CN108568135A - 硫酸锰蒸发结晶设备及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硫酸锰蒸发结晶设备，包括顺次连接的原液预热系统、蒸发浓缩系统、高温结晶系统和过滤分离系统，所述高温结晶系统包括搪瓷高温釜，设备还包括控制机构，控制机构与原液预热系统、蒸发浓缩系统、高温结晶系统和过滤分离系统信号连接。利用该装置可直接由硫酸锰含量偏低的贫锰矿蒸发结晶获得一水硫酸锰，该设备结构简单、占地面积小，设备投资低，并且实现了一水硫酸锰从硫酸锰原液的处理到产品的包装的自动化生产过程，生产效率高、对环境无破坏，是一种能耗低、自动化程度高的设备。还公开了利用该设备制备硫酸锰的工艺，该工艺步骤简单、能源消耗低、生产成本低廉，提高了贫锰矿产出硫酸锰的产量，消耗的蒸汽量低。

Description

硫酸锰蒸发结晶设备及工艺

技术领域

本发明属于硫酸锰生产技术领域，涉及一种硫酸锰蒸发结晶设备及工艺，具体地说涉及一种节能型的可直接获得一水硫酸锰产品的硫酸锰蒸发结晶设备及工艺。

背景技术

硫酸锰是一种传统的锰盐产品，其可广泛应用于化肥、饲料、油漆和农药等领域，目前，硫酸锰通常采用高温焙烧法、酸浸法、两矿加酸法、二氧化硫法以及苯胺还原法等方法制备，其中，高温焙烧法是将软锰矿、硫铁矿干燥后粉碎，焙烧后用稀硫酸锰溶液浸取，分离湿渣后进行精滤，再经蒸发、浓缩、离心分离，湿料经干燥、粉碎，制得硫酸锰产品。酸浸法是将软锰矿、硫酸和一定量还原剂混合反应，经熟化，用水浸取，过滤除渣得硫酸锰溶液，再经浓缩、结晶、分离、干燥制得硫酸锰产品。苯胺还原法是由苯胺与二氧化锰氧化反应生产对苯二酚时副产大量含硫酸锰、硫酸铵的废液，通常经石灰乳中和除去杂质，然后加热脱氨得硫酸锰溶液，再经浓缩、结晶、脱水分离、干燥，制得硫酸锰产品。

上述制备方法的不同点在于浸出工艺上的差别，结晶工艺均为常压蒸发结晶。但是随着锰富矿资源的日益枯竭，硫酸锰的生产已逐渐趋向于使用含锰质量分数低于20％的贫锰矿，而非传统的软锰矿，贫锰矿在浸出过程中硫酸锰含量偏低，用常压结晶法生产硫酸锰时，蒸发浓缩过程需要消耗大量蒸汽，致使生产成本偏高。近年来，利用硫酸锰在高温下溶解度下降的特性，使硫酸锰在高温下结晶的研究已有报道但工艺上还不够完善，仍处于研究开发阶段。

发明内容

为此，本发明解决的技术问题在于，贫锰矿可浸出的硫酸锰含量低，常压结晶生产时能耗和生产成本高，从而提出一种能耗低、设备投入小、生产效率高的硫酸锰蒸发结晶设备及工艺。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

本发明提供一种硫酸锰蒸发结晶设备，所述设备包括顺次连接的原液预热系统、蒸发浓缩系统、高温结晶系统和过滤分离系统，所述高温结晶系统包括搪瓷高温釜，所述设备还包括控制机构，所述控制机构与所述原液预热系统、蒸发浓缩系统、高温结晶系统和过滤分离系统信号连接。

作为优选，所述原液预热系统包括通过管路顺次连接的原液储存罐、蒸馏水预热器和鲜蒸汽预热器，所述原液储存罐与所述蒸馏水预热器通过原液泵连接，所述鲜蒸汽预热器与所述蒸发浓缩系统连接。

