CN103570075A - 制备锰酸钾的反应器及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于制备锰酸钾的反应器及系统。所述反应器包括：本体，矿浆加热装置和搅拌装置。其中，本体内限定有反应空间，本体顶部间隔设置有氧气入口、废氧出口和进料口，本体中上部设置有出料口，氧气入口用于向所述反应空间输送氧气或富氧空气，废氧口用于排出反应空间内的剩余氧气和水蒸气，进料口用于向反应空间内输送矿浆，出料口用于排出反应空间内的矿浆进行氧化反应后获得的锰酸钾料液；矿浆加热装置设置于本体内，用于将矿浆进行加热至250-260摄氏度；搅拌装置设置于本体内部，用于对矿浆进行搅拌。利用本发明的反应器，能够高效地制备锰酸钾，并且该反应器结构简单，操作方便，清洁环保，易于实现工业化大规模生产。

Description

制备锰酸钾的反应器及系统

技术领域

本发明涉及化工领域，具体地，涉及制备锰酸钾的反应器及系统。

背景技术

目前，工业高锰酸钾制备技术主要分为固相氧化法和液相氧化法。固相氧化法由于工艺本身的限制和MnO₂粉活性差，MnO₂氧化反应进行的很不完全，致使MnO₂转化率低。液相氧化法制备高锰酸钾过程中锰酸钾的制备工序仍存在二氧化锰转化率低、锰、KOH回收率低、能耗高、环境污染严重的问题。

因而，目前锰酸钾的制备方法和设备仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种设备简单、安全可靠、易于操作控制的用于制备锰酸钾的系统。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种反应器。根据本发明的实施例，所述反应器包括：本体，所述本体内限定有反应空间，所述本体顶部间隔设置有氧气入口、废氧出口和进料口，所述本体中上部设置有出料口，所述氧气入口用于向所述反应空间输送氧气或富氧空气，所述废氧口用于排出所述反应空间内的剩余氧气和水蒸气，所述进料口用于向所述反应空间内输送矿浆，所述出料口用于排出所述反应空间内的所述矿浆进行氧化反应后获得的锰酸钾料液；矿浆加热装置，所述矿浆加热装置设置于所述本体内，用于将所述矿浆进行加热至250-260摄氏度；以及搅拌装置，所述搅拌装置设置于所述本体内部，用于对所述矿浆进行搅拌。发明人惊奇地发现，利用本发明的反应器，能够高效地制备锰酸钾，并且该反应器结构简单，操作方便，清洁环保，易于实现工业化大规模生产。

根据本发明的实施例，所述反应器进一步包括：氧气加热装置，所述氧气加热装置与所述氧气入口连通，用于在向所述反应空间输送的氧气或富氧空气之前，将所述氧气或富氧空气进行预热至200摄氏度。由此，利用氧气加热装置，能够有效将氧气或富氧空气预热至氧化反应所需的温度，从而有利于氧化反应的进行，进而提高氧化反应效率。

根据本发明的实施例，所述反应器具有多个氧气入口。由此，能够快速、大量的将氧气或富氧空气输送到反应空间内并使其在反应空间内均匀分布，保证反应空间内较强的氧化环境，从而提高氧化反应的效率。

根据本发明的实施例，所述反应器进一步包括：分气装置，所述分气装置分别与所述氧气加热装置和所述多个氧气入口相连，用于将经过所述氧气加热装置预热的氧气或富氧空气分配至各氧气入口。由此，可以高效地将氧气或富氧空气输送到反应空间内，维持反应空间内较强的氧化环境，从而提高反应效率。

根据本发明的实施例，所述矿浆加热装置为远红外加热器。由此，能够有效利用清洁能源对反应原料进行加热，对环境的污染更小，节能环保效果更显著，并且热利用率更高。

根据本发明的实施例，所述反应器进一步包括：气液分离器，所述气液分离器具有进口、排气口和排水口，所述进口与所述废氧出口相连，所述排气口用于排出分离后的氧气，所述排水口与所述反应空间相连，所述气液分离器用于将从所述废氧出口排出的所述剩余氧气和水蒸气进行气液分离，并将分离后的氧气排出所述气液分离器且将分离后的液体输送给所述反应空间。由此，能够有效地将废氧携带的水和少量的氢氧化钾回收，进而能够节约用水、提高氢氧化钾的回收率。

根据本发明的实施例，所述反应器的类型不受特别限制。根据本发明的一些实施例，所述反应器为立式反应釜，当所述反应器为立式反应釜时，所述出料口设置于所述本体侧壁下部。根据本发明的另一些实施例，所述反应器为卧式反应釜，当所述反应器为卧式反应釜时，所述出料口设置于所述本体顶部，且与所述氧气入口、所述废氧出口和所述进料口间隔设置。

根据本发明的实施例，所述搅拌装置不受特别限制。根据本发明的一些具体示例，所述搅拌装置包括搅拌浆和设在所述搅拌浆上且沿所述搅拌浆的轴向彼此间隔开的多个桨叶。由此，有利于将矿浆搅拌均匀。

根据本发明的实施例，所述搅拌桨和搅拌叶的材质不受特别限制。根据本发明的一些具体示例，所述搅拌桨由718合金制成，所述桨叶由马氏体不锈钢制成。由此，搅拌桨和搅拌叶具有良好的耐碱腐蚀和氧腐蚀性能，从而能够延长其使用寿命。

