【文章內(nèi)容簡介】 改進(jìn)，較好地實(shí)現(xiàn)了固液氣三相的接觸，并實(shí)現(xiàn)了儀表自動(dòng)控制。 21 世紀(jì)初，云南建水錳礦有限責(zé)任公司對(duì)液相法制備錳酸鉀工藝和設(shè)備進(jìn)行細(xì)致地研究，開發(fā)出了一套臥式釜加壓氧化連續(xù)制備錳酸鉀新技術(shù)，這項(xiàng)新技術(shù)對(duì)高錳酸鉀工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。 電解和結(jié)晶 將液相法第一步氧化工序生成的錳酸鉀經(jīng)母液和水來溶解，再經(jīng)過濾、澄清配制成電解液。電解液需保持一定的堿度、濃度和溫度，這樣可以使電解生成的高錳酸鉀不析晶出來。然后在電解槽中或分開的結(jié)晶器中進(jìn)行結(jié)晶 [10]。 存在的問題 制備高錳酸鉀的方法很多，但 是很多方法存在著缺陷，尤其是在高能耗和環(huán)保層面上還有待于進(jìn)行更細(xì)致的研究，所以本文就在以往研究的基礎(chǔ)上對(duì)這一方面做了探究性實(shí)驗(yàn)，找出更為環(huán)保和低能耗的方法。 The genral stf(1mpoyidvc,uh)0jb。5wT4 第二章 實(shí)驗(yàn)部分 儀器與試劑 實(shí)驗(yàn)儀器：臺(tái)秤，鐵坩堝，鐵棒，泥三角，坩堝鉗，燒杯，布氏漏斗，吸濾瓶，啟普發(fā)生器，錐型瓶 ，酒精燈，分液漏斗， ZF9 恒電位 /恒電流儀（上海正方電子電器有限公司）， HH601 超級(jí)恒溫水?。ń饓袠s華儀器制造有限公司），不銹鋼板，鐵絲，導(dǎo)線。 實(shí)驗(yàn)藥品：廢舊干電池， KClO3（天津大茂化工廠，分析純）， KOH（濱 州市裕華化學(xué)試劑廠，分析純），濃 HCl（萊陽經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)精細(xì)化工廠）， HAc（ 6mol/L）， H2C2O4(萊陽經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)精細(xì)化工廠 )等。 實(shí)驗(yàn)原理 高錳酸鉀制備原理 過渡元素的一個(gè)特征是一種元素具有不同的氧化態(tài)，錳的常見的氧化態(tài)是 +7，+6， +4， +2 各種氧化態(tài)的化合物具有不同的顏色如表 21 所示。 表 21 各價(jià)態(tài)錳的不同顏色 Table 21 The valence of manganese in different colors 氧化數(shù) +2 +3 +4 +5 +6 +7 水和離子 Mn2+ Mn3+ 無 MnO3 MnO42 MnO4 顏色 淺紅色 紅色 藍(lán)色 綠色 紫色 通過改變條件，某一過渡元素的一種氧化態(tài)可以轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌难趸瘧B(tài)。 二氧化錳是制備其他氧化態(tài)的錳化合物的合適的原料，他是最重要的錳的化合物之一，它的穩(wěn)定性主要是由于它的不溶性。由于四價(jià)錳遇強(qiáng)氧化劑即可氧化為高價(jià)化合物，在堿性溶液中，空氣里的氧就能將它們氧化為錳酸鹽。所以將二氧化錳和苛性鉀混合，高溫加熱熔融并通入氧氣，即可制得綠色的錳酸鉀 (K2MnO4)，反應(yīng)方程式如下 [11]： 濱州學(xué)院學(xué)士學(xué)位設(shè)計(jì)（論文） 5 2MnO2+ 4KOH+ O2=2K2MnO4+2H2O (1) 如果加入氧化劑氯酸鉀 (KClO3)共熔，以代替空氣中的氧氣，轉(zhuǎn)化反應(yīng)可以進(jìn)行得更快，方程式如下： 3MnO2+6KOH+KClO3 =3K2MnO4+ KClO3+3H2O (2) 所以實(shí)驗(yàn)用加入氯酸鉀共熔的方法進(jìn)行。 錳酸鉀溶于水，可以在水溶液中發(fā)生歧化反應(yīng)，生成高錳酸鉀： 3MnO42 +2H2O=MnO2+2MnO4 +4OH (3) 由上式可知，為了使歧化反應(yīng)順利進(jìn)行必須隨時(shí)中和掉生成的 OH，因此，可以向 MnO42 的堿性溶液中通入二氧化碳或加入醋酸等弱酸來促進(jìn)錳酸鉀的歧化： 3K2MnO4+2CO2=2KMnO4+MnO2+2K2CO3 (4) 3K2MnO4+4HAc=2KMnO4+MnO2+4KAc+2H2O (5) 用這樣的方法制備高錳酸鉀，理論上產(chǎn)率最高有 %，因?yàn)橛腥种坏腻i被還原為二氧化錳。為提高錳酸鉀的轉(zhuǎn)化率通常在錳酸鉀溶液中通入氯氣 [12]： Cl2+2K2MnO4=2KMnO4 +2KCl (6) 或是用電解法對(duì)錳酸鉀溶液進(jìn)行電解，得到高錳酸鉀 [13]： 陽極 :2MnO422e = 2MnO4 (7) 陰極 :2H2O+2e =2OH +H2 (8) 總反應(yīng) :2K2MnO4+2H2O=2KMnO4+2KOH+H2↑ (9) 高錳酸鉀純度分析原理 在分析天平上稱取大約 1g 左右的 KMnO4 產(chǎn)品，放在小燒杯中，用蒸餾水溶解后（若有不溶性雜質(zhì)需要過濾）全部轉(zhuǎn)移至 250mL 容量瓶中，然后稀釋到刻度。 