CN101481802B

CN101481802B - 离子膜电解法制备二水重铬酸钠的方法

Info

Publication number: CN101481802B
Application number: CN2009100016742A
Authority: CN
Inventors: 冯海涛; 董亚萍; 陈美达; 郑竹林; 王小欢; 孟庆芬
Original assignee: Qinghai Institute of Salt Lakes Research of CAS
Current assignee: Qinghai Institute of Salt Lakes Research of CAS
Priority date: 2009-01-09
Filing date: 2009-01-09
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2029-01-09
Also published as: CN101481802A

Abstract

本发明提供了一种离子膜电解法制备二水重铬酸钠(Na₂Cr₂O₇·2H₂O)的方法，是利用由阳离子交换膜、阴、阳电极构成一膜二室电解槽装置，阳极室内通入铬酸钠碱性液，阴极室内通入稀的氢氧化钠溶液，接直流电后，阴、阳离子在电场作用下分别向阳极室和阴极室迁移；阳离子通过阳离子膜进入阴极室，在阴极室得到碱液；阳极室得到重铬酸钠溶液；同时在阴、阳电极上分别有氢气和氧气产出。重铬酸钠溶液经蒸发、冷却，析出二水重铬酸钠产品。本发明制备的二水重铬酸钠产品纯度高，原料利用率近100％；副产品氢氧化钠经济价值高，生产过程中无含铬废弃物的循环或者排放，安全环保。

Description

离子膜电解法制备二水重铬酸钠的方法

技术领域

本发明属于无机盐材料技术领域，涉及一种重铬酸钠的制备方法，尤其涉及一种离子膜电解法制备二水重铬酸钠的方法。

背景技术

铬盐是无机盐主要品种之一，在国民经济和社会生活中用途极广，其主要用于电镀、鞣革、印染、医药、颜料、催化剂、氧化剂、火柴及金属缓蚀等方面。目前国内铬盐产量逐年递增，但仍需进口部分铬盐来满足国内市场需求。

然而国内生产重铬酸钠的方法主要为硫酸法，该生产技术存在诸多不足之处，主要表现为：主金属铬的利用率低，仅为75％；每吨重铬酸钠产品需排出有毒铬渣2.5～3.0吨，含铬废水10～20立方米，含铬芒硝0.7吨，含铬氢氧化铝约0.2吨，还有相当数量的铬蒸汽及粉尘；每吨铬酸酐产品副产含铬硫酸氢钠1.2～1.5吨。积存废渣严重污染地下水体，并且铬渣积存量还在以每年约20万吨的速度递增，已成为毒性重金属首要污染源，铬盐行业长期被列为重污染行业之首。这一现状不仅阻碍了铬盐企业自身的发展，也不利于国民经济整体发展，迫切需要开发新的生产技术，制得优质的铬盐产品，满足市场需求。

从国内外生产技术发展趋势来看，绿色化学(Environmentally BenignChemistry)是大势所趋。其核心内涵就是把现有化学和化工生产的技术路线从“先污染、后治理”改变为“从源头上根除污染”，即从源头上减少或消除对生态环境有毒有害的原料、催化剂、溶剂和试剂的使用及产物、副产物的产生，力求使化学反应具有“原子经济性”，实现废物的“零排放”。

离子膜电解法又称膜电槽电解法，是在离子交换树脂的基础上发展起来的新技术。利用离子交换膜允许阴或阳离子通过而限制相反电荷的离子通过来达到浓缩、脱盐、净化、提纯以及电化合成的目的，已用于氯碱生产、海水和苦咸水的淡化、工业用水和超纯水的制备、电镀废液、放射性废水的处理等方面。

发明内容

本发明的目的是提供一种离子膜电解法制备二水重铬酸钠(分子式为Na₂Cr₂O₇·2H₂O)的方法。

本发明离子膜电解法制备二水重铬酸钠的方法，是利用由阳离子交换膜、阴、阳电极构成一膜二室电解槽装置，阳极室内通入铬酸钠碱性液，阴极室内通入稀的氢氧化钠溶液，接直流电后，阴、阳离子在电场作用下分别向阳极室和阴极室迁移；阳离子通过阳离子膜进入阴极室，在阴极室得到碱液；阳极室得到重铬酸钠溶液；同时在阴、阳电极上分别有氢气和氧气产出。重铬酸钠溶液经蒸发、冷却，析出二水重铬酸钠产品。其反应方程式为：

其具体制备方法包括以下工艺步骤：

①第一段电解：在一膜二室离子膜电解装置中，在阳极室通入质量浓度20～40％的碱性铬酸钠溶液，在阴极室通入质量浓度8～25％的氢氧化钠溶液，接直流电，控制电流密度在1200～3000A/m²，于30～70℃下进行电解。电解计量时间根据下式计算而得。