根据本发明的实施例，所述搅拌桨和搅拌叶的材质不受特别限制。根据本发明的一些具体示例，所述搅拌桨由718合金制成，所述桨叶由马氏体不锈钢制成。由此，搅拌桨和搅拌叶具有良好的耐碱腐蚀和氧腐蚀性能，从而能够延长其使用寿命。

根据本发明的实施例，所述反应器进一步包括氧气管，所述氧气管沿所述本体的轴向设置于所述本体内部，且与所述氧气入口连通，用于将从所述氧气入口进入的氧气输送至所述反应空间下部。由此，有利于矿浆与氧气充分接触，从而提高反应效率。根据本发明的实施例，所述氧气管的材质不受特别限制。根据本发明的一些具体示例，所述氧气管由马氏体不锈钢制成。由此，所述氧气管具有良好的耐碱腐蚀和氧腐蚀性能，使用寿命较长。

根据本发明的实施例，所述矿浆由浓度为45-70重量%的第一氢氧化钾溶液与二氧化锰混合制成。由此，有利于二氧化锰充分反应，提高二氧化锰的转化率，从而高效制备锰酸钾。

根据本发明的实施例，所述第一氢氧化钾溶液和所述二氧化锰的来源即提供形式不受特别限制。根据本发明的一些实施例，所述第一氢氧化钾溶液是利用片碱配制获得的，所述二氧化锰以软锰矿的形式提供。根据本发明的一些具体示例，所述第一氢氧化钾溶液是通过将所述压滤废液蒸发浓缩后与所述上清液混合并向混合液中添加片碱获得的。由此，能够将上清液循环利用，提高氢氧化钾的回收率，从而达到减少试剂消耗、降低成本的目的。

根据本发明的实施例，所述二氧化锰和所述第一氢氧化钾溶液的比例不受特别限制。根据本发明的一些实施例，在所述矿浆中，所述二氧化锰与所述氢氧化钾的质量比为1：5-15。由此，有利于二氧化锰充分反应，从而提高二氧化锰的转化率，进而提高锰酸钾的产率。

根据本发明的实施例，所述反应器内的压力不受特别限制。根据本发明的一些具体示例，所述反应器内压力为0.2-1.2Mpa。由此，可以在最适合的压力条件下进行反应，有利于提高反应效率。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种用于制备锰酸钾的系统。根据本发明的实施例，所述系统包括：前面所述的反应器，所述反应器用于在富氧氛围中，于250-260摄氏度、0.2-1.2Mpa下，使浓度为60-75重量%的第一氢氧化钾溶液与二氧化锰进行氧化反应，以便获得锰酸钾料液；固液分离装置，所述固液分离装置与所述反应器相连，用于从所述反应器接收锰酸钾料液，以及将所述锰酸钾料液静置并进行固液分离，以便分别获得上清液和底流；停留养晶装置，所述停留养晶装置与所述固液分离装置相连，用于从所述固液分离装置接收所述底流，并利用第二氢氧化钾溶液对所述底流进行波美度调节，至所述底流的波美度为50后进行停留养晶，以便获得第一固液混合物；以及第一压滤分离装置，所述第一压滤分离装置与所述停留养晶装置相连，用于从所述停留养晶装置接收将所述第一固液混合物并进行第一压滤分离，以便分别获得固体混合物和压滤废液，所述固体混合物即为所述锰酸钾。发明人惊奇地发现，利用本发明的用于制备锰酸钾的系统，可以有效地实施本发明的制备锰酸钾的方法，且该系统涉及的工艺简单、安全，且二氧化锰的转化率高、锰和氢氧化钾的回收率高、能耗低、清洁环保。

根据本发明的实施例，所述制备锰酸钾的系统进一步包括配料装置，所述配料装置与所述反应器相连，用于配制所述第一氢氧化钾溶液并向所述第一氢氧化钾溶液中添加二氧化锰以便制备获得矿浆，并且将所述矿浆输送至所述反应器。

根据本发明的实施例，所述制备锰酸钾的系统进一步包括上清液输送管，所述上清液输送管分别与所述固液分离装置和所述配料装置相连，用于将所述上清液输送至所述配料装置以配制所述第一氢氧化钾溶液。由此，实现了上清液的回收利用，提高了氢氧化钾的回收率，从而能够减少原料消耗，降低成本，且减少废液排放，清洁环保。

