專利名稱：一種離子膜電解法連續(xù)制備重鉻酸鈉的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機鹽材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種重鉻酸鈉的制備方法，尤其涉及一種 離子膜電解法連續(xù)制備重鉻酸鈉的方法。
背景技術(shù)：
我國是鉻鹽生產(chǎn)和消費大國，國內(nèi)鉻鹽產(chǎn)量逐年遞增，目前鉻鹽的年產(chǎn)量已突破 30萬噸，占世界鉻鹽總產(chǎn)量的四分之一多。鉻鹽生產(chǎn)過程的三廢排放物中的六價鉻具有強 氧化性，會對有機體造成腐蝕和破壞，使有機體易于中毒。因此鉻鹽行業(yè)長期被列為重污染 行業(yè)之首，鉻鹽生產(chǎn)的環(huán)保問題至今仍是世界性的環(huán)保難題。傳統(tǒng)的鉻鹽生產(chǎn)方式存在著含鉻廢渣、廢水、廢氣排放量大，主金屬鉻轉(zhuǎn)化率低， 設(shè)備腐蝕嚴重等諸多不足。我國和國外多用硫酸酸化法制備重鉻酸鈉，該技術(shù)局限性已經(jīng) 日漸明顯操作環(huán)境惡劣、含鉻芒硝難于應(yīng)用、生產(chǎn)效率低等。這一現(xiàn)狀不僅阻礙了鉻鹽行 業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，也不利于國民經(jīng)濟整體發(fā)展，迫切需要開發(fā)新的生產(chǎn)技術(shù)，制得優(yōu)質(zhì)的鉻 鹽產(chǎn)品，滿足市場需求。從國內(nèi)外生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展趨勢來看，綠色化學(Environmentally Benign Chemistry)是大勢所趨。其核心內(nèi)涵就是把現(xiàn)有化學和化工生產(chǎn)的技術(shù)路線從“先污染、 后治理”改變?yōu)椤皬脑搭^上根除污染”，即從源頭上減少或消除對生態(tài)環(huán)境有毒有害的原料、 催化劑、溶劑和試劑的使用及產(chǎn)物、副產(chǎn)物的產(chǎn)生，力求使化學反應(yīng)具有“原子經(jīng)濟性”，實 現(xiàn)廢物的“零排放”。離子膜電解法又稱膜電槽電解法，是在離子交換樹脂的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技 術(shù)。利用離子交換膜允許陰或陽離子通過而限制相反電荷離子通過的特性達到濃縮、脫鹽、 凈化、提純以及電化合成的目的。離子膜電解技術(shù)現(xiàn)已成功用于氯堿生產(chǎn)、海水和苦咸水的 淡化、工業(yè)用水和超純水的制備、電鍍廢液、放射性廢水的處理等方面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種流程短、成本低的離子膜電解法連續(xù)制備 重鉻酸鈉(分子式為Na2Cr2O7 · 2H20)的方法。為解決上述問題，本發(fā)明所述的一種離子膜電解法連續(xù)制備重鉻酸鈉的方法，包 括以下步驟(1)中和除雜在游離堿含量為1 3 %、質(zhì)量濃度為10 40%的工業(yè)堿性鉻酸 鈉溶液中，按照酸堿完全中和用量加入酸化率為80 105%、質(zhì)量濃度為11 55%的重鉻 酸鈉溶液，經(jīng)60 80°C保溫陳化1 5h后，過濾除去沉淀物，收集濾液作為電解工藝的原 料液；(2)電解將所述步驟(1)所得的濾液通入一膜二室離子膜電解裝置中的陽極 室，并在陰極室通入質(zhì)量濃度為1 30%的氫氧化鈉溶液；接直流電源，控制電流密度在 500 3000A/m2，并控制陽極原料液流量，于30 80°C下連續(xù)電解后，陽極室得到重鉻酸鈉
