硫酸锰工艺流程样本.doc

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硫酸锰工艺流程
锰的用途非常广泛, 农业上是重要的微量元素; 畜牧和饲养行业中, 亦常在饲料中加入适量硫酸锰。硫酸锰也广泛用于医药、 食品、 农药、 造纸、 催化剂行业, 随着科学技术的不断进步, 其用量和应用领域会不断扩大。硫酸锰作为基础锰盐, 只有含一个结晶水的硫酸锰物性比较稳定。除试剂级和有特殊要求的含有4-5个结晶水的产品外, 几乎所有工厂生产的都是含一个结晶水的产品。随着高品位锰资源的日趋枯竭, 传统蒸发浓缩的生产工艺已难以满足硫酸锰产品的生产需要。因此, 研究、 开发和应用硫酸锰生产新工艺, 尤显必要。

1 试验部分

1.1 原材料

软锰矿、 黝锰矿、 菱锰矿及黄铁矿的化学分析及矿粉粒度见表1和表2。钛白工业废酸: ρ(H2SO4)=168g/L, ρ(FeSO4)=118g/L。浓硫酸: w(H2SO4)＝96%。

表1 软锰矿、 黝锰矿、 菱锰矿化学分析结果 %

矿种类
w(Mn)
w(Fe)
w(Ca)
w(CaO)
w(Mg)
w(MgO)
w(Al2O3)

广西桂平软锰矿
19.25
10.38
0.16
—
0.19
—
11.88

广西灵山太平黝锰矿
19.66
1.82
—
0.084
—
0.029
1.21

广西大新菱锰矿
19.21
6.21
—
5.3
—
1.91
2.45

矿种类
w(K2O)
w(Na2O)
w(SiO2)
w(SiO2)
w(<150μm粒子)

广西桂平软锰矿
0.79
0.29
22.12
42.35
≥97

广西灵山太平黝锰矿
0.08
0.011
63.26
—
≥97

广西大新菱锰矿
—
—
—
—
≥97

注: 1)广西桂平软锰矿物相分析结果: w(MnO2)＝30.02%, w(Mn2O3)=2.25%, w(MnCO3)=0.88%; 2)广西灵山太平黝锰矿物相分析结果: w(MnO2)=29.5%, w(Mn2O3)=3.01%, w(MnCO3)=0.5%; 3)广西大新菱锰矿: w(MnCO3)=39.58%。

表2 广西德保黄铁矿化学分析结果 %

组分
Fe
S
Zn
CaO
MgO
<75μm粒子

质量分数
30.88
32.08
0.55
1.83
0.81
≥97

1.2 主要设备

浸锰罐φ1000mm×1200mm; BMS 6/450-U压滤机; BAS 6/400-N不锈钢压滤机(过滤压强1MPa, 过滤温度－5-200℃); YS-100L压力釜; 202-4电热恒温干燥箱。

1.3 工艺流程

以软锰矿或黝锰矿为原料制取硫酸锰工艺流程示意图见图1(略); 以菱锰矿为原料制取硫酸锰工艺流程示意图见图2(略)。

1.4 原理

根据硫酸锰的溶解度超过100℃急剧降低的原理, 采用压力釜结晶法预浓缩除杂净化生产硫酸锰产品。硫酸锰溶解度曲线如图3(略)所示。

2 结果及讨论

2.1 压力釜析晶预浓缩

用压力釜对上述3种锰矿所制备的合格中性液进行预浓缩净化处理, 中性液质量见表3。将100L的中性液注入压力釜中, 用压强1.5MPa的蒸汽间接加热。当釜内温度升至190-195℃时, 釜内压强达到1.3-1.4MPa, 保压静置10-15min。经取样排污阀外排部分上清液, 达到预浓缩和一次净化之目的, 结果见表4。随后用减压阀卸压, 经卸料阀将预浓缩物料卸入冷却溶解槽, 冷却溶解, 静置陈化, 达到二次净化目的, 结果见表5。从表4和表5的结果能够看出, 用压力釜析晶预浓缩, 效果十分理想。关键是工艺流程的选择和终点温度的控制。

表3 中性液质量分析结果 g/L

中性液类型
ρ(Fe)
ρ(Al)
ρ(Ca)
ρ(Mg)
ρ(Pb)

