專利名稱：一種電解金屬錳生產(chǎn)四氧化三錳過程中制備氫氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金化工生產(chǎn)領(lǐng)域，具體涉及一種用電解金屬錳為原料生產(chǎn)四氧化三錳過程中利用錳與水在特定條件下反應(yīng)制備氫氣的一種方法。
背景技術(shù)：
氫是公認的清潔能源，也是石油化工行業(yè)、電子工業(yè)、航天工業(yè)、浮選玻璃工業(yè)的重要原料。隨著清潔能源時代的到來，氫的需求潛力無疑是巨大的。用電解金屬錳生產(chǎn)四氧化三錳是我國四氧化三錳行業(yè)的主要生產(chǎn)方法。其生產(chǎn)過程中錳與水反應(yīng)能釋放出的氫氣，但是由于目前傳統(tǒng)的四氧化三錳生產(chǎn)工藝中電解金屬錳的水解反應(yīng)與氧化反應(yīng)是同時進行的，造成產(chǎn)生氫氣的濃度較低，不具備回收價值。反應(yīng)生成的氫氣還可能造成四氧化三錳生產(chǎn)過程中發(fā)生燃燒爆炸等安全事故，因此目前我國四氧化三錳生產(chǎn)過程中氫氣往往當(dāng)成有害氣體被抽空排放。按我國每年生產(chǎn)四氧化三錳8萬噸計算，每年被排放的氫氣約2300噸，這不但浪費了大量的能源而且還污染了大氣環(huán)境。本發(fā)明將四氧化三錳生產(chǎn)過程中的水解反應(yīng)和氧化反應(yīng)分開，將電解金屬錳在特定的條件下水解反應(yīng)并釋放出濃度較高的氫氣，使生成的氫氣具有回收利用價值，而生成的氫氧化錳進入氧化工序制備四氧化三錳。本方法不但不影響四氧化三錳的生產(chǎn)工藝，而且能回收氫氣作為副產(chǎn)品，節(jié)約大量的能源并保護了環(huán)境，具有極好的經(jīng)濟與社會價值。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決電解錳生產(chǎn)四氧化三錳過程中氫氣被直接排放的問題，本發(fā)明的目的是找到一種電解金屬錳在特定條件下直接水解產(chǎn)生氫氧化錳并釋放氫氣的方法，使得生成的氫氣濃度較高具有回收價值，而生成的氫氧化錳通過氧化生成四氧化三錳產(chǎn)品。本發(fā)明的技術(shù)路線是找到一種電解金屬錳生產(chǎn)四氧化三錳過程中制備氫氣的方法，其特征在于包括以下幾個步驟(I)將電解金屬錳破碎成小于150微米的細小顆粒；(2)將電解金屬錳顆粒按照1: 2-4的比例與水混合制成漿料；(3)向漿料中按照1000克電解金屬錳添加5-15克的比例加入催化劑，并將溫度控制在40-90°C范圍內(nèi)，進行水解反應(yīng)，生成氫氧化錳并釋放出氫氣。反應(yīng)過程PH值控制在6-12范圍內(nèi)。(4)反應(yīng)釋放的氣體其氫濃度可以達到80-90%，具有回收價值，進行回收為本發(fā)明的最終氣體產(chǎn)品；(5)反應(yīng)生成的氫氧化錳進入氧化工序，繼續(xù)氧化生成四氧化三錳產(chǎn)品。其中(I)、(2)步驟可以通過將電解金屬錳與混合后再破碎制成漿料。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點在于(I)本發(fā)明為四氧化三錳行業(yè)的首創(chuàng)技術(shù)，解決了四氧化三錳反應(yīng)過程中氫氣無法處理的問題，不但回收了氫氣節(jié)約了大量的能源，而且徹底解決了四氧化三錳生成過程中易燃易爆的安全隱患。(2)本發(fā)明制備的氫氣中的氫濃度可以達到80-90%，極具回收價值，可以通過變壓吸附、凈化等工藝制備成高純度的氫氣產(chǎn)品，具有良好的經(jīng)濟效益。(3)本發(fā)明的經(jīng)濟成本較低，而且工藝條件容易控制。且不影響后續(xù)四氧化三錳產(chǎn)品的生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明電解金屬錳生產(chǎn)四氧化三錳過程中制備氫氣的工藝流程圖。