作为优选，所述蒸发浓缩系统包括气液分离器、与所述气液分离器连接的一级强制循环换热器、二级强制循环换热器和二次分离器，所述二次分离器通过一蒸汽压缩机与所述一级强制循环换热器连接。

作为优选，所述二级强制循环换热器底部还设置有一强制循环泵，所述强制循环泵通过管路同时与所述一级强制循环换热器连接。

作为优选，所述过滤分离系统包括一平板刮刀式下卸料离心机，所述平板刮刀式下卸料离心机与所述搪瓷高温釜通过管道连接，所述搪瓷高温釜同时通过一出料泵连接于所述气液分离器。

作为优选，平板刮刀式下卸料离心机的出液口连接有一母液存储罐，所述母液存储罐通过一母液泵连接于所述强制循环换热器。

作为优选，所述二级强制循环换热器还连接有一不凝气冷凝器，所述不凝气冷凝器连接有一真空泵；所述蒸馏水预热器通过蒸馏水泵连接有一蒸馏水储存罐。

本发明还提供一种利用所述的设备进行硫酸锰蒸发结晶的工艺，其包括如下步骤：

S1、原液预热，将硫酸锰溶液通入原液预热系统，依次与蒸馏水和蒸汽板换热，升温至蒸发温度；

S2、蒸发浓缩，预热后的硫酸锰溶液进入蒸发浓缩系统，升温升压后闪蒸浓缩，得到浓度接近饱和的硫酸锰溶液和二次蒸汽；

S3、高温结晶，蒸发浓缩得到的浓度接近饱和的硫酸锰溶液被送至高温结晶系统中的搪瓷高温釜中，在高温下一水硫酸锰晶体饱和析出；

S4、过滤分离，将不中S3得到的含有一水硫酸锰晶体的溶液送至过滤分离系统进行离心分离，得到滤液和一水硫酸锰晶体，所述滤液被输送至蒸发浓缩系统再次蒸发浓缩。

作为优选，所述硫酸锰溶液中锰浓度不高于80g/L。

作为优选，所述步骤S2中得到的二次蒸汽温度为90℃，压力为70.1KPa，所述步骤S2之后还包括将所述二次蒸汽升温、升压至105℃、120.8KPa的步骤；所述步骤S3中的高温结晶压力为313.1KPa，温度为135℃。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

(1)本发明所述的硫酸锰蒸发结晶设备，包括顺次连接的原液预热系统、蒸发浓缩系统、高温结晶系统和过滤分离系统，所述高温结晶系统包括搪瓷高温釜，还包括控制机构，所述控制机构与所述原液预热系统、蒸发浓缩系统、高温结晶系统和过滤分离系统信号连接。利用该装置可直接由硫酸锰含量偏低的贫锰矿蒸发结晶获得一水硫酸锰，该设备结构简单、占地面积小，设备投资低，并且实现了一水硫酸锰从硫酸锰原液的处理到产品的包装的自动化生产过程，生产效率高、对环境无破坏，是一种能耗低、自动化程度高的设备。

(2)本发明所述的硫酸锰蒸发结晶工艺，硫酸锰溶液通过预热后蒸发浓缩，然后高温结晶利用硫酸锰在高温下溶解度下降的特性得到一水硫酸锰晶体产物，最后对产物过滤分离，该工艺步骤简单、能源消耗低、生产成本低廉，与常规工艺相比，是一种MVR蒸发技术，进一步降低了能源的消耗，是一种节能环保的生产工艺，且可直接由硫酸锰含量低的贫锰矿制备，提高了贫锰矿产出硫酸锰的产量，消耗的蒸汽量低。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明实施例所述的硫酸锰蒸发结晶设备的结构示意图。