根据本发明的实施例，所述进行停留养晶的时间不受特别限制。根据本发明的一些具体示例，进行所述停留养晶至少3天。由此，生成的锰酸钾晶型结构稳定。

根据本发明的实施例，所述制备锰酸钾的系统还可以进一步包括：调液处理装置，所述调液处理装置与所述第一压滤分离装置相连，用于从所述第一压滤分离装置接收所述锰酸钾，利用第三氢氧化钾溶液对所述锰酸钾进行调液处理以便获得第二固液混合物，所述第二固液混合物中氢氧化钾浓度为2-5重量%，锰酸钾浓度为120～150g/l；第二压滤分离装置，所述第二压滤分离装置与所述调液处理装置相连，用于从所述调液处理装置接收所述第二固液混合物并进行第二压滤分离，以便分别获得锰酸钾溶液和废渣；电解装置，所述电解装置与所述第二压滤分离装置相连，用于从所述第二压滤分离装置接收所述锰酸钾溶液，并将所述锰酸钾溶液进行电解，以便获得高锰酸钾料液；抽滤装置，所述抽滤装置与所述电解装置相连，用于从所述电解装置接收所述高锰酸钾料液，并将所述高锰酸钾料液进行抽滤处理，以便获得高锰酸钾粗晶和电解母液；以及复结晶装置，所述复结晶装置与所述抽滤装置相连，用于从所述抽滤装置接收所述高锰酸钾粗晶，并将所述高锰酸钾粗晶依次进行复结晶和干燥处理，以便获得高锰酸钾晶体。由此，能够进一步去除锰酸钾中的杂质，进而利用除杂后的锰酸钾制备高锰酸钾。

根据本发明的实施例，进一步包括电解母液输送管，所述电解母液输送管分别与所述抽滤装置和所述停留养晶装置相连，用于将所述电解母液输送至所述停留养晶装置，以作为所述第二氢氧化钾溶液对所述底流进行波美度调节。由此，实现了电解母液的回收利用，从而能够提高氢氧化钾的回收率，减少试剂消耗，节约生产成本，且可以避免废液排放造成环境污染。

根据本发明的实施例，所述第三氢氧化钾溶液是通过将所述压滤废液蒸发浓缩后与所述上清液混合获得的。由此，可以将压滤废液和上清液循环利用，从而提高氢氧化钾的回收率，减少原料的消耗，避免废液直接排放而污染环境，进而达到降低成本，节能减秏，清洁环保的目的。

与现有技术相比，本发明的制备锰酸钾的系统具有以下优点：

（1）本发明的制备锰酸钾的系统的建设成本更低、投资更低、更安全可靠；

（2）本发明的制备锰酸钾的系统的热利用率高，提高了40%以上；

（3）本发明的制备锰酸钾的系统利用清洁能源，对环境的污染更小，节能环保效果更显著；

（4）本发明的制备锰酸钾的系统工业更容易实现，采用的设备均为传统设备，无特殊要求，系统更易操作控制；

（5）本发明的制备锰酸钾的系统氧化环境更强，能利用低品位的软锰矿。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1显示了根据本发明的一个实施例，反应器的结构示意图；

图2显示了根据本发明的另一个实施例，反应器的结构示意图；

图3显示了根据本发明的一个实施例，用于制备锰酸钾的系统的结构示意图；以及

图4显示了根据本发明的一个实施例，制备锰酸钾的方法的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种反应器1000。根据本发明的实施例，参照图1和图2，所述反应器1000包括：本体100，矿浆加热装置200和搅拌装置300。发明人惊奇地发现，利用本发明的反应器1000，能够高效地制备锰酸钾，并且该反应器结构简单，操作方便，使用清洁能源，热利用率高，易于实现工业化大规模生产。

下面将参照图1和图2，详细描述本发明的反应器：

根据本发明的实施例，所述本体100内限定有反应空间，所述本体100顶部间隔设置有氧气入口101、废氧出口102和进料口103，所述本体100中上部设置有出料口104，所述氧气入口101用于向所述反应空间输送氧气或富氧空气，所述废氧出口102用于排出所述反应空间内的剩余氧气和水蒸气，所述进料口103用于向所述反应空间内输送矿浆，所述出料口104用于排出所述反应空间内的所述矿浆进行氧化反应后获得的锰酸钾料液。

根据本发明的实施例，所述反应器1000具有多个氧气入口101。由此，能够快速、大量的将氧气或富氧空气输送到反应空间内并使其在反应空间内均匀分布，保证反应空间内较强的氧化环境，从而提高氧化反应的效率。

根据本发明的实施例，所述矿浆由浓度为45-70重量%的第一氢氧化钾溶液与二氧化锰混合制成。由此，有利于二氧化锰充分反应，提高二氧化锰的转化率，从而高效制备锰酸钾。

根据本发明的实施例，所述第一氢氧化钾溶液和所述二氧化锰的来源即提供形式不受特别限制。根据本发明的一些实施例，所述第一氢氧化钾溶液是利用片碱配制获得的，所述二氧化锰以软锰矿的形式提供。根据本发明的一些具体示例，所述第一氢氧化钾溶液是通过将所述压滤废液蒸发浓缩后与所述上清液混合并向混合液中添加片碱获得的。由此，能够将上清液循环利用，提高氢氧化钾的回收率，从而达到减少试剂消耗、降低成本的目的。

根据本发明的实施例，所述二氧化锰和所述第一氢氧化钾溶液的比例不受特别限制。根据本发明的一些实施例，在所述矿浆中，所述二氧化锰与所述氢氧化钾的质量比为1：5-15。由此，有利于二氧化锰充分反应，从而提高二氧化锰的转化率，进而提高锰酸钾的产率。

根据本发明的实施例，所述反应器1000内的压力不受特别限制。根据本发明的一些具体示例，所述反应器1000内压力为0.2-1.2Mpa。由此，可以在最适合的压力条件下进行反应，有利于提高反应效率。

