12.3. PHƯƠNG PHÁP OXY HÓA ĐIỆN HÓA SẢN XUẤT MỘT SỐ MUỐI
12.3.2. Sản xuất muối kali pemanganat
Hiện nay sản xuất pemanganat trên thế giới thông thường được tiến hành theo hai công rghệ chính: công nghệ bán điện phân và công nghệ điện phân. Ngoài ra còn có phương pháp sản xuất thuần túy hóa học.
12.3.2.1. Công nghệ bán điện phân
Phương pháp bán điện phân được thực hiện theo ba giai đoạn: (1) oxy hóa hóa hóa học chuyển hóa mangan đioxit (MnO;) thành manganat (MnO, `), (2) điện phân manganat thành pemanganat và (3) xử lý dung dịch sau điện phân.
Giai đoạn một là giai đoạn chuyển hóa hóa học thuần túy. Quang mangan (pyroluzit) sau khi nghiền nhỏ sẽ được nung chảy cùng với KOH và oxy không khí.
Trong điều kiện đó, mangandioxit chuyển thành manganat:
2MnO, + 4KOH + O, = 2K,MnO, + 2H,O (12.53)
Giai đoạn hai là điện phân oxy hóa manganat thành pemanganat. Trên các diện cực xảy ra các phản ứng như sau:
Trén anot: 2MnOƑ -> 2MnO, + 2e (12.54)
Trén catot: 2H,O + 2e > H, + 20H (12.55)
Trong phương pháp này, người ta tiến hành điện phân gián đoạn theo từng mẻ
với các thông số kỹ thuật như sau:
‘Thanh phan dung dịch đầu vào: — K,MnO, — 200-250g/!
KMnO, 10-15 gil
KOH 150 - 200 gil Nhiệt độ 30 - 70 °C Thanh phan dung dịch đầu ra: K;MnO, 20 - 25 gil
KMnO, 200 - 225 g/l
KOH 200 - 250 g/l Nhiệt độ. 30 - 70C
MnO, KOH
Hơi nước
———>| Trộnvàhomhóa |. MO,
mm. =
Không khí Nung oxy hóa tạo
——T mangana(VI)
I
Hoa tan khối Dung dich
manganat (V1) K;CO, 50%
{ +
Điện phân oxy hóa Bay hơi dung
tao pemanganat dịch nước cái cuối
T +
Kết tình KMnO, | Loc
Khử KMnO,
còn lại về MnO,
I
Bay hoi nước cái Tinh ché KMnO, a Lọc thu KMnO, thô kết tỉnh KMnO,
aS Sấy khô. đóng gói
sản phẩm KMnO,
Hình 12.21. Sơ đồ công nghệ sản xuất KMnO,.
Khi nồng độ pemanganat trong dung dich dạt tới một giá trị nhất định thì tỉnh thể kali pemanganat sẽ được tách ra, đặc biệt là khi làm lạnh dung dịch. Sau khi lọc tách tinh thé kali pemanganat, nước cái được bổ sung thêm manganat và được chuyển trở lại để điện phân. Hiệu suất dòng theo phương pháp này đạt từ 50 đến 80% tùy theo cách điện phản. Tiêu thụ điện năng tính trên một tấn sản phẩm khoảng 700 kW/.h. Vật liệu làm
272 Chương 12. Sản xuất một số muỗi vô cơ quan trọng.
điện cực là niken hoặc thép không gì. Để tránh hiện tượng khử ion MnO, trên catot,
người ta tạo ra mật độ dòng trên catot lớn hơn nhiều so với anot (thường gấp 10 lần).
Giai đoạn xử lý dung dịch sau điện phân được tiến hành theo hai bước. Bước thứ nhất làm lạnh để kết tỉnh pemanganat; bước thừ hai dùng CO, để chuyển hóa nốt lượng manganat thành pemanganat va mangan dioxit sau đó tiến hành lọc để thu pemanganat
thô.
Pemanganat thô được đem kết tỉnh lại để thu sản phẩm thương mại còn phần
nước cái được xử lý như sau: Cho bay hơi nước tới khi dung dịch KMnO, có nồng độ
đậm đặc, rồi đem làm lạnh để kết tỉnh tiếp tục thu sản phẩm pemanganat. Lúc này nồng độ pemanganat trong nước cái cuối chỉ còn khoảng 1 g/l, ngudi ta dem khử chúng vẻ mangan đioxit, lọc lấy rồi đưa vẻ sử dụng lại ở công đoạn (1). Nước cái không còn mangan được cô cạn tiếp tục đến khi nồng độ kali cacbonat đạt khoảng 50% thì dừng.
Sản phẩm này được sử dụng để hòa tan khối chất chứa manganat từ lò nung oxy hóa với kiểm. Sơ đồ công nghệ được mô tả trên hình 12.21.
12.3.2.2. Công nghệ điện phân
Điện phân oxy hóa sản xuất pemanganat dựa trên các phản ứng cơ bản sau:
“Trên anot: Mn + 80H —> MnO, + 4H,O + 7e (12.56)
Trên catot: 2H,O + 2 > H; + OH (1257)
Đây là quá trình oxy hóa điện hóa hòa tan anot mangan. Trong thực tế người ta không dùng mangan nguyên chất mà thường dung feromangan chứa khoảng 78%
mangan, 13% sắt, 6 đến 7% cacbon và 1,25% silic. Dung dịch điện ly ở đây được dùng là dung dịch KOH có nồng độ từ 17 đến 25%.
Điện phân trực tiếp mangan để sản xuất pemanganat tính về hiệu quả kinh tế không bằng phương pháp bán điện phân hay phương pháp hóa học thuần túy. Vì vậy nó
ít được ứng dụng trong thực tế.
Phương pháp hóa học thuần túy cũng có công đoạn đầu tiên tạo manganat giống
như phương pháp bán điện phân. Để tạo ra pemanganat người ta cho manganat tác dụng.
với CO, theo phương trình phản ứng:
3K;,MnO, + 2CO, -> 2KMnO, + MnO, + 2K;CO, (12.58) Quá trình chuyển hóa trên vẻ đầu tư sẽ đơn giản và rẻ hơn song tính về hiệu quả kinh tế không cao vì chỉ có hai phẩn ba manganat được chuyẨn thành pemanganat còn một phần ba bị chuyển trở lại thành mangan đioxit. Nếu không thực hiện chuyển hóa với CO; mà đem đi điện phân oxy hóa thì có thể thu được từ 93 đến 97% pemanganat tính theo lý thuyết. Chính vì vậy mà phương pháp bán điện phân ưu việt hơn.