I·t＝n·z·F

其中，I——电流，单位A；

t——电解时间，单位S；

n——钠离子的物质的量，单位mol；

z——电极反应式中的电子计量系数，无单位；

F——法拉第常数，约为96500C/mol。

第一段电解的电解时间以脱除铬酸钠碱性液中游离碱为准。第一段电解时间控制在185～38min。

本发明采用的碱性铬酸钠溶液为焙烧铬矿的浸取液。通入阳极室的铬酸钠溶液的浓度以在不影响正常运行的前提下，尽可能提高铬酸钠碱液浓度，以降低蒸发工序中的蒸水量，从而达到降低能耗，节约用水的目的。阳极室产生的氧气以及阴极室产生的氢气分别通过集气装置进行回收；阴极室得到的高浓度氢氧化钠可回收利用，也可经过适当稀释用作下一步电解的阴极液使用；阳极室得到中性铬酸钠溶液作为下一步电解的原料液，阳极液中的铝酸钠、硅酸钠等杂质以沉淀形式自铬酸钠溶液中析出。

②第二段电解：将第一段电解所得阳极液过滤除去铝、硅等杂质后通入阳极室，并在阴极室通入质量浓度8～25％的氢氧化钠溶液或将第一段电解所得阴极液稀释至质量浓度为8～25％的氢氧化钠溶液；接直流电，控制电流密度在1200～3000A/m²，于30～70℃下电解，电解计量时间依据上式计算。

第二段电解的电解时间以原料液中铬酸钠全部转为重铬酸钠的理论用电量为依据，第二段电解时间在560～115min。

电解反应结束后，阳极室获得重铬酸钠酸化液，作为制备重铬酸钠产品的结晶液；由于阳极液组成几乎全是重铬酸钠，硫酸根、氯根及多价阳离子极少，可直接蒸发结晶或喷雾干燥制得高质量的无水重铬酸钠。阳极室产生的氧气以及阴极室产生的氢气分别通过集气装置进行回收。阴极室得到的高浓度氢氧化钠可经过稀释后用作阴极补充液，也可浓缩制取氢氧化钠产品。

③蒸发结晶：将第二段电解得到的阳极液即重铬酸钠酸化液蒸发浓缩至二水重铬酸钠的质量浓度为75～77％，再经冷却结晶析出二水重铬酸钠产品。

本发明相比现有技术具有如下优点：

1、安全环保。本发明采用离子膜电解法制备二水重铬酸钠，所用能源为清洁高效的电能，生产过程中无含铬废弃物的循环或者排放，安全环保。

2、副产品经济价值高。本发明副产高价值的氢氧化钠、氢气和氧气，这些副产品既可作商品出售，也可在铬盐厂内应用(氢氧化钠经碳化可用于焙烧工序中，氢气和氧气可作回转窑的燃料及氧化剂)；铬酸钠中性液中的铝、硅等杂质经离子沉淀后可用现行铝泥回收法处理。

3、离子膜电解法对电解原料铬酸钠含量无特殊要求。在不影响正常运行的前提下，溶解工序可考虑尽量少加水，以提高铬酸钠碱液浓度，降低蒸发工序中蒸水量，降低能耗，节约用水。离子膜电解工艺产生的铝、硅等杂质沉淀外观呈细小颗粒状，易过滤、洗涤，过滤性不受料液浓度的影响。

4、产品纯度高、收率高。本发明制备的二水重铬酸钠产品，产品结晶形貌良好，二水重铬酸钠的纯度大于99.0％；原料利用率近100％。

5、流程短、成本低。电解法工艺流程较硫酸法大大缩短，因而经常性支出(水、汽、人工)较低。对于我国有自备电站或有廉价水电的铬盐厂电解法收益将高于硫酸法。

附图说明

图1为本发明制备二水重铬酸钠产品的工艺流程图

具体实施方式

实施例1、

①第一段电解：在一膜二室电解槽装置中，将质量浓度20.40％的铬酸钠碱性液通入阳极室，将质量浓度18.40％的氢氧化钠溶液通入阴极室，通过稳压直流电源控制电流12.00±0.01A(电流密度2400A/m²)，在反应温度45.0℃条件下电解50min。阳极室得到21.70％(以二水重铬酸钠质量含量计)的铬酸钠中性液，阴极室得到19.86％(以氢氧化钠质量含量计)的氢氧化钠溶液。阳极室产生的氧气以及阴极室产生的氢气分别通过集气装置进行回收。

②第二段电解：将第一段电解得到的阳极液过滤除去铝、硅等杂质后通入阳极室，将18.40％(以氢氧化钠质量含量计)的氢氧化钠溶液通入阴极室，通过稳压直流电源控制电流12.00±0.01A(电流密度2400A/m²)，反应温度45.0℃条件下电解153min。阳极室得到质量浓度25.24％(以二水重铬酸钠质量含量计)的重铬酸钠酸化液，在阴极室得到质量浓度22.38％(以氢氧化钠质量含量计)的氢氧化钠溶液；阳极室产生的氧气以及阴极室产生的氢气分别通过集气装置进行回收。