根据本发明的实施例，所述矿浆加热装置200设置于所述本体100内，用于将所述矿浆进行加热至250-260摄氏度。根据本发明的实施例，所述矿浆加热装置200为远红外加热器。由此，能够有效利用清洁能源对反应原料进行加热，对环境的污染更小，节能环保效果更显著，并且热利用率更高。

根据本发明的实施例，所述搅拌装置300设置于所述本体100内部，用于对所述矿浆进行搅拌。根据本发明的一些实施例，所述搅拌装置300包括搅拌浆和设在所述搅拌浆上且沿所述搅拌浆的轴向彼此间隔开的多个桨叶。由此，有利于将所述矿浆搅拌均匀。根据本发明的另一些实施例，所述搅拌桨和搅拌叶的材质不受特别限制。根据本发明的一些具体示例，所述搅拌桨由718合金制成，所述桨叶由马氏体不锈钢制成。由此，搅拌桨和搅拌叶具有良好的耐碱腐蚀和氧腐蚀性能，从而能够延长其使用寿命。

根据本发明的实施例，所述反应器1000的类型不受特别限制。根据本发明的一些实施例，所述反应器为立式反应釜（图1），当所述反应器1000为立式反应釜时，所述出料口104设置于所述本体100侧壁下部。根据本发明的另一些实施例，所述反应器1000为卧式反应釜（图2），当所述反应器1000为卧式反应釜时，所述出料口104设置于所述本体100顶部，且与所述氧气入口101、所述废氧出口102和所述进料口103间隔设置。

根据本发明的实施例，参照图1和图2，所述反应器1000进一步包括：氧气加热装置400，所述氧气加热装置400与所述氧气入口101连通，用于在向所述反应空间输送的氧气或富氧空气之前，将所述氧气或富氧空气进行预热至200摄氏度。由此，利用氧气加热装置400，能够有效将氧气或富氧空气预热至氧化反应所需的温度，从而有利于氧化反应的进行，进而提高氧化反应效率。

根据本发明的实施例，参照图1和图2，所述反应器1000进一步包括：分气装置500，所述分气装置500分别与所述氧气加热装置400和所述多个氧气入口101相连，用于将经过所述氧气加热装置400预热的氧气或富氧空气分配至各氧气入口101。由此，可以高效地将氧气或富氧空气输送到反应空间内，维持反应空间内较强的氧化环境，从而提高反应效率。

根据本发明的实施例，参照图1和图2，所述反应器1000进一步包括：气液分离器600，所述气液分离器600具有进口、排气口和排水口，所述进口与所述废氧出口102相连，所述排气口用于排出分离后的氧气，所述排水口与所述反应空间相连，所述气液分离器用于将从所述废氧出口排出的所述剩余氧气和水蒸气进行气液分离，并将分离后的氧气排出所述气液分离器且将分离后的液体输送给所述反应空间。由此，能够有效地将废氧携带的水和少量的氢氧化钾回收，进而能够节约用水、提高氢氧化钾的回收率。

根据本发明的实施例，所述反应器1000进一步包括氧气管（图中未示出），所述氧气管沿所述本体100的轴向设置于所述本体100内部，且与所述氧气入口101连通，用于将从所述氧气入口101进入的氧气输送至所述反应空间下部。由此，有利于矿浆与氧气充分接触，从而提高反应效率。根据本发明的实施例，所述氧气管的材质不受特别限制。根据本发明的一些具体示例，所述氧气管由马氏体不锈钢制成。由此，所述氧气管具有良好的耐碱腐蚀和氧腐蚀性能，使用寿命较长。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种用于制备锰酸钾的系统。根据本发明的实施例，参照图3，本发明的用于制备锰酸钾的系统包括：前面所述的反应器1000，固液分离装置2000，停留养晶装置3000，以及第一压滤分离装置4000。根据本发明的实施例，所述反应器1000用于在富氧氛围中，于250-260摄氏度、0.2-1.2Mpa下，使浓度为60-75重量%的第一氢氧化钾溶液与二氧化锰进行氧化反应，以便获得锰酸钾料液；所述固液分离装置2000与所述反应器1000相连，用于从所述反应器1000接收锰酸钾料液，以及将所述锰酸钾料液静置并进行固液分离，以便分别获得上清液和底流；所述停留养晶装置3000与所述固液分离装置2000相连，用于从所述固液分离装置2000接收所述底流，并利用第二氢氧化钾溶液对所述底流进行波美度调节，至所述底流的波美度为50后进行停留养晶，以便获得第一固液混合物；所述第一压滤分离装置4000与所述停留养晶装置3000相连，用于从所述停留养晶装置3000接收将所述第一固液混合物并进行第一压滤分离，以便分别获得固体混合物和压滤废液，所述固体混合物即为所述锰酸钾。发明人惊奇地发现，利用本发明的制备锰酸钾的系统，可以有效地实施本发明的制备锰酸钾的方法，且该系统涉及的工艺简单、安全，且二氧化锰的转化率高、锰和氢氧化钾的回收率高、热利用率高、能耗低、清洁环保。