图中附图标记表示为：1-原液储存罐；2-蒸馏水预热器；3-鲜蒸汽预热器；4-原液泵；5-蒸馏水泵；6-蒸馏水储存罐；7-气液分离器；8-一级强制循环换热器；9-二级强制循环换热器；10-二次分离器；11-蒸汽压缩机；12-积液罐；13-积液泵；14-强制循环泵；15-搪瓷高温釜；16-出料泵；17-平板刮刀式下卸料离心机；18-母液存储罐；19-母液泵；20-不凝气冷凝器；21-真空泵。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种硫酸锰蒸发结晶设备，其是一种利用MVR技术直接将硫酸锰溶液制得一水硫酸锰晶体的设备，请参阅如图1，所述硫酸锰蒸发结晶设备包括顺次连接的原液预热系统、蒸发浓缩系统、高温结晶系统和过滤分离系统，还包括与所述原液预热系统、蒸发浓缩系统、高温结晶系统和过滤分离系统信号连接的控制机构，所述控制机构为PLC，所述控制机构用于控制原液预热系统、蒸发浓缩系统、高温结晶系统和过滤分离系统自动化加工过程，所有输入、输出信号均可由安装有PLC控制软件的计算机完成，实现了一水硫酸锰从硫酸锰原液的处理到产品包装的自动化生产过程。

如图所示，所述设备中，原液预热系统包括通过管路顺次连接的原液储存罐1、蒸馏水预热器2和鲜蒸汽预热器3，所述原液储存罐1与所述蒸馏水预热器2之间设置有原液泵4，所述原液储存罐1内盛装有硫酸锰溶液，所述原液泵4将原液储存罐1内的硫酸锰溶液依次泵入蒸馏水预热器2和鲜蒸汽预热器3，与蒸馏水预热器2内的蒸馏水、鲜蒸汽预热器3内的鲜蒸汽进行换热。其中，鲜蒸汽预热器3与所述蒸发浓缩系统连接；所述蒸馏水预热器2还通过蒸馏水泵5连接有一蒸馏水储存罐6，所述蒸馏水储存罐6内的蒸馏水在蒸馏水泵5的作用下进入蒸馏水预热器2，同时蒸馏水储存罐6还通过管路与鲜蒸汽预热器3连接。

所述蒸发浓缩系统包括通过管路连接的气液分离器7、与所述气液分离器7连接的一级强制循环换热器8、二级强制循环换热器9和二次分离器10，所述一级强制循环换热器8、二级强制循环换热器9通过管路连通，所述气液分离器7同时通过管路与所述鲜蒸汽预热器3连通，经鲜蒸汽预热器3预热后的硫酸锰溶液进入气液分离器7内闪蒸浓缩，所述二次分离器10通过管路连接有一蒸汽压缩机11，所述蒸汽压缩机11同时与所述一级强制循环换热器8连接进而与所述二级强制循环换热器9连接，蒸汽压缩机11、二次分离器10同时连接有一积液罐12，所述积液罐12通过积液泵13连接于蒸馏水储存罐6。所述二级强制循环换热器9底部连接有一强制循环泵14，所述强制循环泵9同时通过管路与所述一级强制循环换热器8连接，用于将气液分离器7内产生的浓缩液泵入一级强制循环换热器8和二级强制循环换热器9中循环浓缩。进一步地，所述二级强制循环换热器9还连接有一不凝气冷凝器20，所述不凝气冷凝器20连接有一真空泵21。

所述高温结晶系统包括搪瓷高温釜15，所述气液分离器7通过一出料泵16与所述搪瓷高温釜15连接，经气液分离器7分离后的饱和溶液进入搪瓷高温釜15，在搪瓷高温釜15中将硫酸锰饱和溶液和升温升压，得到一水硫酸锰晶体及其高温饱和母液。

所述过滤分离系统包括一平板刮刀式下卸料离心机17，所述平板刮刀式下卸料离心机17通过管路与所述搪瓷高温釜15连接，搪瓷高温釜15内的含结晶母液进入平板刮刀式下卸料离心机17后，物料由进料管引入平板刮刀式下卸料离心机17的转鼓，进料达到预定容积后停止进料，模式转为高速分离，在离心力作用下，液相物由滤布和转鼓壁滤孔排出转鼓，经排液管排出离心机外，固相物截留在转鼓内，分离完毕转速至卸料转速状态，刮刀自动升降、旋转往复运动，将固相物从转鼓壁刮下，从平板刮刀式下卸料离心机17下部排出。所述平板刮刀式下卸料离心机17滤液出口还通过管路连接有一母液存储罐18，所述滤液储存于母液存储罐18中，所述母液存储罐18通过母液泵19连接于所述一级强制循环换热器8和二级强制循环换热器9，以将母液进行再次蒸发浓缩和高温结晶。

