一種離子膜電解制備高錳酸鉀的方法及應(yīng)用于該方法的專用電解槽的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種制備高錳酸鉀的工藝，更具體地說，尤其涉及一種離子膜電解制 備高錳酸鉀的方法。本發(fā)明同時還涉及應(yīng)于上述方法的專用電解槽。
【背景技術(shù)】
[0002] 高錳酸鉀是重要的無機化工產(chǎn)品，具有強氧化性，廣泛應(yīng)用于輕工、化工、冶金、醫(yī) 藥、環(huán)保、農(nóng)業(yè)、石油、軍工、養(yǎng)殖業(yè)、水處理等行業(yè)。近年來，隨著各行業(yè)的高速發(fā)展，高錳酸 鉀的市場需求在逐年增加。
[0003] 工業(yè)上制備高錳酸鉀首先是以軟錳礦、氧氣和氫氧化鉀高溫反應(yīng)制取錳酸鉀，然 后再將錳酸鉀進一步電解氧化得到粗高錳酸鉀，最后粗品經(jīng)結(jié)晶、分離、干燥等工序得到高 純度的高錳酸鉀。在電解氧化階段，國內(nèi)一直采用無隔膜、敞開式、高濃度電解液的間歇操 作法，高錳酸鉀在槽內(nèi)結(jié)晶，并聚集在錐形底部，通過硬物敲擊電解槽底部得到粗產(chǎn)品。這 種落后的敞開間歇式電解槽單槽的產(chǎn)量約40噸/年，其電解工藝為：電解液中錳酸鉀濃度 145~185g/L，電解液初始溫度70~80°C，陽極電流密度60~ΙΟΟΑ/m 2,電解周期24~30 小時。由于電解槽是無隔膜的，陰陽極處于同一電解液中，電解產(chǎn)生的部分高錳酸鉀會繼續(xù) 反應(yīng)，在陰極被還原為錳的低價氧化態(tài)，使得電解效率大大降低，僅為40%左右。因此，無隔 膜、敞開間歇式操作法制備高錳酸鉀，不但設(shè)備占地面積大、生產(chǎn)周期長、勞動效率低下，而 且能源消耗高、環(huán)境污染嚴重，這種制備方法已不能滿足不斷增長的市場對高錳酸鉀的需 求，也不符合工業(yè)生產(chǎn)節(jié)能環(huán)保的要求。因此開發(fā)新型電解方法是十分必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的前一目的在于克服無隔膜、敞開間歇式操作法制備高錳酸鉀的不足之 處，提供一種離子膜電解制備高錳酸鉀的方法，并大幅提升電流效率。
[0005] 本發(fā)明的后一目的在于提供一種用于上述方法的專用電解槽。
[0006] 本發(fā)明的前一技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：一種離子膜電解制備高錳酸鉀的方法，該 方法包括下述步驟：（1)組裝離子膜電解槽，在電解槽內(nèi)填充導(dǎo)電材料；（2)加熱溶液，分 別把裝有電解液和質(zhì)量濃度為8%~15%的KOH溶液的儲液槽置于恒溫水浴鍋中，加熱到 75±5°C ; (3)連接溶液進出電解槽循環(huán)流動管路，使電解液從儲液槽流至陽極室，陽極室溶 液經(jīng)過泵送至儲液槽；同時使KOH溶液從儲液槽流至陰極室，陰極室溶液經(jīng)過泵送至儲液 槽；電解液和KOH溶液循環(huán)流動，流量控制在0. 1~0. 3L/min ; (4)連接導(dǎo)線，使電極板與高 頻開關(guān)電鍍電源相連，開啟電源，調(diào)節(jié)起始電流為6-10A，每電解0. 5小時，電流下降1. 5~ 2. 5A ;循環(huán)2. 5小時后完成電解。
[0007] 上述的一種離子膜電解制備高錳酸鉀的方法中，步驟（1)具體為：在已焊上電極 板的多個單元電解槽的連接面分別貼上生料帶以密封電解槽；把陽離子交換膜放置在單元 槽的接合面上，同時把導(dǎo)電材料填充在槽內(nèi)；然后用夾具把多個單元電解槽固緊，使其與離 子膜緊密連接，組合成復(fù)極式離子膜電解槽；組裝完進行檢漏，如果漏液，進一步固緊螺栓 或拆下重新組裝。
[0008] 上述的一種離子膜電解制備高錳酸鉀的方法中，步驟（1)中，所述導(dǎo)電材料為石 墨碳毯。
[0009] 上述的一種離子膜電解制備高錳酸鉀的方法中，步驟（1)中，電解槽陰極板和陽 極板材料均為鎳板或鍍鎳鐵板。
[0010] 上述的一種離子膜電解制備高錳酸鉀的方法中，步驟（2)中，電解液為軟錳礦與 氫氧化鉀進行氧化反應(yīng)得到的產(chǎn)物，其中錳酸鉀含量為60~80g/L。
