[发明专利]一种电解金属锰生产四氧化三锰过程中制备氢气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金化工生产领域，具体涉及一种以电解金属锰为原料生产四氧化三锰过程中利用锰与水在特定条件下反应制备氢气的方法。

背景技术

氢是公认的清洁能源，也是石油化工行业、电子工业、航天工业、浮选玻璃工业的重要原料。随着清洁能源时代的到来，氢的需求潜力无疑是巨大的。

用电解金属锰生产四氧化三锰是我国四氧化三锰行业的主要生产方法，其生产过程中锰与水反应能释放出氢气，但是由于目前传统的四氧化三锰生产工艺中电解金属锰的水解反应与氧化反应是同时进行的，造成产生氢气的浓度较低，不具备回收价值。反应生成的氢气还可能造成四氧化三锰生产过程中发生燃烧爆炸等安全事故，因此目前我国四氧化三锰生产过程中氢气往往当成有害气体被抽空排放。按我国每年生产四氧化三锰8万吨计算，每年被排放的氢气约2300吨，浪费了大量的能源。

因此，研发一种以电解金属锰为原料生产四氧化三锰过程中生成高浓度氢气的方法，具有巨大的经济效益和社会效益。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种电解金属锰生产四氧化三锰过程中制备氢气的方法，所述方法解决了传统工艺中电解金属锰生产四氧化三锰过程中氢气被直接排放的问题，具体为以电解金属锰为原料，在特定条件并在催化剂的催化作用下直接水解产生氢氧化锰并释放氢气的方法，使得生成的氢气浓度较高具有回收价值，而生成的氢氧化锰则可通过氧化生成四氧化三锰产品。

本发明的一种电解金属锰生产四氧化三锰过程中制备氢气的方法包括以下步骤：

（1）将电解金属锰破碎成小于150μm的颗粒；

（2）将电解金属锰颗粒与水混合制成浆料，向浆料中添加催化剂，进行水解反应，反应过程中温度控制在40-90℃，pH控制在6-12，生成氢氧化锰并释放出氢气；

（3）收集释放出的氢气，反应生成的氢氧化锰进入氧化工序经氧化生成四氧化三锰。

优选地，步骤（1）中将电解金属锰破碎成50-100μm的颗粒。

其中，步骤（1）中所述颗粒也可为电解金属锰粉。

优选地，步骤（2）中水解反应在氢气发生器中进行。步骤（2）中不通入空气或包含其他氧化工序。

优选地，步骤（2）中将电解金属锰颗粒按照质量比为1：2-4的比例与水混合制成浆料。

优选地，步骤（2）中按照1000克电解金属锰添加5-15克催化剂的比例向浆料中加入催化剂。

优选地，步骤（2）中将温度控制在50-80℃范围内，pH控制在7-10。

进一步优选地，步骤（2）中按照1000克电解金属锰添加10-12克催化剂的比例向浆料中加入催化剂。

优选地，步骤（2）中催化剂为氯化铵、硫酸铵、盐酸、氯化锰、草酸的一种或多种。

更优选地，当催化剂为氯化铵时，电解金属锰与催化剂的质量比为60-200:1。

优选地，步骤（3）中收集释放出的氢气的方法为将最初3分钟反应释放的气体排放后，收集后面反应释放的气体。优选地，使用收集袋收集释放出的氢气。具体收集氢气的方法可采用常规气体收集方法。

优选地，步骤（3）中将反应生成的氢氧化锰在温度60℃的条件下，通入压缩空气进行氧化反应，反应时间6小时后制得四氧化三锰，将四氧化三锰洗涤干燥后得到四氧化三锰产品。

其中，步骤（1）和（2）可以为将电解金属锰与水混合后破碎成小于150μm的浆料，再进行水解反应。优选地，将电解金属锰与水混合后破碎成50-100μm的浆料。

本发明所述方法还包括步骤（4）：

（4）将收集到的氢气进行加工提纯处理。

优选地，步骤（4）中将收集到的氢气通过变压吸附、净化等工艺制备成高纯度的氢气产品。

本发明所述方法中步骤（3）中收集的气体，其氢浓度可以达到80-90%，具有回收价值。

本发明所述方法与现有技术相比，具有的优点在于：

（1）本发明将现有技术中的四氧化三锰生产过程中的水解反应和氧化反应分开，将电解金属锰在特定的条件下水解反应并释放出浓度较高的氢气，使生成的氢气具有回收利用价值，而生成的氢氧化锰进入氧化工序制备四氧化三锰。所述方法为四氧化三锰行业的首创技术，不但不影响四氧化三锰的生产工艺，而且能回收氢气作为副产品，解决了四氧化三锰反应过程中氢气无法处理的问题，不但回收了氢气节约了大量的能源，而且彻底解决了四氧化三锰生成过程中易燃易爆的安全隐患。