[发明专利]膜蒸馏结晶技术制备硫酸锰的方法

说明书

本发明公开了一种膜蒸馏结晶技术制备硫酸锰的方法，包括过滤、加热以及膜蒸发结晶等步骤。本发明创造性的使用膜蒸发结晶技术，并搭建了相应的膜蒸发结晶系统。膜蒸馏过程无需将溶液加热到沸点，只要膜两侧维持适当温差即可进行，因此使太阳能和废旧余热等低品位热源的利用成为可能，非常适用于冶炼厂等工厂环境，节约大量传统蒸发浓缩工艺的成本。

技术领域

本发明属于化工领域，尤其是一种膜蒸馏结晶技术制备硫酸锰的方法。

背景技术

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，生成硫酸锰，与传统的还原焙烧法相比，该工艺简化、缩短了生产流程，节省投资和场地，节约了焙烧过程大量的能源消耗，特别适用于低品位二氧化锰矿的有效利用，使生产成本有所降低，同时还避免了焙烧还原过程产生的CO₂与CO废气对环境的污染；另一方面，在二氧化硫浸取软锰矿的过程中，二氧化硫对于原矿中的其他杂质成分的溶解有一定的选择性，减少了硅酸之类的杂质进入溶液的数量，有利于浸取溶液固液分离和净化过程的进行，以及产品质量的提高。此外，在二氧化硫浸取过程中，反应物料为气体和浆状液体，较粉状物料容易实现自动控制，因而可提升浸出过程的自动化控制水平，改善生产装置的形象。但是因为在该浸取反应过程中会有副反应产生连二硫酸锰(MnS₂O₆)，影响了浸取产物硫酸锰的质量(纯度)，因而该工艺至今尚未能实现工业化规模运行。

此外，要想获得高纯度的一水合硫酸锰，对所得到的含硫酸锰和连二硫酸锰的浸出液或者反应液进行重结晶是必不可少的步骤。现有的方法主要通过减压浓缩或者是沸腾蒸发的方法来进行重结晶。采用上述方法，存在需要减压装置或者是加热温度要达到100℃以上，导致成本过高。

膜蒸馏蒸发结晶技术已经被广泛开发，通常用于膜蒸馏的疏水膜是PP(聚丙烯)、PEEK(聚醚醚酮)PTFE(聚四氟乙烯)和PVDF(聚偏氟乙烯)等的膜。它们是平坦片或者中空纤维膜。准备用于操作的典型的膜蒸馏设备是平板和框架构造的。膜蒸馏基于疏水性膜。它们是微滤膜，并且具有蒸气渗透性和较高的水突破压力。由于具有高的液体接触角，因此它们不会变湿。在常规的膜蒸馏种类中使用了多种方法。膜蒸馏是基于温度或者蒸气压梯度来工作的，作为温度或者蒸气压梯度的结果，存在着穿过膜的蒸气转移。这进一步冷凝成纯水

膜蒸馏蒸发结晶技术存在一些缺点，通常是低通量(典型地2-4LMH)，高能量密度，低通量导致的高膜成本，和膜较低的填充密度。而且，由于膜本身容易被堵塞，因为这些因素，常规的膜蒸馏在商业上在大规模脱盐市场上的应用有限。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种膜蒸馏结晶技术制备硫酸锰的方法。

为了达到上述目的，本发明提供一种膜蒸馏结晶技术制备硫酸锰的方法，包括下列步骤：

(1)过滤含有硫酸锰和连二硫酸锰的浸出液；

(2)加热：将经过所述过滤步骤后的溶液导入加热罐中加热至328K～358K；

(3)压力调节：将加热后的溶液导入压力平衡罐，并调节所述压力平衡罐内的压力；

(4)将调解压力平衡罐内的溶液通过膜蒸馏系统，膜的一侧直接接触溶液,另一侧直接接触冷凝水；

(5)溶液在膜的溶液侧被浓缩，再结晶前将其导入蒸发装置将剩余水分烘干，即得到硫酸锰。

在本发明的步骤(4)中，传质过程为：

(1)水从溶液主体扩散到与疏水膜表面相接触的边界层；

(2)水在边界层与疏水膜的界面汽化；

(3)汽化的蒸汽扩散通过疏水性膜孔；