一种高锰酸钾的高效制备方法

摘要

本发明公开了一种高锰酸钾的高效制备方法，包括：步骤一，将二氧化锰加入到氯化镧稀土溶液中，在50℃‑80℃下进行搅拌，水洗、干燥，得到改性二氧化锰；对碳酸镁进行质子辐照处理，得到活性碳酸镁；步骤二，将改性二氧化锰和活性碳酸镁先进行热活化处理，再送入气动流化塔内处理，得到中间产物Mg3Mn2O8；步骤三，将中间产物溶于水中，搅拌、静置、过滤后，得到滤液；在通入CO2的情况下，向滤液中加入氢氧化钾，搅拌反应1‑2h；反应结束后，过滤除去滤渣，将滤液进行重结晶处理；步骤四，将得到的高锰酸钾晶体溶于水中，再次进行重结晶处理，得到本发明的高锰酸钾。本发明的高锰酸钾的高效制备方法，成本低廉，制备的效率高。

权利要求

1.一种高锰酸钾的高效制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，将二氧化锰加入到氯化镧稀土溶液中，在50℃～80℃下进行搅拌处理；搅拌处理结束后，水洗、干燥，得到改性二氧化锰；

对碳酸镁进行质子辐照处理，得到活性碳酸镁；

所述步骤一中，所述氯化镧稀土溶液的浓度为0.01～0.05g/L，二氧化锰与氯化镧稀土溶液的质量比为1:10～100；

所述步骤一中，所述质子辐照处理的辐照功率为100～300W，辐照时间为10～30min；

步骤二，将所述改性二氧化锰和活性碳酸镁分别进行热活化处理，接着将热活化处理后的改性二氧化锰和活性碳酸镁混合，并将混合料从塔顶投入气动流化塔中，同时从塔底通入温度为200‑300℃的热空气，使混合料与热空气逆流接触，反应生成中间产物Mg3Mn2O8；

所述步骤二中，所述热活化处理具体为：先于100～200℃下保温10～20min，接着以1‑3℃/min的速率升温至350～400℃，继续保温20～30min；

步骤三、打开气动流化塔的塔底出料口，使得中间产物Mg3Mn2O8进入到沉降槽中，向沉降槽内加入水溶解，于50～100℃下搅拌1～6h，静置、过滤后，得到滤液；接着，将滤液通入到反应槽中，在不断通入CO2的情况下，向所述反应槽中加入过量的氢氧化钾，调节滤液的pH至8.0～9.0，搅拌反应1～2h；反应结束后，过滤除去滤渣，将滤液进行重结晶处理，得到高锰酸钾晶体；

步骤四，将得到的高锰酸钾晶体加入到结晶槽中，加水溶解，接着再次进行重结晶处理，得到高锰酸钾。

2.根据权利要求1所述的一种高锰酸钾的高效制备方法，其特征在于，所述步骤一中，搅拌处理的转速为300～400r/min，搅拌处理的时间为30～60min。

3.根据权利要求1所述的一种高锰酸钾的高效制备方法，其特征在于，所述步骤二中，气动流化塔中的压力为0.2‑0.8MPa，反应时间为2‑6h。

4.根据权利要求1所述的一种高锰酸钾的高效制备方法，其特征在于，所述步骤二中，反应后的烟道气经过除尘处理后，通入到气动流化塔的夹层中以对气动流化塔进行加热。

5.根据权利要求1所述的一种高锰酸钾的高效制备方法，其特征在于，所述步骤三中，所述CO2的通入速率为20～50mL/min。

6.根据权利要求1所述的一种高锰酸钾的高效制备方法，其特征在于，所述步骤三中，搅拌反应时，控制滤液的温度为50～80℃。

7.根据权利要求1所述的一种高锰酸钾的高效制备方法，其特征在于，经再次重结晶处理后，所述高锰酸钾的纯度达到了99％。

说明书

一种高锰酸钾的高效制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及高锰酸钾制备技术领域，具体涉及一种高锰酸钾的高效制备方法。

