锰酸钾的应用

背景及概述^[1]

锰酸钾化学式K₂MnO₄，暗绿色粉末或晶体。有毒!190℃分解。溶于稀氢氧化钾溶液呈绿色溶液。遇水或酸性溶液歧化成高锰酸钾和二氧化锰。加热至500℃以上分解为亚锰酸钾(K₂MnO₃)及氧。强氧化剂。与某些有机物激烈反应。由二氧化锰、氢氧化钾、硝酸钾共熔制得。用于皮、织物、油脂等漂白，水的净化，以及制备高锰酸钾等。

应用^[2]

锰酸钾可用作强氧化剂，用于精制油类、消毒剂；制备高锰酸钾的原料；媒染剂等。其应用举例如下：利用高锰酸钾和锰酸钾制备超细二氧化锰。二氧化锰具备广泛的工业用途，常用于制作干电池的去极剂、合成工业的催化剂和氧化剂、玻璃工业和搪瓷工业的着色剂和消色剂等，同时也是制造金属锰、特种合金、锰铁铸件、防毒面具和电子材料的原料。

利用高锰酸钾和锰酸钾制备超细二氧化锰的方法，包括如下步骤：

(1)一次水热反应：将高锰酸钾置于去离子水中配成浓度高于58g/L的高锰酸钾溶液，添加一定量的草酸和聚乙二醇，所添加的草酸与高锰酸钾的摩尔比低于1：1，然后迅速将混合溶液转移到水热反应釜中，将水热反应釜置于水浴中在25～30℃温度下进行一次水热反应，反应过程中进行强烈搅拌，收集得到的二氧化碳气体用于步骤(2)的化学反应，一次水热反应0.5～0.8小时后得到混合物料；

(2)二次水热反应：向步骤(1)得到的混合物料中添加锰酸钾使锰酸钾浓度高于45g/L，升温至45～50℃进行二次水热反应，水热反应过程中进行强烈搅拌并持续通入二氧化碳气体，二次水热反应3.5～4小时后，将水热反应釜冷却至室温后，停止搅拌，取出其中的混合物料；(3)过滤分离及焙烧：将步骤(2)得到的混合物料进行过滤，分离料浆得到的循环母液和固体，将固体进行洗涤后，在150-200℃进行低温焙烧即得到超细二氧化锰，循环母液中补充高锰酸钾后返回步骤(1)重新开始一次水热反应。

制备^[3-5]

方法1：以二氧化锰为原料，与氢氧化钾或碳酸钾一起熔融，可制得锰酸钾。

方法2：以二氧化锰为原料，与氢氧化钾一起熔融，用氯酸钾为氧化剂，也可制得锰酸钾。

用以上两法时，应及时排出水蒸气，用水浸提，过滤除去二氧化锰，溶液浓缩，可制得锰酸钾。

方法3：以高锰酸钾为原料，加热溶于水，再加入氢氧化钾，溶解后，迅速将反应系统冷却至-80℃(干冰-丙酮浴)，再慢慢加热至-5℃。此时析出粗制[1]，依次用氢氧化钾、乙醚洗涤，可制得锰酸钾。

方法4：液相法制备锰酸钾的工艺，包括以下步骤：

A)使氢氧化钾溶液在加热熔融的液相状态下与锰粉发生氧化反应，得到锰酸钾与熔融氢氧化钾的混合物。熔融的氢氧化钾与锰粉发生如下式所示的氧化反应，得到锰酸钾沉淀：

其中，氢氧化钾呈熔融状态，反应在液相中进行。

对于氢氧化钾的浓度及反应温度没有特殊的限制。从操作简单性、对设备的低要求以及降低成本等方面考虑，所述氢氧化钾溶液中的氢氧化钾的浓度为60wt％～90wt％，在250～300℃条件下进行所述氧化反应。从提高锰酸钾的产率考虑，所述锰粉中的二氧化锰的含量为45wt％～75wt％。为了提高氧化反应速率、所得锰酸钾的品质，有利地，所述锰粉的平均粒度为100μm以下。

B)对所述混合物进行固液分离，得到锰酸钾晶体和滤液。

方法5：按照如下步骤制备锰酸钾：

a.氧化反应：浓度为45-70重量%的氢氧化钾溶液与软锰矿按照混合二氧化锰和氢氧化钾溶液中的氢氧化钾质量比为1：5-15的比例混合形成矿浆，于富氧氛围中，在250-260摄氏度、0.2-1.2Mpa条件下，进行氧化反应，以便获得锰酸钾料液；

b.固夜分离：锰酸钾料液静置适当时间后，进行固液分离，以便分别获得上清液和底流；

c.停留养晶：利用第二氢氧化钾溶液对底流进行波美度调节，至底流的波美度为50后，进行停留养晶至少3天，以便获得固液混合物；

d.压滤分离：将步骤c中获得的固液混合物进行压滤分离，分离获得的压滤废液输送至压滤废液储槽，经蒸发浓缩后，用于配制氢氧化钾溶液和第三氢氧化钾溶液，分离获得的固体为锰酸钾粗晶；

e.调液处理：利用第三氢氧化钾溶液对步骤d中获得的锰酸钾粗晶进行调液处理，以便获得第二固液混合物；

f.第二压滤分离：将步骤e中获得的第二固液混合物进行压滤分离，以便获得锰酸钾溶液和废渣；

g.电解：在电解装置中，对步骤f中获得的锰酸钾溶液进行电解，锰酸钾被电解生成高锰酸钾，以便获得高锰酸钾料液；

h.抽滤：在抽滤装置中，对步骤g中获得的高锰酸钾料液进行抽滤处理，以便获得高锰酸钾粗晶和电解母液，其中将电解母液输送电解母液储槽用于配制第二氢氧化钾溶液，获得的固体即为高锰酸钾粗晶；

i.复结晶和干燥：在复结晶装置中，步骤h中获得的高锰酸钾晶体被复溶于水，进行复结晶，进一步对经过复结晶获得高锰酸钾晶体进行干燥处理，从而获得工业高锰酸钾。

主要参考资料

[1] 化学词典

[2] CN201611033123.0一种利用高锰酸钾和锰酸钾制备超细二氧化锰的方法

[3] 实用精细化工辞典

[4] CN201110311683.9液相法制备锰酸钾的工艺

[5] CN201310594755.4制备锰酸钾的方法