3酸化液和氧氣，陰極室得到氫氧化鈉溶液和氫氣；其中陽極原料液流量按下式計算獲得式中I為電流，單位A ；V為電解槽體積，單位mL ；n為鈉離子的物質(zhì)的量，單位mol ； z為電極反應(yīng)式中的電子計量系數(shù)，無單位；F為法拉第常數(shù)，1F = 26. 8A h/mol。(3)蒸發(fā)結(jié)晶將所述步驟(2)所得的重鉻酸鈉酸化液經(jīng)蒸發(fā)濃縮至重鉻酸鈉的 質(zhì)量濃度為75 77%后，再經(jīng)自然冷卻結(jié)晶，析出二水重鉻酸鈉產(chǎn)品。所述步驟(1)中的工業(yè)堿性鉻酸鈉溶液為焙燒鉻礦的浸取液。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點1、連續(xù)生產(chǎn)。本發(fā)明利用電解完成液中和堿性鉻酸鈉溶液，經(jīng)保溫陳化后，過濾除 去沉淀，再將濾液通入由陽極、陽離子交換膜、陰極構(gòu)成一膜二室電解槽裝置的陽極室，陰 極室內(nèi)通入稀的氫氧化鈉溶液。在電場作用下，陰、陽離子分別向陽極和陰極遷移，在陽極 室則得到重鉻酸鈉溶液，陰極室得到高濃度氫氧化鈉溶液，同時陰、陽電極上分別有氫氣和 氧氣產(chǎn)出。重鉻酸鈉溶液經(jīng)蒸發(fā)、冷卻，析出二水重鉻酸鈉產(chǎn)品，從而實現(xiàn)從工業(yè)堿性鉻酸 鈉連續(xù)生產(chǎn)重鉻酸鈉的目的。電解反應(yīng)方程式為
2Na2Cr04 + 3H20 >Na2Cr201 + 2NaOH+ 2丑2 個 +02 個(式 1)2、安全環(huán)保。本發(fā)明采用離子膜電解法制備二水重鉻酸鈉，所用能源為清潔高效 的電能，生產(chǎn)過程中無含鉻廢棄物的循環(huán)或者排放，安全環(huán)保。3、無其他消耗。本發(fā)明無需加入任何試劑，利用電解完成液中和原料液，即可將工 業(yè)堿性鉻酸鈉溶液中的鋁硅等雜質(zhì)離子以沉淀形式析出，經(jīng)保溫陳化后便可過濾除去，具 有簡便、易控的優(yōu)點。4、副產(chǎn)品經(jīng)濟價值高。本發(fā)明副產(chǎn)高價值的氫氧化鈉、氫氣和氧氣，這些副產(chǎn)品既 可作商品出售，也可在鉻鹽廠內(nèi)應(yīng)用(氫氧化鈉經(jīng)碳化可用于焙燒工序中，氫氣和氧氣可 作回轉(zhuǎn)窯的燃料及氧化劑)。5、產(chǎn)品純度高、收率高。本發(fā)明制備的二水重鉻酸鈉產(chǎn)品，產(chǎn)品結(jié)晶形貌良好，二 水重鉻酸鈉的純度大于99. 0% ；原料利用率接近100%。6、流程短、成本低。電解法工藝流程較硫酸法大大縮短，因而經(jīng)常性支出(水、汽、 人工)較低。對于我國有自備電站或有廉價水電的鉻鹽廠電解法收益將高于硫酸法。
具體實施例方式實施例1 一種離子膜電解法連續(xù)制備重鉻酸鈉的方法，包括以下步驟(1)中和除雜在游離堿含量1%、質(zhì)量濃度為10%的工業(yè)堿性鉻酸鈉溶液中，按 照酸堿完全中和用量加入酸化率為80%、質(zhì)量濃度為11%的重鉻酸鈉溶液，即按照工業(yè)堿 性鉻酸鈉溶液與重鉻酸鈉溶液的體積比為2. 2 1，工業(yè)堿性鉻酸鈉中的鋁、硅等雜質(zhì)元素 以沉淀形式析出，經(jīng)60°C的溫度下保溫陳化lh后，過濾除去沉淀物，得到鉻酸鈉質(zhì)量濃度 為10. 3%的中性濾液，收集濾液作為電解工藝的原料液。