根据本发明的实施例，所述进行停留养晶的时间不受特别限制。根据本发明的一些具体示例，进行所述停留养晶至少3天。由此，生成的锰酸钾晶型结构稳定便于后续操作。

根据本发明的实施例，所述制备锰酸钾的系统进一步包括配料装置（图中未示出），所述配料装置与所述反应器1000相连，用于配制所述第一氢氧化钾溶液并向所述第一氢氧化钾溶液中添加二氧化锰以便制备获得矿浆，并且将所述矿浆输送至所述反应器1000。

根据本发明的实施例，所述制备锰酸钾的系统进一步包括上清液输送管（图中未示出），所述上清液输送管分别与所述固液分离装置2000和所述配料装置相连，用于将所述上清液输送至所述配料装置以配制所述第一氢氧化钾溶液。

根据本发明的实施例，所述制备锰酸钾的系统进一步包括：调液处理装置（图中未示出），第二压滤分离装置（图中未示出），电解装置（图中未示出），抽滤装置（图中未示出），以及复结晶装置（图中未示出）。根据本发明的实施例，所述调液处理装置与所述第一压滤分离装置4000相连，用于从所述第一压滤分离装置4000接收所述锰酸钾，利用第三氢氧化钾溶液对所述锰酸钾进行调液处理以便获得第二固液混合物，所述第二固液混合物中氢氧化钾浓度为2-5重量%，锰酸钾浓度为120～150g/l；所述第二压滤分离装置与所述调液处理装置相连，用于从所述调液处理装置接收所述第二固液混合物并进行第二压滤分离，以便分别获得锰酸钾溶液和废渣；所述电解装置与所述第二压滤分离装置相连，用于从所述第二压滤分离装置接收所述锰酸钾溶液，并将所述锰酸钾溶液进行电解，以便获得高锰酸钾料液；所述抽滤装置与所述电解装置相连，用于从所述电解装置接收所述高锰酸钾料液，并将所述高锰酸钾料液进行抽滤处理，以便获得高锰酸钾粗晶和电解母液；所述复结晶装置与所述抽滤装置相连，用于从所述抽滤装置接收所述高锰酸钾粗晶，并将所述高锰酸钾粗晶依次进行复结晶和干燥处理，以便获得高锰酸钾晶体。由此，可以除去锰酸钾粗晶中的杂质，并可以有效利用除杂后的锰酸钾制备高锰酸钾。

根据本发明的实施例，进一步包括电解母液输送管（图中未示出），所述电解母液输送管分别与所述抽滤装置和所述停留养晶装置相连，用于将所述电解母液输送至所述停留养晶装置，以作为所述第二氢氧化钾溶液对所述底流进行波美度调节。由此，能够将电解母液回收再利用，从而减少试剂的消耗、降低生产成本、减少废液排放、保护环境。

根据本发明的实施例，所述第三氢氧化钾溶液是通过将所述压滤废液蒸发浓缩后与所述上清液混合获得的。由此，可以将压滤废液和上清液循环利用，从而提高氢氧化钾的回收率，减少原料的消耗，避免废液直接排放而污染环境，进而达到降低成本，节能减秏，清洁环保的目的。

下面参照图1-3，进一步对工作状态下的本发明的反应器和系统进行描述：

首先，上清液和蒸发浓缩后的压滤废液分别经上清液输送管和压滤废液输送管被输送至配料装置，在配料装置中的片碱和软锰矿与上清液和蒸发浓缩后的压滤废液混合均匀，获得矿浆，接着矿浆通过进料口103被输送到反应器1000的反应空间内，同时氧气依次经过氧气加热装置400（预热到200摄氏度）、分气装置500，通过氧气入口101被通入反应空间内，在搅拌装置300进行搅拌和加热装置200进行加热的条件下，矿浆与氧气在反应空间内发生氧化反应，获得锰酸钾料液，反应过程中，废氧通过废氧出口102被输送至气液分离器600，经气液分离后的废氧排空，液体被返回至反应空间；接下来锰酸钾料液经出料口104被输送到固液分离装置2000，在固液分离装置2000中进行固液分离，获得上清液和底流，上清液自流入上清液储槽（图中未示出）并经上清液输送管输送至配料装置用于配料，底流被输送至停留养晶装置3000，被第二氢氧化钾溶液调节波美度至50后，在停留养晶装置3000中进行停留养晶，获得第一固液混合物，随后第一固液混合物被输送至第一压滤装置4000进行压滤分离，分离获得的压滤废液被输送至压滤废液储槽（图中未示出）并经压滤废液输送管输送至配料装置用于配料，分离获得的锰酸钾粗晶被输送至调液处理装置（图中未示出），经第三氢氧化钾溶液调液处理后，获得的第二固液混合物被输送至第二压滤分离装置（图中未示出）进行压滤分离，分离获得的滤液被输送到电解装置（图中未示出），锰酸钾在电解装置中被电解生成高锰酸钾，获得高锰酸钾料液，然后高锰酸钾料液被输送至抽滤装置（图中未示出）进行抽滤，抽滤获得的电解母液被输送至电解母液储槽（图中未示出）并经管道输送至调液处理装置，获得的高锰酸钾粗晶被输送至复结晶装置（图中未示出）进行复结晶和干燥处理，由此获得高锰酸钾晶体。