③蒸发结晶：将二段电解获得的重铬酸钠酸化液经过加热蒸发得到质量浓度为77％的二水重铬酸钠结晶液，冷却后析出二水重铬酸钠产品，产品结晶形貌良好，二水重铬酸钠的含量大于99.0％，二水重铬酸钠的一次性收率大于70％。

实施例2

①第一段电解：将质量浓度28.41％(以二水重铬酸钠质量含量计)的铬酸钠碱性液通入阳极室，将质量浓度16.20％(以氢氧化钠质量含量计)的氢氧化钠溶液通入阴极室，通过稳压直流电源控制电流6.00±0.01A(电流密度1200A/m²)，反应温度60℃条件下电解139min。阳极室得到30.28％(以二水重铬酸钠质量含量计)的铬酸钠中性液，阴极室得到质量浓度18.46％(以氢氧化钠质量含量计)的氢氧化钠溶液。阳极室产生的氧气以及阴极室产生的氢气分别通过集气装置进行回收。

②第二段电解：将第一段电解得到的铬酸钠中性液过滤除去铝、硅等杂质后通入阳极室，将质量浓度为16.20％(以氢氧化钠质量含量计)的氢氧化钠溶液通入阴极室，通过稳压直流电源控制电流6.00±0.01A(电流密度1200A/m²)，反应温度60℃条件下电解424min。阳极室得到质量浓度为38.88％(以二水重铬酸钠质量含量计)的重铬酸钠酸化液，阴极室得到质量浓度为21.85％(以氢氧化钠质量含量计)的氢氧化钠溶液。阳极室产生的氧气以及阴极室产生的氢气分别通过集气装置进行回收。

③蒸发结晶：将第二段电解得到的重铬酸钠酸化液(二水重铬酸钠质量含量38.88％)经过加热蒸发得到质量浓度为77％的二水重铬酸钠结晶液，冷却析出二水重铬酸钠产品，产品结晶形貌良好，二水重铬酸钠的含量大于99.0％；二水重铬酸钠的一次性收率大于70％。

实施例3、

①第一段电解：将质量浓度为35.75％(以二水重铬酸钠质量含量计)的铬酸钠碱性液通入阳极室，将质量浓度9.04％(以氢氧化钠质量含量计)的氢氧化钠溶液通入阴极室，通过稳压直流电源控制电流15.00±0.01A(电流密度3000A/m²)，反应温度75℃条件下电解70min。在阳极室得到浓度37.87％(以二水重铬酸钠质量含量计)的铬酸钠中性液，阴极室得到质量浓度12.82％(以氢氧化钠质量含量计)的氢氧化钠溶液。阳极室产生的氧气以及阴极室产生的氢气分别通过集气装置进行回收。

②第二段电解：将第一段电解得到的铬酸钠中性液通入阳极室，将质量浓度9.04％(以氢氧化钠质量含量计)的氢氧化钠溶液通入阴极室，通过稳压直流电源控制电流15.00±0.01(电流密度3000A/m²)A，反应温度75℃条件下电解204min。阳极室得到质量浓度49.97％(以二水重铬酸钠质量含量计)的重铬酸钠酸化液，阴极室得到质量浓度17.62％(以氢氧化钠质量含量计)的氢氧化钠溶液；阳极室产生的氧气以及阴极室产生的氢气分别通过集气装置进行回收。

③蒸发结晶：将第二段电解获得的重铬酸钠酸化液(二水重铬酸钠质量含量49.97％)经过加热蒸发得到质量浓度77％的二水重铬酸钠结晶液，冷却，析出二水重铬酸钠产品，产品结晶形貌良好，二水重铬酸钠的含量大于99.0％，二水重铬酸钠的一次性收率大于70％。

Claims

1.一种离子膜电解法制备二水重铬酸钠的方法，包括以下工艺步骤：

①第一段电解：在一膜二室离子膜电解装置中，在阳极室通入质量浓度20～40％的碱性铬酸钠溶液，在阴极室通入质量浓度8～25％的氢氧化钠溶液，接直流电，控制电流密度在1200～3000A/m²，于30～70℃下电解185～38min，阳极得到铬酸钠中性液及氧气、铝硅杂质元素以沉淀形式析出，阴极得到浓的氢氧化钠和氢气；

②第二段电解：将第一段电解所得阳极液过滤除去杂质后通入阳极室，并在阴极室通入质量浓度8～25％的氢氧化钠溶液或将第一段电解所得阴极液稀释至质量浓度为8～25％的氢氧化钠溶液；接直流电，控制电流密度在1200～3000A/m²，于30～70℃下电解560～115min，阳极得到重铬酸钠溶液和氧气，阴极得到浓的氢氧化钠溶液和氢气；

③蒸发结晶：将第二段电解得到的阳极液蒸发浓缩至二水重铬酸钠的质量浓度为75～77％，再经冷却结晶析出二水重铬酸钠产品。

2.如权利要求1所述离子膜电解法制备二水重铬酸钠的方法，其特征在于：所述碱性铬酸钠溶液为焙烧铬矿的浸取液。