流；
[0095]c.停留養晶:利用第二氫氧化鉀溶液對底流進行波美度調節,至底流的波美度為50后，進行停留養晶至少3天，以便獲得第一固液混合物；
[0096]d.第一壓濾分離:將步驟c中獲得的第一固液混合物進行壓濾分離，分離獲得的壓濾廢液輸送至壓濾廢液儲槽，經蒸發濃縮后，用于配制第一氫氧化鉀溶液和第三氫氧化鉀溶液，分離獲得的固體為錳酸鉀粗晶；
[0097]e.調液處理:利用第三氫氧化鉀溶液對步驟d中獲得的錳酸鉀粗晶進行調液處理，以便獲得第二固液混合物；
[0098]f.第二壓濾分離:將步驟e中獲得的第二固液混合物進行壓濾分離，以便獲得錳酸鉀溶液和廢渣；
[0099]g.電解:在電解裝置中，對步驟f中獲得的錳酸鉀溶液進行電解，錳酸鉀被電解生成高錳酸鉀，以便獲得高錳酸鉀料液；
[0100]h.抽濾:在抽濾裝置中，對步驟g中獲得的高錳酸鉀料液進行抽濾處理，以便獲得高錳酸鉀粗晶和電解母液，其中將電解母液輸送電解母液儲槽用于配制第二氫氧化鉀溶液，獲得的固體即為聞猛酸鐘粗晶；
[0101]1.復結晶和干燥:在復結晶裝置中，步驟h中獲得的高錳酸鉀晶體被復溶于水，進行復結晶，進一步對經過復結晶獲得高錳酸鉀晶體進行干燥處理，從而獲得工業高錳酸鉀。
[0102]在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
[0103]盡管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解:在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的范圍由權利要求及其等同物限定。
【權利要求】
1.一種反應器，其特征在于，包括: 本體，所述本體內限定有反應空間，所述本體頂部間隔設置有氧氣入口、廢氧出口和進料口，所述本體中上部設置有出料口，所述氧氣入口用于向所述反應空間輸送氧氣或富氧空氣，所述廢氧口用于排出所述反應空間內的剩余氧氣和水蒸氣，所述進料口用于向所述反應空間內輸送礦漿，所述出料口用于排出所述反應空間內的所述礦漿進行氧化反應后獲得的錳酸鉀料液； 礦漿加熱裝置，所述礦漿加熱裝置設置于所述本體內，用于將所述礦漿進行加熱至250-260攝氏度；以及 攪拌裝置，所述攪拌裝置設置于所述本體內部，用于對所述礦漿進行攪拌。
2.根據權利要求1所述的反應器，其特征在于，進一步包括: 氧氣加熱裝置，所述氧氣加熱裝置與所述氧氣入口連通，用于在向所述反應空間輸送的氧氣或富氧空氣之前，將所述氧氣或富氧空氣進行預熱至200攝氏度， 任選地，所述反應器具有多個氧氣入口， 任選地，進一步包括: 分氣裝置，所述分氣裝置分別與所述氧氣加熱裝置和所述多個氧氣入口相連，用于將經過所述氧氣加熱裝置預熱的氧氣或富氧空氣分配至各氧氣入口。
3.根據權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述礦漿加熱裝置為遠紅外加熱器， 任選地，進一步包括: 氣液分離器，所述氣液分離器具有進口、排氣口和排水口，所述進口與所述廢氧出口相連，所述排氣口用于排出分離后的氧氣，所述排水口與所述反應空間相連，所述氣液分離器用于將從所述廢氧出口排出的所述剩余氧氣和水蒸氣進行氣液分離，并將分離后的氧氣排出所述氣液分離器且將分離后的液體輸送給所述反應空間。
4.根據權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述反應器為立式反應釜， 任選地，所述出料口設置于所述本體側壁下部。
5.根據權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述反應器為臥式反應釜， 任選地，所述出料口設置于所述本體頂部，且與所述氧氣入口、所述廢氧出口和所述進料口間隔設置。
6.根據權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述攪拌裝置包括攪拌漿和設在所述攪拌漿上且沿所述攪拌漿的軸向彼此間隔開的多個槳葉， 任選地，所述攪拌槳由718合金制成，所述槳葉由馬氏體不銹鋼制成， 任選地，進一步包括氧氣管，所述氧氣管沿所述本體的軸向設置于所述本體內部，且與所述氧氣入口連通，用于將從所述氧氣入口進入的氧氣輸送至所述反應空間下部， 任選地，所述氧氣管由馬氏體不銹鋼制成。