以上部分已经详细描述了本发明的制备锰酸钾的系统，为了能够更好地理解该系统，下面对能够利用该系统实施的方法再进行详细描述。

根据本发明的再一个方面，本发明提出了一种制备锰酸钾的方法。根据本发明的实施例，参照图4，该方法包括以下步骤：

S100富氧氛围中，第一氢氧化钾溶液与二氧化锰进行氧化反应，以便获得锰酸钾料液

首先，于富氧氛围中，使第一氢氧化钾溶液与二氧化锰进行氧化反应，以便获得锰酸钾料液。其中，该步骤主要涉及的化学反应为：2MnO₂+4KOH+O₂→2K₂MnO₄↓+2H₂O。

根据本发明的实施例，氧化反应的条件以及第一氢氧化钾溶液的浓度均不受特别限制。根据本发明的一些实施例，可以在富氧氛围中，在250-260摄氏度、0.2-1.2Mpa条件下，将浓度为45-70重量%的第一氢氧化钾溶液与二氧化锰进行氧化反应，以便获得锰酸钾料液。由此，能够使得氢氧化钾和二氧化锰在最适合的条件下发生氧化反应，从而能够提高二氧化锰的转化率，进而提高锰酸钾的产率。

根据本发明的实施例，所述第一氢氧化钾溶液和二氧化锰的来源即提供形式不受特别限制，实际应用中，本领域技术人员可以根据具体情况灵活选择。根据本发明的一些实施例，所述第一氢氧化钾溶液是利用片碱配制获得的，具体地，所述第一氢氧化钾溶液是通过将压滤废液蒸发浓缩后与上清液混合，并向混合液中添加片碱而获得的；所述二氧化锰以软锰矿的形式提供。由此，能够将上清液循环利用，提高氢氧化钾的回收率，从而达到减少试剂消耗、降低成本的目的。

根据本发明的实施例，所述二氧化锰与所述第一氢氧化钾溶液的配比不受特别限制。根据本发明的一些具体示例，将所述二氧化锰与所述第一氢氧化钾溶液中氢氧化钾的按照质量比为1：5-15的比例进行氧化反应。由此，有利于二氧化锰充分反应，从而提高二氧化锰的转化率，进而提高锰酸钾的产率。

S200将所述锰酸钾料液静置并进行固液分离，以便分别获得上清液和底流

接着，将S100步骤中获得的锰酸钾料液静置适当时间后，进行固夜分离，以便分别获得上清液和底流。分离获得的上清液中含有氢氧化钾，可以进一步用于配置第一氢氧化钾溶液和第三氢氧化钾溶液，从而实现了氢氧化钾的循环利用，进而减少试剂消耗和废液排放，降低成本，清洁环保。分离获得的底流中的主要成分为锰酸钾，待后续步骤处理。

S300利用第二氢氧化钾溶液对底流进行波美度调节后进行停留养晶，以便获得第一固液混合物

接下来，利用第二氢氧化钾溶液对所述底流进行波美度调节，至所述底流的波美度为50后进行停留养晶，以便获得第一固液混合物。发明人惊奇地发现，当底流的波美度调节为50时，生成的锰酸钾晶体歧化反应生成二氧化锰的量少，锰酸钾的回收率高，所述底流的波美度过高或过低都不能达到最佳的效果。

根据本发明的实施例，所述第二氢氧化钾溶液的提供方式不受特别限制。根据本发明的一些具体示例，所述第二氢氧化钾溶液以电解母液的形式提供。由此，能够对电解母液进行回收利用，提高氢氧化钾的回收率，从而达到减少原料消耗，降低生产成本，减少废液排放，保护环境的目的。

根据本发明的实施例，停留养晶的时间不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际情况灵活选择。根据本发明的一些具体示例，进行所述停留养晶至少3天。由此，生成的锰酸钾晶型结构稳定，便于后续操作。

S400将所述第一固液混合物进行第一压滤分离，以便分别获得固体混合物和压滤废液

接下来，将步骤S300中获得的第一固液混合物进行压滤分离，以便获得固体混合物和压滤废液。分离获得的固体混合物即为锰酸钾。分离获得的压滤废液中含有一定量的氢氧化钾，可以进一步循环利用。根据本发明的一些实施例，可以将压滤废液蒸发浓缩后与上清液混合，并添加片碱，制备第一氢氧化钾溶液。根据本发明的另一些实施例，可以将压滤废液蒸发浓缩后与上清液混合，制备第三氢氧化钾溶液。由此，实现了压滤废液的回收再利用，从而提高了氢氧化钾的回收率，减少了废液排放，达到了节能减秏，清洁环保的目的。

上述步骤制备获得的锰酸钾可以进一步用于制备高锰酸钾。因此，根据本发明的一些实施例，本发明的制备锰酸钾的方法进一步包括以下步骤：

利用第三氢氧化钾溶液对锰酸钾进行调液处理，以便获得第二固液混合物

由于在氧化反应过程中，会发生副反应SiO₂+2KOH=K₂SiO₃+H₂O，因而，在经过前述步骤制备获得的锰酸钾晶体中还含有少量K₂SiO₃杂质，为了获得纯度更高的锰酸钾，可以利用第三氢氧化钾溶液对所述锰酸钾进行调液处理，以便获得第二固液混合物。经过调液后，所述锰酸钾晶体溶解于液相中，而硅酸钾杂质则不溶解，留在固相中，由此，进一步经过固液分离，能够有效除去锰酸钾中的硅酸钾杂质。此外，由于硅酸钾具有较强的吸附性能，固体硅酸钾的表面可以进一步吸附其他杂质，从而能够进一步净化锰酸钾，进而获得纯度较高的锰酸钾溶液。

