Патент на изобретение №2376246

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕРМАНГАНАТА КАЛИЯ

(57) Реферат:

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения перманганата калия включает взаимодействие надпероксида калия (КО₂) и диоксида марганца (МnO₂) в присутствии горючего, в качестве которого используют углерод, при следующем соотношении компонентов (% весовые): надпероксид калия (KO₂) 46,9-52,7; диоксид марганца (MnO₂) 45,3-52,6; углерод (С) 0,5-2,0. Смешение исходных компонентов производят в две стадии, при этом на первой стадии смешивают диоксид марганца и горючее, а на второй стадии к полученной смеси добавляют надпероксид калия. Инициирование процесса производят локальным разогревом полученной шихты до температуры порядка 500°С. Изобретение позволяет снизить энергозатраты при синтезе перманганата калия и повысить содержание основного вещества в продукте синтеза.

Изобретение относится к способам получения перманганата калия.

Известен способ получения перманганата калия (патент РФ 2069183, МПК C01G 45/12, 1996 г.), заключающийся в окислении диоксида марганца (МnО₂) надпероксидом калия (КО₂) в атмосфере кислорода при температуре 150-350°С и давлении кислорода 3-50 МПа. Продолжительность процесса составляет от 0,5 до 8 часов в зависимости от условий его протекания. Конечный продукт содержит от 70 до 80% весовых основного вещества.

Данный способ получения перманганата калия имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, получение целевого продукта при высоких температурах в течение длительного времени требует существенных затрат энергоресурсов. Во-вторых, проведение процесса при избыточном давлении кислорода (сильного окислителя) требует применения достаточно сложного аппаратурного оформления, изготовленного из материалов, способных выдержать соответствующие нагрузки.

Задачей изобретения является создание экономичного способа получения перманганата калия (КМnO₄).

Технический результат изобретения заключается в снижении температуры, давления и длительности процесса.

Дополнительный технический результат изобретения заключается в увеличении содержания основного вещества в продукте синтеза.

Технический результат достигается тем, что в способе получения перманганата калия путем взаимодействия надпероксида калия (КО₂) и диоксида марганца (МnО₂) взаимодействие компонентов осуществляют в присутствии горючего, в качестве которого используют углерод при следующем соотношении компонентов (% весовые):

При этом смешение исходных компонентов производят в две стадии, причем на первой стадии смешивают диоксид марганца и горючее, на второй стадии к полученной смеси добавляют надпероксид калия, а инициирование процесса производят локальным разогревом полученной шихты до температуры порядка 500°С.

Такой прием позволяет снизить температуру и длительность процесса и отказаться от проведения синтеза при избыточном давлении кислорода, поскольку при указанном выше соотношении компонентов, включая горючее, запас внутренней химической энергии исходных веществ и теплопроводность системы после локального инициирования химической реакции позволяют обеспечить распространение волны горения в самопроизвольном режиме с высокими кинетическими параметрами процесса.

Способ осуществляют следующим образом. В начале готовят шихту, для чего смешивают исходные компоненты: диоксид марганца, надпероксид калия и горючее, в качестве которого могут быть использованы мелкодисперсные аллотропные модификации углерода. С целью избежания создания взрывоопасных мольных соотношений горючее (углерод) – окислитель (надпероксид калия) смешение исходных компонентов осуществляют в две стадии. На первой стадии смешивают диоксид марганца и горючее. На второй стадии к полученной смеси добавляют надпероксид калия.

Полученную таким образом шихту помещают в реактор. Исходная шихта может так же прессоваться в таблетки, блоки любым известным способом (на гидравлическом прессе, методом изостатического прессования и т.д.). В случае прессования исходной шихты в виде блоков они дробятся на любой дробилке, в результате чего получают продукт, имеющий полидисперсный состав. Гранулированный продукт помещают в реактор с помощью виброуплотнения.

Взаимодействие исходных компонентов инициируют локальным разогревом шихты до температуры порядка 500°С.

После инициирования в начальный момент протекает реакция термического разложения надпероксида калия 1, катализируемая диоксидом марганца, в результате которой образуется оксид калия и кислород:

2KO₂K₂O+3/2O₂ (1)

Выделившийся кислород вступает во взаимодействие с горючим по уравнению реакции 2:

С+O₂СO₂ (2)

При этом выделяющаяся энергия способствует дальнейшему протеканию основной эндотермической реакции – взаимодействию надпероксида калия и диоксида марганца 3:

КO₂+МnO₂КМnO₄ (3)

Горючее при этом сгорает полностью без образования твердого остатка. При наличии в исходной шихте менее 0,5% весовых углерода (горючего) процесс синтеза перманганата калия предложенным способом не происходит, а при содержании в исходной шихте углерода более 2,0% возникает возможность возникновения взрывоопасной ситуации. Кроме того, согласно стехиометрическим соотношениям реакций 1 и 2, на сгорание указанного количества углерода (2% весовых) расходуется до 16% от изначально взятого количества надпероксида калия (не принимающего тем самым участия в основной реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза 3), что снижает содержание основного вещества в продукте синтеза за счет наличия в продукте реакции ионов калия, не связанных с перманганат – ионами.

Пример 1.

Смешивают 45,3 г диоксида марганца и 2 г углерода. К полученной смеси добавляют 52,7 г надпероксида калия (соотношение исходных компонентов составляет (% весовых): КO₂=52,7; МnO₂=45,3; С=2,0). Смешение производится обычным способом до получения однородного состава исходной шихты. Полученную шихту прессуют в таблетки. После этого таблетки на виброустановке загружают в реактор. Инициирование синтеза осуществляют локальным нагревом шихты электрической спиралью до температуры около 500°С, после чего процесс горения системы протекает в самопроизвольном режиме. Процесс протекает при нормальных условиях. Время протекания процесса составляет около 5 секунд. Конечный продукт содержит 81% перманганата калия.

Пример 2.

Смешивают 52,6 г диоксида марганца и 0,5 г углерода. К полученной смеси добавляют 46,9 г надпероксида калия (соотношение исходных компонентов составляет (% весовых): КO₂=46,9; МnO₂=52,6; С=0,5). Далее, как в примере 1. Процесс протекает при нормальных условиях. Время протекания процесса составляет около 7 секунд. Конечный продукт содержит 82% перманганата калия.

Пример 3.

Смешивают 50,1 г диоксида марганца и 1,0 г углерода. К полученной смеси добавляют 48,9 г надпероксида калия (соотношение исходных компонентов составляет (% весовых): КO₂=48,9; МnO₂=50,1; С=1,0). Далее, как в примере 1. Процесс протекает при нормальных условиях. Время протекания процесса составляет около 6 секунд. Конечный продукт содержит 84% перманганата калия.

Как видно из приведенных в примерах данных, изобретение позволяет снизить энргозатраты при синтезе перманганата калия за счет снижения температуры, давления и длительности процесса и одновременно обеспечивает более высокое содержание основного вещества в продукте реакции, чем рассмотренный выше аналог (патент РФ 2069183, МПК С01G 45/12, 1996 г.).

Формула изобретения

Способ получения перманганата калия путем взаимодействия надпероксида калия (КО₂) и диоксида марганца (MnO₂), отличающийся тем, что взаимодействие компонентов осуществляют в присутствии горючего, в качестве которого используют углерод при следующем соотношении компонентов, вес.%:

смешение исходных компонентов производят в две стадии, при этом на первой стадии смешивают диоксид марганца и горючее, на второй стадии к полученной смеси добавляют надпероксид калия, а инициирование процесса производят локальным разогревом полученной шихты до температуры порядка 500°С.