实施例2

本实施例提供一种利用实施例1所述的硫酸锰蒸发结晶设备进行蒸发结晶的工艺，该工艺用于处理流量为7.2t/h，锰浓度为60g/L的硫酸锰溶液，其包括如下步骤：

S1、原液预热，储存于原液储存罐1内的硫酸锰原液由原液泵4依次打入蒸馏水预热器2和鲜蒸汽预热器3，依次与蒸馏水预热器2中的蒸馏水和鲜蒸汽预热器3中的鲜蒸汽进行换热，达到硫酸锰溶液的蒸发温度92℃，所述蒸馏水为蒸馏水罐5内的蒸馏水经蒸发得到的二次蒸汽冷凝水，所述鲜蒸汽为压力0.1MpaG，温度120℃的饱和蒸汽。

S2、蒸发浓缩，预热后的硫酸锰溶液进入气液分离器7内，并在强制循环泵14的作用下依次进入一级强制循环换热器8和二级强制循环换热器9内升温升压，而后再进入气液分离器7内进行闪蒸浓缩，气液分离后的浓缩液在强制循环泵14和重力的作用下再次进入一级强制循环换热器8和二级强制循环换热器9，升温后再次进入气液分离器7进行浓缩闪蒸，上述过程循环进行。所述气液分离器7内提供压强为70.1KPa的微负压。结晶分离后得到的温度为90℃、压强为70.1KPa的二次蒸汽，所述二次蒸汽在气液分离器7顶部经除沫处理后进入二次分离器10，二次蒸汽经进一步气液分离后进入蒸汽压缩机11，压缩后得到温度为105℃、压强为120.8KPa的高温高压蒸汽，所述高温高压蒸汽回用至一级强制循环换热器8和二级强制循环换热器9加热物料，该高温高压蒸汽在加热物料过程中，冷凝成水流至蒸馏水储存罐6，并由蒸馏水泵5送入蒸馏水预热器2与原料液换热，降温至35℃后排出系统。蒸汽压缩机11连接有二次蒸汽大管道，开机过程中大管道中残留的冷凝积液流至积液罐12，并由积液泵13送入蒸馏水储存罐6，通过蒸馏水泵5送出系统。

S3、高温结晶，气液分离器7内硫酸锰溶液通过不断蒸发浓缩得到的硫酸锰的饱和溶液，通过质量流量计观测密度后由出料泵16输送至搪瓷高温釜15，通过向搪瓷高温釜15的夹套内通入压强为700.3KPa、温度为165℃的饱和高温蒸汽，逐渐将硫酸锰溶液加热升温至135℃左右，此时硫酸锰的溶解度下降，有一水硫酸锰晶体析出，得到一水硫酸锰晶体与其高温饱和母液。

S4、过滤分离，高温结晶产生的一水硫酸锰晶粒在搪瓷高温釜15内不断生长，然后含有一水硫酸锰晶体与其高温饱和母液的溶液通过管路进入平板刮刀式下卸料离心机17中，沿进料管引入转鼓，进料达到预定容积后停止进料，升至高速分离，然后在离心力作用下，液相物穿滤布和转鼓壁滤孔排出转鼓，经排液管排出机外，固相物截留在转鼓内，分离完毕转速至卸料转速状态，刮刀自动升降、旋转往复运动，将固相物从转鼓壁刮下，由此分离开一水硫酸锰晶体与其高温饱和母液。一水硫酸锰晶体经打包后送出系统，高温饱和母液由平板刮刀式下卸料离心机17的滤液出口流出，通过管路流入连接的母液存储罐18中，然后通过母液泵19输送至连接的一级强制循环换热器8和二级强制循环换热器9，以将母液进行再次蒸发浓缩和高温结晶。