用移液管移取 ，注入錐形瓶內(nèi)，再加入1mol/L、 25mL 的 ，在 水浴上把溶液加熱到 60oC~80oC，然后用KMnO4 溶液滴定之。 滴定開始時(shí) KMnO4 溶液的紫紅色褪得很慢，這時(shí)要慢慢的加入，等加入的第一滴 KMnO4 褪色后，再加第二滴。滴定過程中產(chǎn)生了 Mn2+離子，反應(yīng)速度加快，可以滴的快一些，最后如果加入的一滴 KMnO4 溶液，搖勻后，在 30s 內(nèi)溶液的紫紅色不褪去，即表示反應(yīng)已到達(dá)終點(diǎn) [14]。 The genral stf(1mpoyidvc,uh)0jb。5wT6 2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4=K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O (10) 重復(fù)上次操作，然后按下列公式進(jìn)行計(jì)算 KMnO4 的百分含 量 w % ????? ??? Vm VCw （ 21） 公式（ 21）中： V0滴定時(shí) KMnO4 溶液的用量（ mL）； V2滴定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)草酸溶液的用量（ mL）；C2滴定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)草酸的濃度； mKMnO4 樣品的質(zhì)量； 的毫克摩爾質(zhì)量（ mg/mol） 實(shí)驗(yàn)過程 廢電池中二氧化錳的提取 先剝?nèi)ル姵赝鈱拥陌b紙，用螺絲刀撬去頂蓋，用小刀挖去頂蓋下的瀝青層，然后用鉗子慢慢拔出來碳棒，用剪刀把廢電池外殼剝開，即可取出里面的黑色物 質(zhì)，主要是 MnO2，碳粉， NH4Cl， ZnCl2 等混合物。將電池中的黑色混合物溶于水，過濾，以除去 NH4Cl， ZnCl2 等物質(zhì)，剩余的濾渣用水沖洗，濾干固體進(jìn)行灼燒直至在托盤天平上質(zhì)量差不大于 ，以除去碳粉和其他有機(jī)物，便可得到較為純凈的MnO2。 二氧化錳轉(zhuǎn)化為錳酸鉀 將 固體 KClO3 和 固體 KOH 放入鐵坩堝中，混合均勻，用坩堝鉗將鐵坩堝夾緊，然后于電熱套中進(jìn)行低溫下加熱，使混合物熔融，一邊用鐵棒攪拌，一邊把 慢慢的分批次加進(jìn)去，隨后熔融物的粘度逐漸增大，這時(shí) 用力攪拌，防止結(jié)塊，待反應(yīng)物干涸后，提高溫度，強(qiáng)熱 5min。 待熔融物冷卻后，從坩堝中取出熔塊，在研缽中研細(xì)后移入燒杯中，用 80ml水分三次在 200ml的燒杯中浸取熔體，不斷攪拌，并加熱使其溶解。合并 3 次浸取液，用鋪有的確良布的布氏漏斗進(jìn)行減壓過濾，便得到了墨綠色的 K2MnO4 溶液。 錳酸鉀轉(zhuǎn)化為高錳酸鉀 (1) 通入 CO2 促進(jìn)錳酸鉀歧化 濱州學(xué)院學(xué)士學(xué)位設(shè)計(jì)（論文） 7 圖 21 CO2 歧化錳酸鉀 Fig. 21 CO2 disproportionated potassium manganate 按圖 21 連接好儀器 后檢查氣密性是否良好，向啟普發(fā)生器中裝入藥品大理石和鹽酸，慢慢打開活塞，使鹽酸和大理石接觸，則有氣體產(chǎn)生，趁熱向錳酸鉀浸取液中通入 CO2 氣體，到錳酸鉀全部歧化為止（用玻璃棒沾取溶液滴在濾紙上，濾紙上僅有紫紅色而沒有綠色痕跡，即表示錳酸鉀完全歧化， PH 值大約在 10~11 之間），靜止片刻，然后用鋪有的確良布的布氏漏斗抽濾，棄去 MnO2 殘?jiān)芤恨D(zhuǎn)入蒸發(fā)皿中，水浴加熱濃縮至表面析出晶膜。冷卻結(jié)晶，抽濾至干，晶體放在表面皿上，放入烘箱（溫度約 80oC，不能超過 240oC）烘干，冷卻后稱量。 (2) 滴加醋酸促進(jìn)錳 酸鉀歧化 趁熱向制得的錳酸鉀浸取液中逐滴滴加 6mol/L 的醋酸 ， 直至錳酸鉀全部歧化為止（可用玻璃棒蘸取溶液點(diǎn)于濾紙上，如果濾紙上只有紫紅色而無綠色痕跡，即表示錳酸鉀已歧化完全， PH 值在 10~11 之間 )。然后靜止片刻，用鋪有的確良布的布氏漏斗抽濾，棄去 MnO2 殘?jiān)?，溶液轉(zhuǎn)入蒸發(fā)皿中，水浴加熱濃縮至表面析出晶膜。冷卻結(jié)晶，抽濾至干，晶體放在表面皿上，放入烘箱（溫度約 80oC，不能超過240oC）烘干，冷卻后稱量。 (3) 通入 Cl2 促進(jìn)錳酸鉀歧化 按圖 22 在通風(fēng)櫥中連接好裝置，檢查氣密性是否良好，然后向錐形 瓶中加入從廢舊電池中提取出的 MnO2（大約 10g 左右），量取 25mL 的