[发明专利]适用于二氧化硫气体浸出软锰矿的反应器

说明书

技术领域

本发明涉及软锰矿浸出反应技术，更具体地说，是涉及一种适用于二氧化硫气体浸出软锰矿的反应设备。 

背景技术

硫酸锰是一种重要的化工基础产品，用途广泛，除了可用作化工、冶金原料，还可用于医药、造纸、陶瓷、催化剂、矿石浮选、饲料添加剂、电解锰的生产以及其它锰盐的生产等。传统的硫酸锰生产方法都是先制得硫酸锰母液，再对硫酸锰母液进行过滤、净化除杂、蒸发结晶、干燥而得硫酸锰产品。目前，制取硫酸锰母液的主要方法有：(1)菱锰矿法：一般需用锰质量含量大于20％的菱锰矿粉，在80～90℃条件下与稀硫酸作用，生成硫酸锰溶液，然后经过净化除杂而得硫酸锰母液。(2)软锰矿法：它将含MnO₂在65％以上的软锰矿粉与白煤粉以100∶20的质量配比混合，在还原焙烧炉中于700℃-850℃进行还原焙烧以生产MnO，然后将MnO在隔绝空气的条件下冷却至室温，冷却后的MnO用15％左右的稀硫酸进行溶解，然后经过净化除杂而制得硫酸锰母液。(3)硫酸亚铁法，由软锰矿和硫酸亚铁反应生成硫酸锰和硫酸铁的混合溶液，然后经过净化除铁制得硫酸锰母液。(4)两矿加酸法，采用软锰矿和硫铁矿在硫酸存在的条件下进行反应生成硫酸锰和硫酸铁的混合溶液，混合溶液经过净化除铁制得硫酸锰母液。以菱锰矿法和软锰矿法生产硫酸锰都要消耗大量的硫酸，致使硫酸锰的生产成本较高；而以硫酸亚铁法和两矿加酸法生产硫酸锰，由于硫酸铁、硫铁矿混合溶液带入的铁杂质含量较高，致使除杂工艺复杂，成本高，且硫酸锰产品品质也受到影响。 

二氧化硫在液相中可直接与软锰矿中的二氧化锰发生氧化还原反应，主要生成硫酸锰，该工艺不需耗用硫酸、不需对矿浆加热、不需对软锰矿进行预焙烧还原，因此用二氧化硫气体作为还原剂浸出软锰矿，可大大缩短上述传统软锰矿制取硫酸锰的工艺流程，彻底革新了传统的软锰矿制取硫酸锰的工艺。 

现有技术用二氧化硫浸取软锰矿的反应设备，一般多为塔类设备，在吸收设备选型方面，中国专利89107720.0明确其工艺吸收过程所用的设备是低阻力降的卧式机械喷洒吸收器；中国专利89104140.0明确其工艺吸收过程所用的设备是含二氧化硫烟气与矿浆逆流接触式的设备，即板式吸收塔或湍球塔；中国专利03135926.4.0明确其工艺吸收过程所用的设备是填料吸收塔。塔式设备用于二氧化硫浸取软锰矿，在工业上是很难实现的，因为这些吸收塔是属液膜表面吸收器，气体为连续相，液体为分散相，其作用机制是靠液体的流动性、润湿性在填料表面形成液膜，气体在液膜表面被吸收，增大气速，可强化气液吸收，但对强化液固界面传质影响较小，同时，由于液体中矿粒密度大，很容易在吸收塔的填料、板间沉积，特别是在开停车、事故停车时，沉积的软锰矿将与填料结成一块，造成严重的堵塞，使操作难以进行，无法工业化；而机械喷洒吸收器是属于液滴表面吸收设备，虽然省去了矿浆系统的外部循环，但对于以气膜控制的气体吸收而言，吸收速率低，气流速度小，工业化后占地面积过大而无法实现。中国专利97102703.X公开了一种用二氧化硫浸出软锰矿的专用搅拌机-曝气式搅拌机或安装有吸气管的泵类，这种设备存在问题有：(1)曝气式搅拌机或安装有吸气管的泵类，一般用于污水生化处理领域的充氧曝气，其气体分散的基本原理为靠液体的剪切冲击使气体分散到液体中，因此该类设备操作对气水体积比一般要求达到5～10(L/L)，气水比过高将导致气体无法分散，影响二氧化硫的吸收率；(2)工业化生产需要抽吸的二氧化硫气体单位时间体积流量很大，常高达数千～数万m³/h，而曝气式搅拌机或安装有吸气管的泵类主要用于单位时间体积流量较少的工业场合，一般为数百m³/h，因此很难应用于二氧化硫浸出软锰矿这样大规模工业生产，限制了该方法的实际工业化应用推广。本发明的发明人作为发明者之一于2004年获得授权的实用新型专利200420033268.7公开了一种烟气脱硫资源化设备，明确该设备用于烟气脱硫，而非二氧化硫气体浸出软锰矿，采用单级吸收反应，矿浆在一个吸收浸出反应室内循环吸收含二氧化硫烟气。而根据化学反应速度方程，反应物的浓度会显著影响化学反应速度，因此，采用纯二氧化硫气体与软锰矿浆反应对吸收工艺的操作要求显然与软锰矿浆吸收烟气中的少量二氧化硫不同：在单级吸收反应的情况下，由于二氧化硫过量，会导致吸收后的二氧化硫气体无法满足环保达标排放的要求，既浪费硫资源，也污染了环境，该专利也未明确抑制副产物连二硫酸锰生成的技术措施。

发明内容