实验例

测试实施例1所述的酸锰蒸发结晶设备的处理量情况及运行能耗情况，结果如表1所示：

表1

上述结果表明，本实施例所述的蒸发结晶设备及工艺具有蒸汽消耗量小、能耗低、产量高、工艺简单、设备数量少、建设投资少的优点。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种硫酸锰蒸发结晶设备，其特征在于，所述设备包括顺次连接的原液预热系统、蒸发浓缩系统、高温结晶系统和过滤分离系统，所述高温结晶系统包括搪瓷高温釜，所述设备还包括控制机构，所述控制机构与所述原液预热系统、蒸发浓缩系统、高温结晶系统和过滤分离系统信号连接。

2.根据权利要求1所述的硫酸锰蒸发结晶设备，其特征在于，所述原液预热系统包括通过管路顺次连接的原液储存罐、蒸馏水预热器和鲜蒸汽预热器，所述原液储存罐与所述蒸馏水预热器通过原液泵连接，所述鲜蒸汽预热器与所述蒸发浓缩系统连接。

3.根据权利要求2所述的硫酸锰蒸发结晶设备，其特征在于，所述蒸发浓缩系统包括气液分离器、与所述气液分离器连接的一级强制循环换热器、二级强制循环换热器和二次分离器，所述二次分离器通过一蒸汽压缩机与所述一级强制循环换热器连接。

4.根据权利要求3所述的硫酸锰蒸发结晶设备，其特征在于，所述二级强制循环换热器底部还设置有一强制循环泵，所述强制循环泵通过管路同时与所述一级强制循环换热器连接。

5.根据权利要求4所述的硫酸锰蒸发结晶设备，其特征在于，所述过滤分离系统包括一平板刮刀式下卸料离心机，所述平板刮刀式下卸料离心机与所述搪瓷高温釜通过管道连接，所述搪瓷高温釜同时通过一出料泵连接于所述气液分离器。

6.根据权利要求5所述的硫酸锰蒸发结晶设备，其特征在于，平板刮刀式下卸料离心机的出液口连接有一母液存储罐，所述母液存储罐通过一母液泵连接于所述强制循环换热器。

7.根据权利要求6所述的硫酸锰蒸发结晶设备，其特征在于，所述二级强制循环换热器还连接有一不凝气冷凝器，所述不凝气冷凝器连接有一真空泵；所述蒸馏水预热器通过蒸馏水泵连接有一蒸馏水储存罐。

8.一种利用如权利要求1-7任一项所述的设备进行硫酸锰蒸发结晶的工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1、原液预热，将硫酸锰溶液通入原液预热系统，依次与蒸馏水和蒸汽板换热，升温至蒸发温度；

S2、蒸发浓缩，预热后的硫酸锰溶液进入蒸发浓缩系统，升温升压后闪蒸浓缩，得到浓度接近饱和的硫酸锰溶液和二次蒸汽；

S3、高温结晶，蒸发浓缩得到的浓度接近饱和的硫酸锰溶液被送至高温结晶系统中的搪瓷高温釜中，在高温下一水硫酸锰晶体饱和析出；

S4、过滤分离，将不中S3得到的含有一水硫酸锰晶体的溶液送至过滤分离系统进行离心分离，得到滤液和一水硫酸锰晶体，所述滤液被输送至蒸发浓缩系统再次蒸发浓缩。

9.根据权利要求8所述的硫酸锰蒸发结晶工艺，其特征在于，所述硫酸锰溶液中锰浓度不高于80g/L。

10.根据权利要求9所述的硫酸锰蒸发结晶工艺，其特征在于，所述步骤S2中得到的二次蒸汽温度为90℃，压力为70.1KPa，所述步骤S2之后还包括将所述二次蒸汽升温、升压至105℃、120.8KPa的步骤；所述步骤S3中的高温结晶压力为313.1KPa，温度为135℃。