CN104862730A

CN104862730A - 一种离子膜电解制备高锰酸钾的方法及应用于该方法的专用电解槽

Info

Publication number: CN104862730A
Application number: CN201510325557.7A
Authority: CN
Inventors: 唐春保; 赖俐超; 张丰如; 刘燕; 杨海
Original assignee: GUANGDONG HANGXIN TECHNOLOGY Co Ltd; Jiaying University
Current assignee: GUANGDONG HANGXIN TECHNOLOGY Co Ltd; Jiaying University
Priority date: 2015-06-12
Filing date: 2015-06-12
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2035-06-12
Also published as: CN104862730B

Abstract

本发明公开了一种离子膜电解制备高锰酸钾的方法及应用于该方法的专用电解槽；属于高锰酸钾制备工艺技术领域；其技术要点包括下述步骤：(1)组装离子膜电解槽，在电解槽内填充导电材料；(2)加热溶液；(3)连接溶液进出电解槽循环流动管路；电解液和KOH溶液循环流动，流量控制在0.1～0.3L/min；(4)连接导线，开启电源，调节起始电流为6-10A，每电解0.5小时，电流下降1.5～2.5A；循环2.5小时后完成电解；本发明旨在提供一种可大幅提升电流效率的离子膜电解制备高锰酸钾的方法及应用于该方法的专用电解槽；用于高锰酸钾的制备。

Description

一种离子膜电解制备高锰酸钾的方法及应用于该方法的专用电解槽

技术领域

本发明涉及一种制备高锰酸钾的工艺，更具体地说，尤其涉及一种离子膜电解制备高锰酸钾的方法。本发明同时还涉及应于上述方法的专用电解槽。

背景技术

高锰酸钾是重要的无机化工产品，具有强氧化性，广泛应用于轻工、化工、冶金、医药、环保、农业、石油、军工、养殖业、水处理等行业。近年来，随着各行业的高速发展，高锰酸钾的市场需求在逐年增加。

工业上制备高锰酸钾首先是以软锰矿、氧气和氢氧化钾高温反应制取锰酸钾，然后再将锰酸钾进一步电解氧化得到粗高锰酸钾，最后粗品经结晶、分离、干燥等工序得到高纯度的高锰酸钾。在电解氧化阶段，国内一直采用无隔膜、敞开式、高浓度电解液的间歇操作法，高锰酸钾在槽内结晶，并聚集在锥形底部，通过硬物敲击电解槽底部得到粗产品。这种落后的敞开间歇式电解槽单槽的产量约40吨/年，其电解工艺为：电解液中锰酸钾浓度145～185g/L，电解液初始温度70～80℃，阳极电流密度60～100A/m²，电解周期24～30小时。由于电解槽是无隔膜的，阴阳极处于同一电解液中，电解产生的部分高锰酸钾会继续反应，在阴极被还原为锰的低价氧化态，使得电解效率大大降低，仅为40％左右。因此，无隔膜、敞开间歇式操作法制备高锰酸钾，不但设备占地面积大、生产周期长、劳动效率低下，而且能源消耗高、环境污染严重，这种制备方法已不能满足不断增长的市场对高锰酸钾的需求，也不符合工业生产节能环保的要求。因此开发新型电解方法是十分必要的。

发明内容

本发明的前一目的在于克服无隔膜、敞开间歇式操作法制备高锰酸钾的不足之处，提供一种离子膜电解制备高锰酸钾的方法，并大幅提升电流效率。

本发明的后一目的在于提供一种用于上述方法的专用电解槽。

本发明的前一技术方案是这样实现的：一种离子膜电解制备高锰酸钾的方法，该方法包括下述步骤：(1)组装离子膜电解槽，在电解槽内填充导电材料；(2)加热溶液，分别把装有电解液和质量浓度为8％～15％的KOH溶液的储液槽置于恒温水浴锅中，加热到75±5℃；(3)连接溶液进出电解槽循环流动管路，使电解液从储液槽流至阳极室，阳极室溶液经过泵送至储液槽；同时使KOH溶液从储液槽流至阴极室，阴极室溶液经过泵送至储液槽；电解液和KOH溶液循环流动，流量控制在0.1～0.3L/min；(4)连接导线，使电极板与高频开关电镀电源相连，开启电源，调节起始电流为6-10A，每电解0.5小时，电流下降1.5～2.5A；循环2.5小时后完成电解。

上述的一种离子膜电解制备高锰酸钾的方法中，步骤(1)具体为：在已焊上电极板的多个单元电解槽的连接面分别贴上生料带以密封电解槽；把阳离子交换膜放置在单元槽的接合面上，同时把导电材料填充在槽内；然后用夹具把多个单元电解槽固紧，使其与离子膜紧密连接，组合成复极式离子膜电解槽；组装完进行检漏，如果漏液，进一步固紧螺栓或拆下重新组装。