具體實施例方式以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。實施例1(I)稱電解金屬錳lOOOg，在球磨機中破碎I小時制成電解金屬錳粉1，用分析篩檢測其粒度為100%小于ΙΟΟμ ;(2)向電解金屬錳粉I中加入蒸餾水3L，調(diào)制成漿料2，并將漿料2放入氫氣發(fā)生器中； (3)稱取氯化銨10g，加入漿料2中，將系統(tǒng)溫度控制在65°C，攪拌反應(yīng)lh，將最初3分鐘反應(yīng)釋放的氣體排放后，使用收集袋收集后面反應(yīng)釋放的氣體3，漿料2水解后生成
氫氧化猛；(4)將氫氧化錳在溫度60°C的條件下，通入壓縮空氣進行氧化反應(yīng)，反應(yīng)時間6小時后制得四氧化三錳4;(5)將四氧化三錳4洗滌干燥后得到四氧化三錳產(chǎn)品5。最后將氣體3用便攜式氫氣純度分析儀HCKDGPH2-M監(jiān)測其中氫含量為86%。將四氧化三錳產(chǎn)品5通過原子吸收分光光度計、可見光分光光度計、比表面儀檢測可得，其中鉀、鈉、I丐、鎂、娃的含量分別為10ppm、12ppm、23ppm、43ppm、39ppm,比表面積為5. 6m2/g。實施例2(I)稱電解金屬猛2000g,在球磨機中破碎1. 5小時制成電解金屬猛粉I,用分析篩檢測其粒度為100%小于75μπι;(2)向電解金屬錳粉I中加入蒸餾水5L，調(diào)制成漿料2，并將漿料2放入氫氣發(fā)生器中；(3)稱取硫酸銨25g，加入漿料2中，將系統(tǒng)溫度控制在80°C，攪拌反應(yīng)lh，將最初3分鐘反應(yīng)釋放的氣體排放后，使用收集袋收集后面反應(yīng)釋放的氣體3，漿料2水解后生成
氫氧化猛；(4)將氫氧化錳在溫度60°C的條件下，通入壓縮空氣進行氧化反應(yīng)，反應(yīng)時間6小時后制得四氧化三錳4;(5)將四氧化三錳4洗滌干燥后得到四氧化三錳產(chǎn)品5。最后將氣體3用便攜式氫氣純度分析儀HCKDGPH2-M監(jiān)測其中氫含量為88%。將四氧化三錳產(chǎn)品5通過原子吸收分光光度計、可見光分光光度計、比表面儀檢測可得，其中鉀、鈉、I丐、鎂、娃的含量分別為6ppm、10ppm、21ppm、45ppm、38ppm,比表面積為6. 2m2/g。
實施例3(I)稱電解金屬錳1500g，加入蒸餾水4L，調(diào)成漿料I ;(2)將漿料I放入球磨機中研磨I小時，制成漿料2，并將漿料2放入氫氣發(fā)生器中；(3)稱取氯化錳20g，加入漿料2，將系統(tǒng)溫度控制在85°C，攪拌反應(yīng)lh，將最初3分鐘反應(yīng)釋放的氣體排放后，使用收集袋收集后面反應(yīng)釋放的氣體3，漿料2水解后生成氫氧化猛；(4)將氫氧化錳在溫度60°C的條件下，通入壓縮空氣進行氧化反應(yīng)，反應(yīng)時間6小時后制得四氧化三錳4;(5)將四氧化三錳4洗滌干燥后得到四氧化三錳產(chǎn)品5。最后將氣體3用便攜式氫氣純度分析儀HCKDGPH2-M監(jiān)測其中氫含量為81 %。將四氧化三錳產(chǎn)品5通過原子吸收分光光度計、可見光分光光度計、比表面儀檢測可得，其中鉀、鈉、I丐、鎂、娃的含量分別為llppm、10ppm、19ppm、42ppm、34ppm,比表面積為4. 6m2/g。實施例4(I)稱電解金屬猛2500g,在球磨機中破碎2小時制成電解金屬猛粉I,用分析篩檢測其粒度為100%小于75μπι ;(2)向電解金屬錳粉I中加入蒸餾水8L，調(diào)制成漿料2，并將漿料2放入氫氣發(fā)生器中；(3)量取濃 度30%的鹽酸40mL，加入漿料2，將系統(tǒng)溫度控制在70°C，攪拌反應(yīng)Ih,將最初3分鐘反應(yīng)釋放的氣體排放后，使用收集袋收集后面反應(yīng)釋放的氣體3，漿料2水解后生成氫氧化錳；(4)將氫氧化錳在溫度60°C的條件下，通入壓縮空氣進行氧化反應(yīng)，反應(yīng)時間6小時后制得四氧化三錳4;(5)將四氧化三錳4洗滌干燥后得到四氧化三錳產(chǎn)品5。最后將氣體3用便攜式氫氣純度分析儀HCKDGPH2-M監(jiān)測其中氫含量為82%。