软锰矿制取的中性液
0.000 30
0.021
0.58
2.17
0.001

黝锰矿制取的中性液
0.000 25
0.016
0.47
1.82
0.001

菱锰矿制取的中性液
0.000 25
0.016
0.86
4.83
0.001

表4 压力釜外排上清液分析结果

中性液类型
压力釜工作参数
外排上清液ρ/(g·L-1)
PH

终温/℃
终压/MPa
Mn
Fe
Pb

软锰矿中性液
185
1.15
5.5
0.000 35
0.001 0
2.81

软锰矿中性液
191
1.29
2.8
0.000 36
0.001 0
2.65

黝锰矿中性液
184
1.10
6.4
0.000 28
0.001 0
3.03

黝锰矿中性液
195
1.40
2.2
0.000 28
0.001 0
2.89

菱锰矿中性液
190
1.28
3.1
0.000 40
0.001 0
2.41

菱锰矿中性液
195
1.40
2.3
0.000 45
0.001 0
2.25

注: 静置时间12min。

表5 压力釜预浓液冷却溶解、 静置陈化净化分析结果

预浓液类别
预浓缩滤液各物质质量浓度/(g·L-1)
滤渣中各物质质量分数/%

Ca
Mg
Fe
Al
Pb
CaO
MgO
Al2O3
SiO2
Fe

软锰矿预浓液
微量
微量
0.000 20
0.000 39
0.000 5
15.01
17.61
0.38
0.26
0.50

黝锰矿预浓液
微量
微量
0.000 20
0.000 39
0.000 5
14.76
17.63
0.33
0.28
0.40

菱锰矿预浓液
0.08
0.46
0.000 25
0.000 39
0.000 2
16.13
19.18
0.36
0.12
0.55

2.2 压力釜结晶硫酸锰产品

将净化后的预浓液注入压力釜中, 当釜内温度升至190-195℃时, 釜内压强可达到1.3-1.4MPa, 该状态下静置8-10min, 经取样排污阀排出部分上清液, 再经卸料阀卸入板框压滤机进行固液分离, 结果见表6。产品经干燥后化验分析, 结果见表7。从表6、 表7看出, 压力釜结晶硫酸锰, 结晶率高, 质量稳定可靠。该工序控制的关键是每一釜的生产时间, 时间过长, 产品的铁含量增加, 产品外观颜色变黄。

表6 压力釜结晶硫酸锰研究结果

编号
预浓液加入量/L
终温/℃
终压/ MPa
母液
结晶率/%

体积/L
ρ(Mn)/(g·L-1)
pH

1#
100
191
1.28
47.2
11.87
1.8
95.37

2#
100
192
1.35
45.8
11.12
1.6
95.83

3#
100
195
1.41
46.3
9.80
1.5
96.28

4#
100
195
1.42
48.6
9.00
1.5
96.41

注: 1#, 2#为二矿加酸法预浓液; 3#, 4#为菱锰矿预浓液。

表7 硫酸锰产品检测结果%

编号
w硫酸锰)
w(Mn)
w(Fe)
w(As)
w(Pb)
w(Cl)
w(水不溶物)
pH

1#
99.20
32.22
0.001 6
0.000 2
0.001 0
0.003 0
0.030
7.15

2#
98.87
32.16
0.003 6
0.000 2
0.001 0
0.003 0
0.025
6.50

3#
98.51
31.96
0.003 8
0.000 1
0.000 5
0.002 6
0.020
6.21

4
98.56
31.98
0.001 8
0.000 1
0.000 6
0.003 1
0.021
5.98

注: 1)外观颜色为亮淡玫瑰色; 2)硫酸锰指MnSO4·H2O。

3 结论

1)压力釜结晶法生产硫酸锰, 具有单位设备生产效率高、 能耗较低、 回收率高等优点。2)工艺先进, 技术可靠, 操作平稳, 质量上乘, 为中国丰富的低品位锰矿资源开拓综合利用的新途径, 具有极高的社会经济效益。3)以该生产工艺为基础, 可进一步开发w(Mn)≥45.5%的高纯合成碳酸锰、 w(MnO)≥98%的高纯一氧化锰、 w(MnO2)≥93.5%的高纯电解二氧化锰系列产品。4)压力釜结晶法生产硫酸锰, 是硫酸锰微酸性溶液在压力系统中的物理化学反应过程, 对设备系统的材质要求和质量要求较为严格, 对系统中的设备管道配置要科学合理, 否则, 会对系统的正常安全运行造成影响。5)原材料的物理化学特性决定生产工艺流程和工艺技术参数。