CN101844810B - 一种由铬酸钾生产铬酸钠的方法 - Google Patents
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Abstract
一种由铬酸钾生产铬酸钠的方法，属无机盐生产技术领域。本发明由铬酸钾通过复分解反应与选择性分离生产铬酸钠，铬酸钾与某种钠盐以一定比例溶解混合后，先通过冷却结晶分离出KX，再采用蒸发结晶的方式得到Na2CrO4产品。实现铬酸钾向铬酸钠的高效转化与深度分离。该方法先通过冷却结晶分离出钾离子，再采用蒸发结晶的方式分离出铬酸钠，蒸发结晶母液和低纯度铬酸钠粗晶返回系统循环转化。本发明采用高效清洁节能的结晶工艺实现从铬酸钾产品向铬酸钠产品的转化，转化条件温和，可操作性强，设备要求简单，工程放大容易。
Description
技术领域
本发明属无机盐生产技术领域，特别是涉及一种由铬酸钾生产铬酸钠的方法，特别是涉及由铬酸钾清洁转化生产铬酸钠的方法。
背景技术
铬盐工业为无机化工与冶金材料交叉的重点行业，铬盐系列产品作为化工-轻工-高级合金材料的重要基础原料，是我国重点发展的一类化工原料，广泛应用于高性能合金、电镀、皮革、颜料、印染、陶瓷、防腐、催化、医药等多种部门，涉及国民经济10％的商品品种。铬化工现行生产工艺技术落后，仍沿袭上世纪五十年代的高温有钙焙烧传统工艺，主金属铬转化率仅75％，资源利用率不足20％，处理1吨矿要产生1.6～2.5吨高毒性铬渣，所含致癌性六价铬为国家排放标准的数千倍，严重污染水体、土壤和大气。由于市场驱动，近年我国铬盐老工艺生产能力增长较快，已成为世界铬化工大国，造成铬污染的加剧，成为社会广泛关注的焦点，并已引起国家的高度重视。中国科学院过程工程研究所提出了一种新的清洁生产工艺，以亚熔盐介质液相氧化方式取代传统的大窑焙烧，以二氧化碳取代硫酸酸化，实现了碱金属离子的再生循环，为铬盐清洁生产新工艺全流程实现零排放和资源综合利用奠定了基础，开辟了资源高效-清洁-循环利用的新的生态工业模式。亚熔盐液相氧化法生产铬盐产品的清洁生产新工艺，其核心技术的母产品为铬酸钾(K2CrO4)和重铬酸钾(K2Cr2O7)。但与钾盐相比，钠盐来源广泛，价格低廉，因此重铬酸钠产品为当前铬盐市场的主流产品，亚熔盐清洁工艺从钾盐产品向钠盐产品的转化就成为一个重要的研究课题。
亚熔盐清洁工艺实现铬酸盐从钾盐产品向钠盐产品的转化，有两个主要途径：一是将反应介质由氢氧化钾转变为氢氧化钠；二是将中间产品铬酸钾转化为铬酸钠或重铬酸钠产品。但在第一个途径中，反应介质的改变会引起反应条件、分离工艺路线及工程设备等一系列调整，并且前期研究结果表明，氢氧化钾作为反应介质时反应条件更温和，和氢氧化钠相比优势明显。采用常规化学化工的方法实现铬酸钾中间产品向铬酸钠或重铬酸钠产品的转化，就成为值得深入研究的方向之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种由铬酸钾生产铬酸钠的方法，主要采用液相的复分解反应和选择性分离的方法，实现从铬酸钾产品向铬酸钠产品的转化。在铬酸钾(K2CrO4)和钠盐载体(NaX)的混合水溶液中，存在四种离子：K+、CrO4 2-、Na+和X-，理论上通过液相中的复分解反应，可以得到四种物质：K2CrO4、NaX、Na2CrO4和KX：
(本发明所述的NaX包括NaNO3，Na2SO4，NaCl或它们的混合物，KX包括KNO3，K2SO4，KCl或它们的混合物。)
利用KX在水溶液中的溶解度随温度的变化特性，首先采取冷却结晶的方式析出KX晶体，从而推动平衡向生成Na2CrO4的方向进行。考虑到NaX在水溶液中的溶解度也随温度的降低呈下降趋势，通过调整溶液的配比使KX先达到过饱和状态，加入KX晶种，使得冷却结晶过程析出KX晶体。完成一次冷却结晶后，母液中K+浓度还比较高，因此将母液蒸发浓缩后再进行第二次冷却结晶。
冷却结晶后将富集了Na+与CrO4 2-的母液进行蒸发结晶，从而获得Na2CrO4产品。由于K+、Na+性质极其相似，蒸发结晶初期得到的产品夹带了其它物质，纯度不高。随着蒸发过程的进行，在后期可获得纯度较高的Na2CrO4粗晶，因此本发明采用分步蒸发结晶的方法分段分离Na2CrO4晶体。
本发明由铬酸钾(K2CrO4)通过复分解反应与选择性分离生产铬酸钠(Na2CrO4)，铬酸钾与某种钠盐(NaX)以一定比例溶解混合后，先通过冷却结晶分离出KX，再采用蒸发结晶的方式得到Na2CrO4产品；包括如下步骤：
(1)将K2CrO4晶体和NaX晶体按质量比2∶1～1∶3的比例放入水中，固液比为1∶1.5～2∶1，在60～90℃时搅拌使晶体完全溶解，稳定30～60min后开始降温；温度降至20～50℃时加入相应的KX细晶作为晶种，继续降温至0～20℃后恒温保持30～60min，分离固液两相，得到相应的1号KX粗晶和一次冷却结晶母液。
(2)将步骤(1)所得的一次冷却结晶母液蒸发增浓后重复冷却结晶过程，升温至60～90℃，然后降温至0～20℃后恒温保持30～60min，分离固液两相，得到相应的2号KX粗晶和二次冷却结晶母液。
