СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕРМАНГАНАТА КАЛИЯ
POTASSIUM PERMANGANATE SYNTHESIS METHOD

Изобретение относится к способам получения перманганата калия.
2
2
Известен способ получения перманганата калия (патент РФ №2069183, МПК C01G 45/12, 1996 г.), заключающийся в окислении диоксида марганца (МnО) надпероксидом калия (КО) 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.
4
Задачей изобретения является создание экономичного способа получения перманганата калия (КМnO).
Технический результат изобретения заключается в снижении температуры, давления и длительности процесса.
Дополнительный технический результат изобретения заключается в увеличении содержания основного вещества в продукте синтеза.
2
2
Технический результат достигается тем, что в способе получения перманганата калия путем взаимодействия надпероксида калия (КО) и диоксида марганца (МnО) взаимодействие компонентов осуществляют в присутствии горючего, в качестве которого используют углерод при следующем соотношении компонентов (% весовые):
надпероксид калия (КО<sub>2</sub>)
46,9-52,7
диоксид марганца (МnО<sub>2</sub>)
45,3-52,6
углерод (С)
0,5-2,0
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:
2
2
2
2KO→KO+3/2O↑ (1)
Выделившийся кислород вступает во взаимодействие с горючим по уравнению реакции 2:
2
2
С+O→СO↑ (2)
При этом выделяющаяся энергия способствует дальнейшему протеканию основной эндотермической реакции - взаимодействию надпероксида калия и диоксида марганца 3:
2
2
4
КO+МnO→КМnO (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.
2
2
Смешивают 45,3 г диоксида марганца и 2 г углерода. К полученной смеси добавляют 52,7 г надпероксида калия (соотношение исходных компонентов составляет (% весовых): КO=52,7; МnO=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.
2
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): КO=46,9; МnO=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.
2
2
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): КO=48,9; МnO=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.).