上述的一种离子膜电解制备高锰酸钾的方法中，步骤(1)中，所述导电材料为石墨碳毡。

上述的一种离子膜电解制备高锰酸钾的方法中，步骤(1)中，电解槽阴极板和阳极板材料均为镍板或镀镍铁板。

上述的一种离子膜电解制备高锰酸钾的方法中，步骤(2)中，电解液为软锰矿与氢氧化钾进行氧化反应得到的产物，其中锰酸钾含量为60～80g/L。

本发明的后一技术方案是这样实现的：一种用于离子膜电解制备高锰酸钾的电解槽，包括平行设置的阳极电极板和阴极电极板，在阳极电极板和阴极电极板之间设有复极电极板，在复极电极板与阳极电极板之间以及复极电极板与阴极电极板之间均设有阳离子交换膜，阳极电极板、阴极电极板、复极电极板和阳离子交换膜配合形成若干个间隔排列的阳极室和阴极室；在阳极室和阴极室内均填充有可供液体穿过的电极芯，在各阳极室和各阴极室上下两端分别设有出液管和进液管。

本发明采用上述工艺及专用结构后，与现有技术相比，具有下述的优点：

(1)占地少。采用板框式结构离子膜电解槽，具有结构紧凑，占地面积小，而且容易实现各单元电解槽的单极和复极的组装；

(2)无污染。电解槽可设计成密闭式，避免了工作温度下由于电解液蒸发带来的环境污染，改善了操作环境；

(3)能耗低、电流效率高。阳离子交换膜分隔开电解中产生的游离碱，防止生成的高锰酸钾在阴极还原成锰酸钾，有效地提高了电流效率；采用阶梯电流，极大提高了电流效率，节约了能源；

(4)生产周期短。由于电解槽为离子膜电解槽，结构独特，在大幅提升电流效率的同时，可实现连续生产，因此生产周期也大大缩短；

(5)产能高。填充的导电碳毡，可大幅增大反应面积，提高产能；

(6)零排放，副产物综合利用。电解过程产生的氢气和氧气，可回收利用，其中氧气可回用于锰酸钾的制备；阴极区产生的KOH也可回收循环用于锰酸钾的制液，整个电解过程无废水废气排放。

附图说明

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明电解槽的结构示意图。

图中：阳极电极板1、阴极电极板2、复极电极板3、阳离子交换膜4、阳极室5、阴极室6、电极芯7、出液管8、进液管9。

具体实施方式

本发明的一种离子膜电解制备高锰酸钾的方法，该方法包括下述步骤：

(1)组装离子膜电解槽，在电解槽内填充导电材料；具体为：在已焊上电极板的多个单元电解槽的连接面分别贴上生料带以密封电解槽；把阳离子交换膜放置在单元槽的接合面上，同时把导电材料填充在槽内，导电材料优选为石墨碳毡；然后用夹具把多个单元电解槽固紧，使其与离子膜紧密连接，组合成复极式离子膜电解槽；组装完进行检漏，如果漏液，进一步固紧螺栓或拆下重新组装。本实施例中，电解槽阴极板和阳极板材料均为镍板或镀镍铁板。

(2)加热溶液，分别把装有电解液和质量浓度为8％～15％的KOH溶液的储液槽置于恒温水浴锅中，加热到75±5℃；电解液为软锰矿与氢氧化钾进行氧化反应得到的产物，其中锰酸钾含量为60～80g/L。

(3)连接溶液进出电解槽循环流动管路，使电解液从储液槽流至阳极室，阳极室溶液经过泵送至储液槽；同时使KOH溶液从储液槽流至阴极室，阴极室溶液经过泵送至储液槽；电解液和KOH溶液循环流动，流量控制在0.1～0.3L/min。

(4)连接导线，使电极板与高频开关电镀电源相连，开启电源，调节起始电流为6-10A，每电解0.5小时，电流下降1.5～2.5A，优选地，调节起始电流为8A，每电解0.5小时，电流从8A→6A→4A→3A→2A逐级下降；循环2.5小时后完成电解。然后取出50mL电解液，用氢氧化钡沉淀-碘量法测定电解液中锰酸钾和高锰酸钾的含量，计算电流效率和锰酸钾的转化率。其计算式为：

w = \frac{N_{0} - N_{1}}{N_{0}} \times 100 %

η = \frac{(N_{0} - N_{1}) \times V}{5.895 \times I \times t} \times 100 %

式中：W——锰酸钾的转化率

η——电流效率

N₀——电解前电解液中锰酸钾的质量浓度，g/L；

N₁——电解后电解液中残留锰酸钾的质量浓度，g/L；

V——电解液的体积，L；

I——电解时的电流大小，A；

t——电解时间，h。

参阅图1所示，本发明的一种用于离子膜电解制备高锰酸钾的电解槽，包括平行设置的阳极电极板1和阴极电极板2，在阳极电极板1和阴极电极板2之间设有复极电极板3，在复极电极板3与阳极电极板1之间以及复极电极板3与阴极电极板2之间均设有阳离子交换膜4，阳极电极板1、阴极电极板2、复极电极板3和阳离子交换膜4配合形成若干个间隔排列的阳极室5和阴极室6；在阳极室5和阴极室6内均填充有可供液体穿过的电极芯7，在各阳极室5和各阴极室6上下两端分别设有出液管8和进液管9。