将第二固液混合物进行第二压滤分离，以便分别获得锰酸钾溶液和废渣

接着，将第二固液混合物进行压滤分离，以便获得锰酸钾溶液和废渣。由此，能够高效地将第二固液混合物中的固体杂质除去，获得纯度较高的锰酸钾溶液，从而有利于后续步骤的进行，提高效率。

将锰酸钾溶液依次进行电解和抽滤，以便获得高锰酸钾粗晶和电解母液

接下来，先将上述获得的锰酸钾溶液进行电解，以便使得锰酸钾反应生成高锰酸钾。其中，该步骤主要涉及的化学反应为：K₂MnO₄+H₂O=KMnO₄+1/2H₂+KOH。

随后，将电解后的溶液进行抽滤，以便获得高锰酸钾粗晶和电解母液。由上述反应方程式可以看出，所述电解母液中含有一定量的氢氧化钾，因而可以对其进行回收再利用。根据本发明的一些实施例，可以将电解母液直接作为第二氢氧化钾溶液，对所述底流进行波美度调节。由此，实现了电解母液的循环利用，从而达到了提高原料利用率，减少废液排放，降低成本，保护环境的目的。

将高锰酸钾粗晶依次进行复结晶和干燥处理，以便获得高锰酸钾晶体

由于高锰酸钾粗晶中还含有少量的杂质，高锰酸钾的含量较低，因而需要对高锰酸钾粗晶进行复结晶处理，以便提高高锰酸钾的含量。具体地，将高锰酸钾粗晶溶于去离子水中，使溶液中的高锰酸钾重新结晶，从而获得晶粒更大、高锰酸钾含量更高的高锰酸钾晶体。

实施例1

利用图1或图2所示的反应器，以及图3所示的系统，根据前面所述的制备锰酸钾的方法，按照如下步骤制备锰酸钾：

a.氧化反应：浓度为45-70重量%的第一氢氧化钾溶液与软锰矿按照混合二氧化锰和第一氢氧化钾溶液中的氢氧化钾质量比为1：5-15的比例混合形成矿浆，于富氧氛围中，在250-260摄氏度、0.2-1.2Mpa条件下，进行氧化反应，以便获得锰酸钾料液；

b.固夜分离：锰酸钾料液静置适当时间后，进行固液分离，以便分别获得上清液和底流；

c.停留养晶：利用第二氢氧化钾溶液对底流进行波美度调节，至底流的波美度为50后，进行停留养晶至少3天，以便获得第一固液混合物；

d.第一压滤分离：将步骤c中获得的第一固液混合物进行压滤分离，分离获得的压滤废液输送至压滤废液储槽，经蒸发浓缩后，用于配制第一氢氧化钾溶液和第三氢氧化钾溶液，分离获得的固体为锰酸钾粗晶；

e.调液处理：利用第三氢氧化钾溶液对步骤d中获得的锰酸钾粗晶进行调液处理，以便获得第二固液混合物；

f.第二压滤分离：将步骤e中获得的第二固液混合物进行压滤分离，以便获得锰酸钾溶液和废渣；

g.电解：在电解装置中，对步骤f中获得的锰酸钾溶液进行电解，锰酸钾被电解生成高锰酸钾，以便获得高锰酸钾料液；

h.抽滤：在抽滤装置中，对步骤g中获得的高锰酸钾料液进行抽滤处理，以便获得高锰酸钾粗晶和电解母液，其中将电解母液输送电解母液储槽用于配制第二氢氧化钾溶液，获得的固体即为高锰酸钾粗晶；

i.复结晶和干燥：在复结晶装置中，步骤h中获得的高锰酸钾晶体被复溶于水，进行复结晶，进一步对经过复结晶获得高锰酸钾晶体进行干燥处理，从而获得工业高锰酸钾。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种反应器，其特征在于，包括：

本体，所述本体内限定有反应空间，所述本体顶部间隔设置有氧气入口、废氧出口和进料口，所述本体中上部设置有出料口，所述氧气入口用于向所述反应空间输送氧气或富氧空气，所述废氧口用于排出所述反应空间内的剩余氧气和水蒸气，所述进料口用于向所述反应空间内输送矿浆，所述出料口用于排出所述反应空间内的所述矿浆进行氧化反应后获得的锰酸钾料液；