背景技术

[0002] 高锰酸钾是一种被广泛使用的化工产品。在化学品生产中，高锰酸钾被广泛用作为氧化剂，例如用作制糖精、维生素C、异烟肼及安息香酸的氧化剂；在医药上被用作防腐剂、消毒剂、除臭剂及解毒剂；在水质净化及废水处理中，可用作水处理剂，以氧化硫化氢、酚、铁、锰和有机、无机等多种污染物，控制臭味和脱色；在气体净化中，可除去痕量硫、砷、磷、硅烷、硼烷及硫化物；在采矿冶金方面，用于从铜中分离钼，从锌和镉中除杂，以及化合物浮选的氧化剂；还用于作特殊织物、蜡、油脂及树脂的漂白剂，防毒面具的吸附剂，木材及铜的着色剂等。

[0003] 目前国内外生产锰酸钾的工艺，一般是采用平炉焙烧法和气动流化塔法制取锰酸钾，其中，平炉法生产工艺为二十世纪50年代开始，敞开式生产、工艺落后、产能低下、热效率低、能耗高、无组织排放严重、严重影响周边环境，被环保部列为“双高”产品。气动流化塔法生产高锰酸钾则是目前最清洁、最先进的工艺技术，其先通过气动流化塔将锰矿粉和碱料氧化成锰酸钾，再通过电解或其他化学氧化的方式获得高锰酸钾。例如公开号为CN1316384的中国专利公开了一种气动流化塔生产高锰酸钾新工艺，由混配预热、氧化反应过程、沉降分离、电解工艺步骤来实现，其中氧化反应过程是在带有筛孔锥形塔盘的气动流化塔中完成。气动流化塔法有效的降低了物耗能耗、提高了生产效率、减少了对环境的污染、降低了人工劳动成本和强度；但是通过电解或其他方式氧化锰酸钾得到高锰酸钾时，仍需要消耗大量的能量。

[0004] 公开号为CN112794367A（公开日为2021年5月14日）的中国专利公开了一种新的高锰酸钾制备方法，复合金属化物M3‑xAxMn2O8作为中间反应物料，通过简单的加热、搅拌、淋洗等方法使氧化物与水、KOH或K2CO3及CO2反应，再过滤结晶干燥获得高纯度的高锰酸钾晶体。这种制备方法步骤简单，成本低廉，易于大规模生产应用。但是在制备中间产物M3‑xAxMn2O8时，由于反应物碱土金属的碳酸盐与软锰矿的反应活性较低，需要进行煅烧处理；并且即使在1000℃下也需要煅烧十几个小时，这不仅造成了反应的效率低，并且消耗了大量的能源，经济效益差，无法实现工业化生产。

发明内容

[0005] 针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种高锰酸钾的高效制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

[0007] 一种高锰酸钾的高效制备方法，包括以下步骤：

[0008] 步骤一，将二氧化锰加入到氯化镧稀土溶液中，在50℃‑80℃下进行搅拌处理；搅拌处理结束后，水洗、干燥，得到改性二氧化锰；

[0009] 对碳酸镁进行质子辐照处理，得到活性碳酸镁；

[0010] 步骤二，将所述改性二氧化锰和活性碳酸镁分别进行热活化处理，接着将热活化处理后的改性二氧化锰和活性碳酸镁混合，并将混合料从塔顶投入气动流化塔中，同时从塔底通入温度为200‑300℃的热空气，使混合料与热空气逆流接触，反应生成中间产物Mg3Mn2O8；

[0011] 步骤三，打开气动流化塔的塔底出料口，使得中间产物Mg3Mn2O8进入到沉降槽中，向沉降槽内加入水溶解，于50 100℃下搅拌1 6h，静置、过滤后，得到滤液；接着，将滤液通~ ~入到反应槽中，在不断通入CO2的情况下，向所述反应槽中加入过量的氢氧化钾，调节滤液的pH至8.0 9.0，搅拌反应1 2h；反应结束后，过滤除去滤渣，将滤液进行重结晶处理，得到~ ~
高锰酸钾晶体；

[0012] 步骤四，将得到的高锰酸钾晶体加入到结晶槽中，加水溶解，接着再次进行重结晶处理，得到本发明的高锰酸钾。

[0013] 针对碳酸镁与软锰矿之间的反应活性较低的问题，本发明中，发明人分别对二氧化锰和碳酸镁进行了改性处理，从而提高了二者之间的反应活性，提升了高锰酸钾的制备效率。

[0014] 具体的，在一定的温度下，将二氧化锰于氯化镧溶液中进行搅拌处理，氯化镧可以吸附在二氧化锰中，在高温煅烧过程中，氯化镧能够起到激活二氧化锰反应活性的作用，同时起到催化剂的作用，促进二氧化锰与碳酸镁发生反应。

