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本文综述了锰矿资源、硫酸锰的性质与用途以及硫酸锰的生产方法和分析方法,分析了传统硫酸锰结晶工艺存在的问题,针对目前锰富矿逐渐衰竭而用贫矿生产浓缩硫酸锰耗能较大且硫酸锰产品中含Ca、Mg杂质较多的现状,根据硫酸锰的溶解度在100℃以上时急剧降低,且硫酸钙、硫酸镁与硫酸锰的溶解度在140℃以上有一定的差异这一特性,研究采用高温法来结晶硫酸锰并进一步剔除硫酸锰浸出液中的Ca、Mg杂质的新工艺,得出了在该工艺条件下生产和净化硫酸锰的规律及较优的工艺条件。
在高温结晶法生产硫酸锰的工艺中,采用正交试验和单因素试验的方法,考察了操作温度、进料浓度、停留时间和搅拌速率等四个因素对硫酸锰结晶率的影响。研究结果表明,各因素对硫酸锰结晶率的影响都是单调上升的,其影响的主次顺序为:温度>浓度>停留时间>搅拌速率。同时,在满足硫酸锰的结晶率的前提下,结合硫酸锰的回收率和生产实际情况,用高温结晶法生产硫酸锰时,在实验范围内较优的工艺条件为:硫酸锰初始浓度为370g·L-1(34°Be),反应温度为170℃,搅拌速率为350r.min-1,保温时间为14min。在此条件下,硫酸锰结晶率可达到84.0%。此外,根据理论能耗计算可以得知,与传统的常压结晶工艺相比,高温结晶法的能耗是常压结晶法的60.7%,每生产1tMnSO4·H2O可节省蒸汽量2.48t。
在进行高温结晶法生产硫酸锰的同时,硫酸锰中Ca、Mg杂质也可得到进一步净化。采用单因素试验的方法,研究硫酸锰中Ca、Mg杂质净化的规律。实验结果表明,在上述的较优工艺条件下,硫酸锰产品中Ca的残留量可降低至0.42%,Mg的残留量可降低至0.27%。此时,Ca、Mg杂质的去除率分别可达到47.8%和25.5%。