矿浆加热装置，所述矿浆加热装置设置于所述本体内，用于将所述矿浆进行加热至250-260摄氏度；以及

搅拌装置，所述搅拌装置设置于所述本体内部，用于对所述矿浆进行搅拌。

2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，进一步包括：

氧气加热装置，所述氧气加热装置与所述氧气入口连通，用于在向所述反应空间输送的氧气或富氧空气之前，将所述氧气或富氧空气进行预热至200摄氏度，

任选地，所述反应器具有多个氧气入口，

任选地，进一步包括：

分气装置，所述分气装置分别与所述氧气加热装置和所述多个氧气入口相连，用于将经过所述氧气加热装置预热的氧气或富氧空气分配至各氧气入口。

3.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述矿浆加热装置为远红外加热器，

任选地，进一步包括：

气液分离器，所述气液分离器具有进口、排气口和排水口，所述进口与所述废氧出口相连，所述排气口用于排出分离后的氧气，所述排水口与所述反应空间相连，所述气液分离器用于将从所述废氧出口排出的所述剩余氧气和水蒸气进行气液分离，并将分离后的氧气排出所述气液分离器且将分离后的液体输送给所述反应空间。

4.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述反应器为立式反应釜，

任选地，所述出料口设置于所述本体侧壁下部。

5.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述反应器为卧式反应釜，

任选地，所述出料口设置于所述本体顶部，且与所述氧气入口、所述废氧出口和所述进料口间隔设置。

6.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述搅拌装置包括搅拌浆和设在所述搅拌浆上且沿所述搅拌浆的轴向彼此间隔开的多个桨叶，

任选地，所述搅拌桨由718合金制成，所述桨叶由马氏体不锈钢制成，

任选地，进一步包括氧气管，所述氧气管沿所述本体的轴向设置于所述本体内部，且与所述氧气入口连通，用于将从所述氧气入口进入的氧气输送至所述反应空间下部，

任选地，所述氧气管由马氏体不锈钢制成。

7.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述矿浆由浓度为45-70重量%的第一氢氧化钾溶液与二氧化锰混合制成，

任选地，所述第一氢氧化钾溶液是利用片碱配制获得的，所述二氧化锰以软锰矿的形式提供，

任选地，所述第一氢氧化钾溶液是通过将所述压滤废液蒸发浓缩后与所述上清液混合并向混合液中添加片碱获得的，

任选地，在所述矿浆中，所述二氧化锰与所述氢氧化钾的质量比为1：5-15，

任选地，所述反应器内压力为0.2-1.2Mpa。

8.一种用于制备锰酸钾的系统，其特征在于，包括：

权利要求1-7任一项所述的反应器，所述反应器用于在富氧氛围中，于250-260摄氏度、0.2-1.2Mpa下，使浓度为60-75重量%的第一氢氧化钾溶液与二氧化锰进行氧化反应，以便获得锰酸钾料液；

固液分离装置，所述固液分离装置与所述反应器相连，用于从所述反应器接收锰酸钾料液，以及将所述锰酸钾料液静置并进行固液分离，以便分别获得上清液和底流；

停留养晶装置，所述停留养晶装置与所述固液分离装置相连，用于从所述固液分离装置接收所述底流，并利用第二氢氧化钾溶液对所述底流进行波美度调节，至所述底流的波美度为50后进行停留养晶，以便获得第一固液混合物；以及

第一压滤分离装置，所述第一压滤分离装置与所述停留养晶装置相连，用于从所述停留养晶装置接收将所述第一固液混合物并进行第一压滤分离，以便分别获得固体混合物和压滤废液，所述固体混合物即为所述锰酸钾。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，进一步包括配料装置，所述配料装置与所述反应器相连，用于配制所述第一氢氧化钾溶液并向所述第一氢氧化钾溶液中添加二氧化锰以便制备获得矿浆，并且将所述矿浆输送至所述反应器，

任选地，进一步包括上清液输送管，所述上清液输送管分别与所述固液分离装置和所述配料装置相连，用于将所述上清液输送至所述配料装置以配制所述第一氢氧化钾溶液，

任选地，进行所述停留养晶至少3天。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，进一步包括：

调液处理装置，所述调液处理装置与所述第一压滤分离装置相连，用于从所述第一压滤分离装置接收所述锰酸钾，利用第三氢氧化钾溶液对所述锰酸钾进行调液处理以便获得第二固液混合物，所述第二固液混合物中氢氧化钾浓度为2-5重量%，锰酸钾浓度为120～150g/l；

第二压滤分离装置，所述第二压滤分离装置与所述调液处理装置相连，用于从所述调液处理装置接收所述第二固液混合物并进行第二压滤分离，以便分别获得锰酸钾溶液和废渣；

电解装置，所述电解装置与所述第二压滤分离装置相连，用于从所述第二压滤分离装置接收所述锰酸钾溶液，并将所述锰酸钾溶液进行电解，以便获得高锰酸钾料液；

抽滤装置，所述抽滤装置与所述电解装置相连，用于从所述电解装置接收所述高锰酸钾料液，并将所述高锰酸钾料液进行抽滤处理，以便获得高锰酸钾粗晶和电解母液；以及

复结晶装置，所述复结晶装置与所述抽滤装置相连，用于从所述抽滤装置接收所述高锰酸钾粗晶，并将所述高锰酸钾粗晶依次进行复结晶和干燥处理，以便获得高锰酸钾晶体，

任选地，进一步包括电解母液输送管，所述电解母液输送管分别与所述抽滤装置和所述停留养晶装置相连，用于将所述电解母液输送至所述停留养晶装置，以作为所述第二氢氧化钾溶液对所述底流进行波美度调节，

任选地，所述第三氢氧化钾溶液是通过将所述压滤废液蒸发浓缩后与所述上清液混合获得的。

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