[0015] 进一步地，所述步骤一中，所述氯化镧稀土溶液的浓度为0.01 0.05g/L，二氧化锰~与氯化镧稀土溶液的质量比为1:10 100。
~

[0016] 进一步地，所述步骤一中，搅拌处理的转速为300‑400r/min，搅拌处理的时间为30‑60min。

[0017] 本发明中，对碳酸镁进行质子辐照处理，通过高能质子轰击碳酸镁，使碳酸镁表面产生晶格缺陷，提高了其反应活性。进一步地，所述步骤一中，所述质子辐照处理的辐照功率为100‑300W，辐照时间为10‑30min。

[0018] 本发明中，为了进一步提高二氧化锰与碳酸镁之间的反应活性，在进入气动流化塔处理之前，先对两者进行了热活化处理，以激发其反应活性。进一步地，所述步骤二中，所述热活化处理具体为：先于100‑200℃下保温10‑20min，接着以1‑3℃/min的速率升温至350‑400℃，继续保温20‑30min。

[0019] 进一步地，所述步骤二中，气动流化塔中的压力为0.2‑0.8MPa，反应时间为2‑6 h。

[0020] 进一步地，所述步骤二中，反应后的烟道气经过除尘处理后，通入到气动流化塔的夹层中以对气动流化塔进行加热

[0021] 本发明中，在反应时不断通入CO2，同时控制滤液的pH为8.0‑9.0，促使反应液中的镁盐生成碳酸镁沉淀，从而除去Mg元素杂质。进一步地，所述步骤三中，所述CO2的通入速率为20 50mL/min。~

[0022] 进一步地，所述步骤三中，搅拌反应时，控制滤液的温度为50 80℃。~

[0023] 进一步地，经再次重结晶处理后，所述高锰酸钾的纯度达到了99%。

[0024] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

[0025] 1.本发明的高锰酸钾高效制备方法中，采用二氧化锰先与氯化镧稀土溶液混合后搅拌改性，氯化镧能够吸附于二氧化锰中，在后续气动流化塔内氧化反应时对二氧化锰起到激活和催化反应的作用，激发并促进其二氧化锰与碳酸镁的反应活性能；而碳酸镁经过质子辐照处理后，表面缺陷增加，反应活性得以增加。将改性后的两种原料来制备中间产物Mg3Mn2O8，大大提升了反应速率，反应时间可由十几个小时降低至2‑6h，有助于提高高锰酸钾的制备效率；并且反应物无需进行煅烧处理，大大降低了反应温度，降低了能耗。

[0026] 2.本发明的高锰酸钾高效制备方法中，Mg3Mn2O8在制备前先对二氧化锰和碳酸镁进行热活化处理，从而能够激发两者的反应活性，有利于降低后续反应的时间。

[0027] 3.本发明的高锰酸钾高效制备方法中，反应中产生的副产物碳酸镁和二氧化锰可以通过过滤去除，而目标产物高锰酸钾保留在滤液中，通过两次重结晶处理后能够达到很高的纯度。经测试，本发明制备的高锰酸钾，其纯度可达99%以上。

具体实施方式

[0028] 下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

[0029] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

[0030] 下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

[0031] 实施例1

[0032] 本实施例提供了一种高锰酸钾高效制备方法，包括以下步骤：

[0033] 步骤一，按照质量比1:20的比例将二氧化锰加入到浓度为0.05g/L的氯化镧稀土溶液中，先在60℃下搅拌处理30min，搅拌转速为300r/min；搅拌结束后，水洗、干燥，得到改性二氧化锰；将碳酸镁送入到质子辐照箱内进行辐照处理，辐照功率为300W，辐照时间为10min；辐照结束后，得到活性碳酸镁；

[0034] 步骤二，首先对活性碳酸镁和改性二氧化锰分别进行热活化处理：先于200℃下保温20min，接着以2℃/min的速率升温至400℃，继续保温20min。热活化完毕后，将两者按比例混合，再将混合料从塔顶投入气动流化塔中，同时从塔底通入温度为250℃的热空气，控制塔内压力为0.6MPa，使混合料与热空气逆流接触，反应4h后，生成中间产物Mg3Mn2O8；