7.根據權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述礦漿由濃度為45-70重量％的第一氫氧化鉀溶液與二氧化錳混合制成， 任選地，所述第一氫氧化鉀溶液是利用片堿配制獲得的，所述二氧化錳以軟錳礦的形式提供， 任選地，所述第一氫 氧化鉀溶液是通過將所述壓濾廢液蒸發濃縮后與所述上清液混合并向混合液中添加片堿獲得的，任選地，在所述礦漿中，所述二氧化錳與所述氫氧化鉀的質量比為1:5-15， 任選地，所述反應器內壓力為0.2-1.2Mpa。
8.一種用于制備錳酸鉀的系統，其特征在于，包括: 權利要求1-7任一項所述的反應器，所述反應器用于在富氧氛圍中，于250-260攝氏度、0.2-1.2Mpa下，使濃度為60-75重量％的第一氫氧化鉀溶液與二氧化錳進行氧化反應，以便獲得錳酸鉀料液； 固液分離裝置，所述固液分離裝置與所述反應器相連，用于從所述反應器接收錳酸鉀料液，以及將所述錳酸鉀料液靜置并進行固液分離，以便分別獲得上清液和底流； 停留養晶裝置，所述停留養晶裝置與所述固液分離裝置相連，用于從所述固液分離裝置接收所述底流，并利用第二氫氧化鉀溶液對所述底流進行波美度調節，至所述底流的波美度為50后進行停留養晶，以便獲得第一固液混合物；以及 第一壓濾分離裝置，所述第一壓濾分離裝置與所述停留養晶裝置相連，用于從所述停留養晶裝置接收將所述第一固液混合物并進行第一壓濾分離，以便分別獲得固體混合物和壓濾廢液，所述固體混合物即為所述錳酸鉀。
9.根據權利要求8所述的系統，其特征在于，進一步包括配料裝置，所述配料裝置與所述反應器相連，用于配制所述第一氫氧化鉀溶液并向所述第一氫氧化鉀溶液中添加二氧化錳以便制備獲得礦漿，并且將所述礦漿輸送至所述反應器， 任選地，進一步包括上清液輸送管，所述上清液輸送管分別與所述固液分離裝置和所述配料裝置相連，用于將所述上清液輸送至所述配料裝置以配制所述第一氫氧化鉀溶液，任選地，進行所述停留養晶至少3天。
10.根據權利要求8所述的系統，其特征在于，進一步包括: 調液處理裝置，所述調液處理裝置與所述第一壓濾分離裝置相連，用于從所述第一壓濾分離裝置接收所述錳酸鉀，利用第三氫氧化鉀溶液對所述錳酸鉀進行調液處理以便獲得第二固液混合物，所述第二固液混合物中氫氧化鉀濃度為2-5重量％，錳酸鉀濃度為120~150g/l ； 第二壓濾分離裝置，所述第二壓濾分離裝置與所述調液處理裝置相連，用于從所述調液處理裝置接收所述第二固液混合物并進行第二壓濾分離，以便分別獲得錳酸鉀溶液和廢渣； 電解裝置，所述電解裝置與所述第二壓濾分離裝置相連，用于從所述第二壓濾分離裝置接收所述錳酸鉀溶液，并將所述錳酸鉀溶液進行電解，以便獲得高錳酸鉀料液； 抽濾裝置，所述抽濾裝置與所述電解裝置相連，用于從所述電解裝置接收所述高錳酸鉀料液，并將所述高錳酸鉀料液進行抽濾處理，以便獲得高錳酸鉀粗晶和電解母液；以及復結晶裝置，所述復結晶裝置與所述抽濾裝置相連，用于從所述抽濾裝置接收所述高錳酸鉀粗晶，并將所述高錳酸鉀粗晶依次進行復結晶和干燥處理，以便獲得高錳酸鉀晶體，任選地，進一步包括電解母液輸送管，所述電解母液輸送管分別與所述抽濾裝置和所述停留養晶裝置相連，用于將所述電解母液輸送至所述停留養晶裝置，以作為所述第二氫氧化鉀溶液對所述底流進行波美度調節， 任選地，所述第三氫氧化鉀溶液是通過將所述壓濾廢液蒸發濃縮后與所述上清液混合獲得的。
【文檔編號】C01G45/12GK103570075SQ201310593533
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月22日 優先權日:2013年11月22日
【發明者】王吉坤, 嵇曉滄, 閆江峰, 劉大雄, 馬進, 張紅耀, 戶少勇, 彭東, 楊世誠, 李天杰, 納吉興, 杭祖輝 申請人:云南建水錳礦有限責任公司