工作时，将阳极室5的出液管8和进液管9分别与阳极电解液储存槽连接，将阴极室6的出液管8和进液管9分别与阴极电解液储存槽连接，通过泵带动循环连续电解。在阳极室得到高浓度的高锰酸钾，在阴极室得到高纯度的氢氧化钾。

实施例1

组装离子膜电解槽，在电解槽内填充石墨碳毡。在上述离子膜电解槽中，阳极室装入60g/L锰酸钾电解液，槽内电解液温度为75±5℃，5级阶梯电流，溶液循环电解2.5h后，锰酸钾转化率为85.3％，电流效率为80.5％。

实施例2

组装离子膜电解槽，在电解槽内填充石墨碳毡。在上述离子膜电解槽中，阳极室装入67.9g/L锰酸钾电解液，槽内电解液温度为75±5℃，5级阶梯电流，溶液循环电解2.5h后，锰酸钾转化率为88.5％，电流效率为87.2％。

实施例3

组装离子膜电解槽，在电解槽内填充石墨碳毡。在上述离子膜电解槽中，阳极室装入73.9g/L锰酸钾电解液，槽内电解液温度为75±5℃，5级阶梯电流，溶液循环电解2.5h后，锰酸钾转化率为86.7％，电流效率为83.4％。

实施例4

组装离子膜电解槽，在电解槽内填充石墨碳毡。在上述离子膜电解槽中，阳极室装入80g/L锰酸钾电解液，槽内电解液温度为75±5℃，5级阶梯电流，溶液循环电解2.5h后，锰酸钾转化率为84.3％，电流效率为85.7％。

以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims

1.一种离子膜电解制备高锰酸钾的方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：(1)组装离子膜电解槽，在电解槽内填充导电材料；(2)加热溶液，分别把装有电解液和质量浓度为8％～15％的KOH溶液的储液槽置于恒温水浴锅中，加热到75±5℃；(3)连接溶液进出电解槽循环流动管路，使电解液从储液槽流至阳极室，阳极室溶液经过泵送至储液槽；同时使KOH溶液从储液槽流至阴极室，阴极室溶液经过泵送至储液槽；电解液和KOH溶液循环流动，流量控制在0.1～0.3L/min；(4)连接导线，使电极板与高频开关电镀电源相连，开启电源，调节起始电流为6-10A，每电解0.5小时，电流下降1.5～2.5A；循环2.5小时后完成电解。

2.根据权利要求1所述的一种离子膜电解制备高锰酸钾的方法，其特征在于，步骤(1)具体为：在已焊上电极板的多个单元电解槽的连接面分别贴上生料带以密封电解槽；把阳离子交换膜放置在单元槽的接合面上，同时把导电材料填充在槽内；然后用夹具把多个单元电解槽固紧，使其与离子膜紧密连接，组合成复极式离子膜电解槽；组装完进行检漏，如果漏液，进一步固紧螺栓或拆下重新组装。

3.根据权利要求1或2所述的一种离子膜电解制备高锰酸钾的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述导电材料为石墨碳毡。

4.根据权利要求1或2所述的一种离子膜电解制备高锰酸钾的方法，其特征在于，步骤(1)中，电解槽阴极板和阳极板材料均为镍板或镀镍铁板。

5.根据权利要求1所述的一种离子膜电解制备高锰酸钾的方法，其特征在于，步骤(2)中，电解液为软锰矿与氢氧化钾进行氧化反应得到的产物，其中锰酸钾含量为60～80g/L。

6.一种用于离子膜电解制备高锰酸钾的电解槽，包括平行设置的阳极电极板(1)和阴极电极板(2)，其特征在于，在阳极电极板(1)和阴极电极板(2)之间设有复极电极板(3)，在复极电极板(3)与阳极电极板(1)之间以及复极电极板(3)与阴极电极板(2)之间均设有阳离子交换膜(4)，阳极电极板(1)、阴极电极板(2)、复极电极板(3)和阳离子交换膜(4)配合形成若干个间隔排列的阳极室(5)和阴极室(6)；在阳极室(5)和阴极室(6)内均填充有可供液体穿过的电极芯(7)，在各阳极室(5)和各阴极室(6)上下两端分别设有出液管(8)和进液管(9)。