[0035] 步骤三，打开气动流化塔的塔底出料口，使得中间产物Mg3Mn2O8进入到沉降槽中，向沉降槽内加入水溶解，于90℃下搅拌2h，静置1h后，过滤去除沉降物，得到紫红色的滤液；接着，将滤液通入到反应槽中，以30mL/min的速率不断向所述滤液中通入CO2，同时向滤液中加入过量的氢氧化钾，控制滤液的温度为60℃，调节滤液的pH至8.0，搅拌反应1h；反应结束后，过滤除去滤渣，将滤液进行重结晶处理，得到高锰酸钾晶体；

[0036] 步骤四，将得到的高锰酸钾晶体加入结晶槽中，加水溶解，再次进行重结晶处理，收集结晶物，干燥，得到高纯度高锰酸钾。

[0037] 实施例2

[0038] 本实施例提供了一种高锰酸钾高效制备方法，包括以下步骤：

[0039] 步骤一，按照质量比1:10的比例将二氧化锰加入到浓度为0.02g/L的氯化镧稀土溶液中，先在60℃下搅拌处理30min，搅拌转速为300r/min；搅拌结束后，水洗、干燥，得到改性二氧化锰；将碳酸镁送入到质子辐照箱内进行辐照处理，辐照功率为100W，辐照时间为60min；辐照结束后，得到活性碳酸镁；

[0040] 步骤二，首先对活性碳酸镁和改性二氧化锰分别进行热活化处理：先于200℃下保温20min，接着以1‑3℃/min的速率升温至400℃，继续保温20min。热活化完毕后，将两者按比例混合，再将混合料从塔顶投入气动流化塔中，同时从塔底通入温度为220℃的热空气，控制塔内压力为0.8MPa，使混合料与热空气逆流接触，反应6h后，生成中间产物Mg3Mn2O8；

[0041] 步骤三，打开气动流化塔的塔底出料口，使得中间产物Mg3Mn2O8进入到沉降槽中，向沉降槽内加入水溶解，于90℃下搅拌2h，静置1h后，过滤去除沉降物，得到紫红色的滤液；接着，将滤液通入到反应槽中，以30mL/min的速率不断向所述滤液中通入CO2，同时向滤液中加入过量的氢氧化钾，控制滤液的温度为80℃，调节滤液的pH至9.0，搅拌反应1h；反应结束后，过滤除去滤渣，将滤液进行重结晶处理，得到高锰酸钾晶体；

[0042] 步骤四，将得到的高锰酸钾晶体加入结晶槽中，加水溶解，再次进行重结晶处理，收集结晶物，干燥，得到高纯度高锰酸钾。

[0043] 实施例3

[0044] 本实施例提供了一种高锰酸钾高效制备方法，包括以下步骤：

[0045] 步骤一，按照质量比1:50的比例将二氧化锰加入到浓度为0.05g/L的氯化镧稀土溶液中，先在60℃下搅拌处理60min，搅拌转速为300r/min；搅拌结束后，水洗、干燥，得到改性二氧化锰；将碳酸镁送入到质子辐照箱内进行辐照处理，辐照功率为100W，辐照时间为10min；辐照结束后，得到活性碳酸镁；

[0046] 步骤二，首先对活性碳酸镁和改性二氧化锰分别进行热活化处理：先于200℃下保温20min，接着以1‑3℃/min的速率升温至400℃，继续保温20min。热活化完毕后，将两者按比例混合，再将混合料从塔顶投入气动流化塔中，同时从塔底通入温度为280℃的热空气，控制塔内压力为0.3MPa，使混合料与热空气逆流接触，反应3h后，生成中间产物Mg3Mn2O8；

[0047] 步骤三，打开气动流化塔的塔底出料口，使得中间产物Mg3Mn2O8进入到沉降槽中，向沉降槽内加入水溶解，于90℃下搅拌2h，静置1h后，过滤去除沉降物，得到紫红色的滤液；接着，将滤液通入到反应槽中，以50mL/min的速率不断向所述滤液中通入CO2，同时向滤液中加入过量的氢氧化钾，控制滤液的温度为60℃，调节滤液的pH至8.0，搅拌反应2h；反应结束后，过滤除去滤渣，将滤液进行重结晶处理，得到高锰酸钾晶体；