(3)将步骤(2)所得的二次冷却结晶母液在60～90℃，真空度为-0.09～-0.07MPa时进行多级真空蒸发结晶分离，得到Na2CrO4晶体和蒸发结晶母液。
(4)将蒸发结晶母液和纯度低于50％的Na2CrO4晶体返回步骤(1)参与加热溶解，
进行下一轮循环。
本发明整个过程采用冷却结晶的方式分离钾盐，最终获得铬酸钠产品。蒸发结晶的方式分离铬酸钠，实现了由铬酸钾晶体向铬酸钠晶体的短流程转化。
本发明所述的NaX为NaNO3、Na2SO4、NaCl或它们的混合物。
在步骤(1)中冷却降温至20～50℃时加入KX细晶作为晶种。
本发明与已有技术生产铬酸钠的工艺相比的优点在于：
本发明以K2CrO4产品和廉价的NaX为原料，采用高效清洁节能的结晶工艺，实现了从铬酸钾产品向铬酸钠产品的转化，转化条件温和；并且可操作性强，设备要求简单，工程放大容易。
附图说明
图1是本发明的铬酸钠生产方法的流程示意图。
具体实施方式
实施例1：
将铬酸钾晶体和硝酸钠晶体按质量比2∶1的比例混合制备水溶液，升温至90℃，搅拌速度150min-1，完全溶解稳定30min后开始降温，降至20℃后恒温保持30min，分离液固两相，分离出硝酸钾粗晶。将所得的结晶母液蒸发增浓后重复冷却结晶过程，升温至90℃，搅拌速度150min-1，降至20℃后恒温保持30min，真空抽滤分离固液两相，将所得的结晶母液在90℃进行多步真空蒸发结晶，得到Na2CrO4晶体。
实施例2：
将铬酸钾晶体和硝酸钠晶体按质量比1∶1的比例混合制备水溶液，升温至70℃，搅拌速度150min-1，完全溶解稳定30min后开始降温，降至20℃后恒温保持30min，分离液固两相，分离出硝酸钾粗晶。将所得的结晶母液蒸发增浓后重复冷却结晶过程，升温至70℃，搅拌速度150min-1，降至20℃后恒温保持30min，真空抽滤分离固液两相，将所得的结晶母液在80℃进行多步真空蒸发结晶，得到Na2CrO4晶体。
实施例3：
将铬酸钾晶体和硫酸钠晶体按质量比1∶2的比例混合制备水溶液，升温至60℃，搅拌速度350min-1，完全溶解稳定60min后开始降温，降至0℃后恒温保持60min，分离液固两相，分离出硫酸钾粗晶。将所得的结晶母液蒸发增浓后重复冷却结晶过程，升温至60℃，搅拌速度350min-1，降至0℃后恒温保持60min，真空抽滤分离固液两相，将所得的结晶母液在75℃进行多步真空蒸发结晶，得到Na2CrO4晶体。
实施例4：
将铬酸钾晶体和硫酸钠晶体按质量比1∶1.5的比例混合制备水溶液，升温至70℃，搅拌速度350min-1，完全溶解稳定70min后开始降温，降至10℃后恒温保持60min，分离液固两相，分离出硫酸钾粗晶。将所得的结晶母液蒸发增浓后重复冷却结晶过程，升温至60℃，搅拌速度350min-1，降至10℃后恒温保持60min，真空抽滤分离固液两相，将所得的结晶母液在75℃进行多步真空蒸发结晶，得到Na2CrO4晶体。
实施例5：
将铬酸钾晶体和氯化钠晶体按质量比1∶3的比例混合制备水溶液，升温至65℃，搅拌速度350min-1，完全溶解稳定65min后开始降温，降至0℃后恒温保持40min，分离液固两相，分离出氯化钾粗晶。将所得的结晶母液蒸发增浓后重复冷却结晶过程，升温至65℃，搅拌速度350min-1，降至0℃后恒温保持40min，真空抽滤分离固液两相，将所得的结晶母液在75℃进行多步真空蒸发结晶，得到Na2CrO4晶体。
Claims (2)
1.一种由铬酸钾生产铬酸钠的方法，由铬酸钾通过复分解反应与选择性分离生产铬酸钠，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将K2CrO4晶体和NaX晶体按质量比2∶1～1∶3的比例放入水中，固液比为1∶1.5～2∶1，在60～90℃时搅拌使晶体完全溶解，稳定30～60min后开始降温；温度降至20～50℃时加入相应的KX细晶作为晶种，继续降温至0～20℃后恒温保持30～60min，分离固液两相，得到相应的1号KX粗晶和一次冷却结晶母液；
(2)将步骤(1)所得的一次冷却结晶母液蒸发增浓后重复冷却结晶过程，升温至60～90℃，然后降温至0～20℃后恒温保持30～60min，分离固液两相，得到相应的2号KX粗晶和二次冷却结晶母液；
(3)将步骤(2)所得的二次冷却结晶母液在60～90℃，真空度为-0.09～-0.07MPa时进行多级真空蒸发结晶分离，得到Na2CrO4晶体和蒸发结晶母液；
(4)将蒸发结晶母液和纯度低于50％的Na2CrO4晶体返回步骤(1)参与加热溶解，进行下一轮循环。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的NaX为NaNO3、Na2SO4、NaCl或它们的混合物。
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