[0011] 本發(fā)明的后一技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：一種用于離子膜電解制備高錳酸鉀的電解 槽，包括平行設(shè)置的陽極電極板和陰極電極板，在陽極電極板和陰極電極板之間設(shè)有復(fù)極 電極板，在復(fù)極電極板與陽極電極板之間以及復(fù)極電極板與陰極電極板之間均設(shè)有陽離子 交換膜，陽極電極板、陰極電極板、復(fù)極電極板和陽離子交換膜配合形成若干個間隔排列的 陽極室和陰極室；在陽極室和陰極室內(nèi)均填充有可供液體穿過的電極芯，在各陽極室和各 陰極室上下兩端分別設(shè)有出液管和進液管。
[0012] 本發(fā)明采用上述工藝及專用結(jié)構(gòu)后，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有下述的優(yōu)點：
[0013] (1)占地少。采用板框式結(jié)構(gòu)離子膜電解槽，具有結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，而且容易 實現(xiàn)各單元電解槽的單極和復(fù)極的組裝；
[0014] (2)無污染。電解槽可設(shè)計成密閉式，避免了工作溫度下由于電解液蒸發(fā)帶來的環(huán) 境污染，改善了操作環(huán)境；
[0015] (3)能耗低、電流效率高。陽離子交換膜分隔開電解中產(chǎn)生的游離堿，防止生成的 高錳酸鉀在陰極還原成錳酸鉀，有效地提高了電流效率；采用階梯電流，極大提高了電流效 率，節(jié)約了能源；
[0016] (4)生產(chǎn)周期短。由于電解槽為離子膜電解槽，結(jié)構(gòu)獨特，在大幅提升電流效率的 同時，可實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，因此生產(chǎn)周期也大大縮短；
[0017] (5)產(chǎn)能高。填充的導(dǎo)電碳毯，可大幅增大反應(yīng)面積，提高產(chǎn)能；
[0018] (6)零排放，副產(chǎn)物綜合利用。電解過程產(chǎn)生的氫氣和氧氣，可回收利用，其中氧氣 可回用于錳酸鉀的制備；陰極區(qū)產(chǎn)生的KOH也可回收循環(huán)用于錳酸鉀的制液，整個電解過 程無廢水廢氣排放。
【附圖說明】
[0019] 下面結(jié)合附圖中的實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的 任何限制。
[0020] 圖1是本發(fā)明電解槽的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖中：陽極電極板1、陰極電極板2、復(fù)極電極板3、陽離子交換膜4、陽極室5、陰極 室6、電極芯7、出液管8、進液管9。
【具體實施方式】
[0022] 本發(fā)明的一種離子膜電解制備高錳酸鉀的方法，該方法包括下述步驟：
[0023] (1)組裝離子膜電解槽，在電解槽內(nèi)填充導(dǎo)電材料；具體為：在已焊上電極板的多 個單元電解槽的連接面分別貼上生料帶以密封電解槽；把陽離子交換膜放置在單元槽的接 合面上，同時把導(dǎo)電材料填充在槽內(nèi)，導(dǎo)電材料優(yōu)選為石墨碳氈；然后用夾具把多個單元電 解槽固緊，使其與離子膜緊密連接，組合成復(fù)極式離子膜電解槽；組裝完進行檢漏，如果漏 液，進一步固緊螺栓或拆下重新組裝。本實施例中，電解槽陰極板和陽極板材料均為鎳板或 鍍鎳鐵板。
[0024] (2)加熱溶液，分別把裝有電解液和質(zhì)量濃度為8%~15%的KOH溶液的儲液槽置 于恒溫水浴鍋中，加熱到75±5°C ;電解液為軟錳礦與氫氧化鉀進行氧化反應(yīng)得到的產(chǎn)物， 其中錳酸鉀含量為60~80g/L。
[0025] (3)連接溶液進出電解槽循環(huán)流動管路，使電解液從儲液槽流至陽極室，陽極室溶 液經(jīng)過泵送至儲液槽；同時使KOH溶液從儲液槽流至陰極室，陰極室溶液經(jīng)過泵送至儲液 槽；電解液和KOH溶液循環(huán)流動，流量控制在0. 1~0. 3L/min。
[0026] (4)連接導(dǎo)線，使電極板與高頻開關(guān)電鍍電源相連，開啟電源，調(diào)節(jié)起始電流為 6-10A，每電解0. 5小時，電流