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(2)電解將步驟(1)所得的濾液通入一膜二室離子膜電解裝置中的陽極室，并在 陰極室通入質(zhì)量濃度為的氫氧化鈉溶液；接直流電源，通過穩(wěn)壓直流電源控制電流密 度在500A/m2，并控制陽極原料液流量為2. 6mL/min，于30°C下連續(xù)電解后，陽極室得到質(zhì)量 濃度為11%的重鉻酸鈉酸化液和氧氣，陰極室得到質(zhì)量濃度為3. 3%的氫氧化鈉溶液和氫 氣。陽極室產(chǎn)生的氧氣以及陰極室產(chǎn)生的氫氣分別通過集氣裝置進行回收。陰極室得到的 高濃度氫氧化鈉可經(jīng)過稀釋后用作陰極補充液，也可濃縮制取氫氧化鈉產(chǎn)品。其中陽極原料液流量按下式計算獲得q＝V*I/n* z* F式中I為電流，單位A ；V為電解槽體積，單位mL ；n為鈉離子的物質(zhì)的量，單位mol ； z為電極反應(yīng)式中的電子計量系數(shù)，無單位；F為法拉第常數(shù)，1F = 26. 8A h/mol。(3)蒸發(fā)結(jié)晶將步驟(2)所得的重鉻酸鈉酸化液在90°C蒸發(fā)濃縮至重鉻酸鈉的 質(zhì)量濃度為75 77%后，再經(jīng)自然冷卻后結(jié)晶，析出二水重鉻酸鈉產(chǎn)品。產(chǎn)品結(jié)晶形貌良 好，二水重鉻酸鈉的含量大于99. 0%，二水重鉻酸鈉的一次性收率大于70%。實施例2 —種離子膜電解法連續(xù)制備重鉻酸鈉的方法，包括以下步驟(1)中和除雜在游離堿含量2%、質(zhì)量濃度為25%的工業(yè)堿性鉻酸鈉溶液中，按 照酸堿完全中和用量加入酸化率為95%、質(zhì)量濃度為30%的重鉻酸鈉溶液，即按照工業(yè)堿 性鉻酸鈉溶液與重鉻酸鈉溶液的體積比為3. 7 1，工業(yè)堿性鉻酸鈉中的鋁、硅等雜質(zhì)元素 以沉淀形式析出，經(jīng)70°C的溫度下保溫陳化3h后，過濾除去沉淀物，得到鉻酸鈉質(zhì)量濃度 為26%的中性濾液，收集濾液作為電解工藝的原料液。(2)電解將步驟(1)所得的濾液通入一膜二室離子膜電解裝置中的陽極室，并在 陰極室通入質(zhì)量濃度為15%的氫氧化鈉溶液；接直流電源，通過穩(wěn)壓直流電源控制電流密 度在1500A/m2，并控制陽極原料液流量為2. 3mL/min,于60°C下連續(xù)電解后，陽極室得到質(zhì) 量濃度為30%的重鉻酸鈉酸化液和氧氣，陰極室得到質(zhì)量濃度為19. 4%的氫氧化鈉溶液 和氫氣。陽極室產(chǎn)生的氧氣以及陰極室產(chǎn)生的氫氣分別通過集氣裝置進行回收。陰極室得 到的高濃度氫氧化鈉可經(jīng)過稀釋后用作陰極補充液，也可濃縮制取氫氧化鈉產(chǎn)品。其中陽極原料液流量的計算同實施例1。(3)蒸發(fā)結(jié)晶將步驟(2)所得的重鉻酸鈉酸化液在90°C蒸發(fā)濃縮至重鉻酸鈉的 質(zhì)量濃度為75 77%后，再經(jīng)自然冷卻后結(jié)晶，析出二水重鉻酸鈉產(chǎn)品。產(chǎn)品結(jié)晶形貌良 好，二水重鉻酸鈉的含量大于99. 0%，二水重鉻酸鈉的一次性收率大于70%。實施例3 —種離子膜電解法連續(xù)制備重鉻酸鈉的方法，包括以下步驟(1)中和除雜在游離堿含量3%、質(zhì)量濃度為40%的工業(yè)堿性鉻酸鈉溶液中，按 照酸堿完全中和用量加入酸化率為105%、質(zhì)量濃度為55%的重鉻酸鈉溶液，即按照工業(yè) 堿性鉻酸鈉溶液與重鉻酸鈉溶液的體積比為5. 2 1，工業(yè)堿性鉻酸鈉中的鋁、硅等雜質(zhì)元 素以沉淀形式析出，經(jīng)80°C的溫度下保溫陳化5h后，過濾除去沉淀物，得到鉻酸鈉質(zhì)量濃 度為42%的中性濾液，收集濾液作為電解工藝的原料液。(2)電解將步驟(1)所得的濾液通入一膜二室離子膜電解裝置中的陽極室，并在 陰極室通入質(zhì)量濃度為30%的氫氧化鈉溶液；接直流電源，通過穩(wěn)壓直流電源控制電流密 度在3000A/m2，并控制陽極原料液流量為2. 2mL/min,于80°C下連續(xù)電解后，陽極室得到質(zhì)量濃度為55%的重鉻酸鈉酸化液和氧氣，陰極室得到質(zhì)量濃度為34%的氫氧化鈉溶液和 氫氣。