將四氧化三錳產(chǎn)品5通過原子吸收分光光度計、可見光分光光度計、比表面儀檢測可得，其中鉀、鈉、I丐、鎂、娃的含量分別為9ppm、10ppm、21ppm、38ppm、36ppm,比表面積為5. lm2/g。實施例5(I)稱電解金屬錳1200g，在球磨機中破碎I小時制成電解金屬錳粉1，用分析篩檢測其粒度為100%小于120μ ;(2)向電解金屬錳粉I中加入蒸餾水3L，調(diào)制成漿料2，并將漿料2放入氫氣發(fā)生器中；(3)稱取草酸10g，加入漿料2，將系統(tǒng)溫度控制在75°C，攪拌反應(yīng)lh，將最初3分鐘反應(yīng)釋放的氣體排放后，使用收集袋收集后面反應(yīng)釋放的氣體3，漿料2水解后生成氫氧化錳；(4)將氫氧化錳在溫度60°C的條件下，通入壓縮空氣進行氧化反應(yīng)，反應(yīng)時間6小時后制得四氧化三錳4;(5)將四氧化三錳4洗滌干燥后得到四氧化三錳產(chǎn)品5。最后將氣體3用便攜式氫氣純度分析儀HCKDGPH2-M監(jiān)測其中氫含量為83%。將四氧 化三錳產(chǎn)品5通過原子吸收分光光度計、可見光分光光度計、比表面儀檢測可得，其中鉀、鈉、I丐、鎂、娃的含量分別為10ppm、15ppm、17ppm、32ppm、35ppm,比表面積為4. 8m2/g。
權(quán)利要求
1.一種電解金屬錳生產(chǎn)四氧化三錳過程中制備氫氣的方法，其特征在于將電解金屬錳破碎使其小于150微米，將破碎后的金屬錳在40-90°C的溫度范圍內(nèi)和催化劑的催化作用下與水反應(yīng)生成氫氧化錳并釋放出氫氣，反應(yīng)過程的PH值控制在6-12之間，反應(yīng)生成的氫氧化錳進入另外工序制備成四氧化三錳產(chǎn)品，反應(yīng)過程中生成氫含量為80-90 %的氫氣，該氫氣為最終氣體產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解金屬錳生產(chǎn)四氧化三錳過程中制備氫氣的方法，其特征在于可以將電解金屬錳破碎成小于150微米的干粉也可將電解金屬錳與水混合后破碎成小于150微米的漿料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解金屬錳生產(chǎn)四氧化三錳過程中制備氫氣的方法，其特征在于反應(yīng)溫度控制在40-90°C ;催化劑為氯化銨、硫酸銨、鹽酸、氯化錳、草酸，包括同時使用2種或多種上述催化劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解金屬錳生產(chǎn)四氧化三錳過程中制備氫氣的方法，其特征在于將用本發(fā)明制備的氫氣進一步加工提純制備成純度更高的氫氣產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電解金屬錳生產(chǎn)四氧化三錳過程中制備氫氣的方法。該發(fā)明屬于冶金化工領(lǐng)域。所述制備方法為在以電解金屬錳為原料生產(chǎn)四氧化三錳的過程中，將電解金屬錳破碎后在特定條件下并在催化劑的催化作用下與水反應(yīng)生成氫氧化錳并釋放出氫氣，其制備氫氣時的特定反應(yīng)條件為電解金屬錳破碎粒度為小于150微米，催化劑的加入量為每1000克電解金屬錳加入催化劑5-15克，反應(yīng)溫度控制在40-90℃，反應(yīng)過程PH值控制在6-12之間。反應(yīng)生成的氫氧化錳通過其它氧化工藝制備成四氧化三錳產(chǎn)品；反應(yīng)釋放的氫氣的氫濃度可達到80-90％并為最終氣體產(chǎn)品。本發(fā)明添加的催化劑為氯化銨、硫酸銨、鹽酸、氯化錳、草酸，也包括同時使用2種或多種上述催化劑。
文檔編號C01B3/08GK103030110SQ201310008030
公開日2013年4月10日 申請日期2013年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月10日
發(fā)明者趙凱, 陳飛宇, 銀瑰 申請人:湖南特種金屬材料廠寧鄉(xiāng)分廠