[0048] 步骤四，将得到的高锰酸钾晶体加入结晶槽中，加水溶解，再次进行重结晶处理，收集结晶物，干燥，得到高纯度高锰酸钾。

[0049] 实施例4

[0050] 本实施例提供了一种高锰酸钾高效制备方法，包括以下步骤：

[0051] 步骤一，按照质量比1:50的比例将二氧化锰加入到浓度为0.02g/L的氯化镧稀土溶液中，先在60℃下搅拌处理60min，搅拌转速为300r/min；搅拌结束后，水洗、干燥，得到改性二氧化锰；将碳酸镁送入到质子辐照箱内进行辐照处理，辐照功率为300W，辐照时间为10min；辐照结束后，得到活性碳酸镁；

[0052] 步骤二，首先对活性碳酸镁和改性二氧化锰分别进行热活化处理：先于100℃下保温20min，接着以1‑3℃/min的速率升温至400℃，继续保温30min。热活化完毕后，将两者按比例混合，再将混合料从塔顶投入气动流化塔中，同时从塔底通入温度为200℃的热空气，控制塔内压力为0.5MPa，使混合料与热空气逆流接触，反应6h后，生成中间产物Mg3Mn2O8；

[0053] 步骤三，打开气动流化塔的塔底出料口，使得中间产物Mg3Mn2O8进入到沉降槽中，向沉降槽内加入水溶解，于90℃下搅拌2h，静置1h后，过滤去除沉降物，得到紫红色的滤液；接着，将滤液通入到反应槽中，以50mL/min的速率不断向所述滤液中通入CO2，同时向滤液中加入过量的氢氧化钾，控制滤液的温度为60℃，调节滤液的pH至9.0，搅拌反应2h；反应结束后，过滤除去滤渣，将滤液进行重结晶处理，得到高锰酸钾晶体；

[0054] 步骤四，将得到的高锰酸钾晶体加入结晶槽中，加水溶解，再次进行重结晶处理，收集结晶物，干燥，得到高纯度高锰酸钾。

[0055] 对比例1

[0056] 对比例1与实施例1的区别仅在于：二氧化锰未进行改性处理，碳酸镁未进行质子辐照处理。

[0057] 对比例2

[0058] 对比例2与实施例2的区别仅在于：二氧化锰未进行改性处理，碳酸镁未进行质子辐照处理；二氧化锰和碳酸镁通过煅烧生成中间产物Mg3Mn2O8，煅烧温度为1000℃，时间为20h。

[0059] 对比例3

[0060] 对比例3与实施例1的区别仅在于：二氧化锰未进行改性处理；二氧化锰和碳酸镁通过煅烧生成中间产物Mg3Mn2O8，煅烧温度为1000℃，时间为20h。

[0061] 对比例4

[0062] 对比例4与实施例1的区别仅在于：碳酸镁未进行质子辐照处理；二氧化锰和碳酸镁通过煅烧生成中间产物Mg3Mn2O8，煅烧温度为1000℃，时间为20h。

[0063] 对比例5

[0064] 对比例5与实施例1的区别仅在于：未进行热活化处理；二氧化锰和碳酸镁通过煅烧生成中间产物Mg3Mn2O8，煅烧温度为1000℃，时间为12h。

[0065] 实施例1‑4、对比例1‑5制备的高锰酸钾晶体，其纯度如下表所示。

[0066] 表1实施例及对比例制备的高锰酸钾晶体的纯度

[0067]  反应温度（℃） 反应时间（h） 高锰酸钾纯度（%）
实施例1 250 4 99.12
实施例2 220 6 99.37
实施例3 280 3 99.10
实施例4 200 6 98.48
对比例1 250 4 未生成高锰酸钾
对比例2 1000 20 98.21
对比例3 1000 20 98.95
对比例4 1000 12 98.68

[0068] 由上表的结果可知，实施例的制备工艺大幅降低了制备中间产物Mg3Mn2O8的反应温度和反应时间，无需煅烧处理，且反应时间从对比例的十几个小时降低至3‑6小时，同时得到的高锰酸钾晶体的纯度达到了99%。

[0069] 对比例1中，由于二氧化锰未进行改性处理，碳酸镁未进行质子辐照处理，在气动流化塔中于250℃下反应4h后，并未反应得到中间产物Mg3Mn2O8，因此后续并未制备得到高锰酸钾。

[0070] 以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。