陽極室產(chǎn)生的氧氣以及陰極室產(chǎn)生的氫氣分別通過集氣裝置進行回收。陰極室得到 的高濃度氫氧化鈉可經(jīng)過稀釋后用作陰極補充液，也可濃縮制取氫氧化鈉產(chǎn)品。其中陽極原料液流量的計算同實施例1。(3)蒸發(fā)結(jié)晶將步驟(2)所得的重鉻酸鈉酸化液在90°C蒸發(fā)濃縮至重鉻酸鈉的 質(zhì)量濃度為75 77%后，再經(jīng)自然冷卻后結(jié)晶，析出二水重鉻酸鈉產(chǎn)品。產(chǎn)品結(jié)晶形貌良 好，二水重鉻酸鈉的含量大于99. 0%，二水重鉻酸鈉的一次性收率大于70%。上述實施例1 3中的工業(yè)堿性鉻酸鈉溶液為焙燒鉻礦的浸取液。
權(quán)利要求
一種離子膜電解法連續(xù)制備重鉻酸鈉的方法，包括以下步驟(1)中和除雜在游離堿含量為1～3％、質(zhì)量濃度為10～40％的工業(yè)堿性鉻酸鈉溶液中，按照酸堿完全中和用量加入酸化率為80～105％、質(zhì)量濃度為11～55％的重鉻酸鈉溶液，經(jīng)60～80℃保溫陳化1～5h后，過濾除去沉淀物，收集濾液作為電解工藝的原料液；(2)電解將所述步驟(1)所得的濾液通入一膜二室離子膜電解裝置中的陽極室，并在陰極室通入質(zhì)量濃度為1～30％的氫氧化鈉溶液；接直流電源，控制電流密度在500～3000A/m2，并控制陽極原料液流量，于30～80℃下連續(xù)電解后，陽極室得到重鉻酸鈉酸化液和氧氣，陰極室得到氫氧化鈉溶液和氫氣；其中陽極原料液流量按下式計算獲得 <mrow><mi>q</mi><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mi>V</mi><mo>*</mo><mi>I</mi> </mrow> <mrow><mi>n</mi><mo>*</mo><mi>z</mi><mo>*</mo><mi>F</mi> </mrow></mfrac> </mrow>式中I為電流，單位A；V為電解槽體積，單位mL；n為鈉離子的物質(zhì)的量，單位mol；z為電極反應(yīng)式中的電子計量系數(shù)，無單位；F為法拉第常數(shù)，1F＝26.8A·h/mol。(3)蒸發(fā)結(jié)晶將所述步驟(2)所得的重鉻酸鈉酸化液經(jīng)蒸發(fā)濃縮至重鉻酸鈉的質(zhì)量濃度為75～77％后，再經(jīng)自然冷卻結(jié)晶，析出二水重鉻酸鈉產(chǎn)品。
2.如權(quán)利要求1所述的一種離子膜電解法連續(xù)制備重鉻酸鈉的方法，其特征在于所 述步驟(1)中的工業(yè)堿性鉻酸鈉溶液為焙燒鉻礦的浸取液。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種離子膜電解法連續(xù)制備重鉻酸鈉的方法，該方法首先將工業(yè)堿性鉻酸鈉溶液進行中和除雜，收集濾液作為電解工藝的原料液；然后將濾液通入一膜二室離子膜電解裝置中的陽極室，并在陰極室通入氫氧化鈉溶液，在電場作用下，陰、陽離子分別向陽極和陰極遷移，陽極室得到重鉻酸鈉酸化液，陰極室得到高濃度氫氧化鈉溶液，同時陰、陽電極上分別有氫氣和氧氣產(chǎn)出；最后，將重鉻酸鈉酸化液經(jīng)蒸發(fā)濃縮、自然冷卻結(jié)晶，析出二水重鉻酸鈉產(chǎn)品。本發(fā)明流程短、成本低，所得重鉻酸鈉產(chǎn)品具有純度高，原料利用率近100％，副產(chǎn)品經(jīng)濟價值高。
文檔編號C25B1/16GK101892490SQ20101021052
公開日2010年11月24日 申請日期2010年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月24日
發(fā)明者馮海濤, 史建斌, 孔凡志, 李武, 董亞萍, 鄭竹林, 陳美達 申請人:中國科學院青海鹽湖研究所