专利名称：一种离子膜电解法连续制备重铬酸钠的方法
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 离子膜电解法连续制备重铬酸钠的方法。
背景技术：
我国是铬盐生产和消费大国，国内铬盐产量逐年递增，目前铬盐的年产量已突破 30万吨，占世界铬盐总产量的四分之一多。铬盐生产过程的三废排放物中的六价铬具有强 氧化性，会对有机体造成腐蚀和破坏，使有机体易于中毒。因此铬盐行业长期被列为重污染 行业之首，铬盐生产的环保问题至今仍是世界性的环保难题。传统的铬盐生产方式存在着含铬废渣、废水、废气排放量大，主金属铬转化率低， 设备腐蚀严重等诸多不足。我国和国外多用硫酸酸化法制备重铬酸钠，该技术局限性已经 日渐明显操作环境恶劣、含铬芒硝难于应用、生产效率低等。这一现状不仅阻碍了铬盐行 业的可持续发展，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 Benign Chemistry)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离子通过的特性达到浓缩、脱盐、 净化、提纯以及电化合成的目的。离子膜电解技术现已成功用于氯碱生产、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
本发明所要解决的技术问题是提供一种流程短、成本低的离子膜电解法连续制备 重铬酸钠(分子式为Na2Cr2O7 · 2H20)的方法。为解决上述问题，本发明所述的一种离子膜电解法连续制备重铬酸钠的方法，包 括以下步骤(1)中和除杂在游离碱含量为1 3 %、质量浓度为10 40%的工业碱性铬酸 钠溶液中，按照酸碱完全中和用量加入酸化率为80 105%、质量浓度为11 55%的重铬 酸钠溶液，经60 80°C保温陈化1 5h后，过滤除去沉淀物，收集滤液作为电解工艺的原 料液；(2)电解将所述步骤(1)所得的滤液通入一膜二室离子膜电解装置中的阳极 室，并在阴极室通入质量浓度为1 30%的氢氧化钠溶液；接直流电源，控制电流密度在 500 3000A/m2，并控制阳极原料液流量，于30 80°C下连续电解后，阳极室得到重铬酸钠
3酸化液和氧气，阴极室得到氢氧化钠溶液和氢气；其中阳极原料液流量按下式计算获得式中I为电流，单位A ；V为电解槽体积，单位mL ；n为钠离子的物质的量，单位mol ； z为电极反应式中的电子计量系数，无单位；F为法拉第常数，1F = 26. 8A h/mol。(3)蒸发结晶将所述步骤(2)所得的重铬酸钠酸化液经蒸发浓缩至重铬酸钠的 质量浓度为75 77%后，再经自然冷却结晶，析出二水重铬酸钠产品。所述步骤(1)中的工业碱性铬酸钠溶液为焙烧铬矿的浸取液。本发明与现有技术相比具有以下优点1、连续生产。本发明利用电解完成液中和碱性铬酸钠溶液，经保温陈化后，过滤除 去沉淀，再将滤液通入由阳极、阳离子交换膜、阴极构成一膜二室电解槽装置的阳极室，阴 极室内通入稀的氢氧化钠溶液。在电场作用下，阴、阳离子分别向阳极和阴极迁移，在阳极 室则得到重铬酸钠溶液，阴极室得到高浓度氢氧化钠溶液，同时阴、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，从而实现从工业碱性铬酸 钠连续生产重铬酸钠的目的。电解反应方程式为
2Na2Cr04 + 3H20 >Na2Cr201 + 2NaOH+ 2丑2 个 +02 个(式 1)2、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。3、无其他消耗。本发明无需加入任何试剂，利用电解完成液中和原料液，即可将工 业碱性铬酸钠溶液中的铝硅等杂质离子以沉淀形式析出，经保温陈化后便可过滤除去，具 有简便、易控的优点。4、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)。5、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% ；原料利用率接近100%。6、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。
具体实施例方式实施例1 一种离子膜电解法连续制备重铬酸钠的方法，包括以下步骤(1)中和除杂在游离碱含量1%、质量浓度为10%的工业碱性铬酸钠溶液中，按 照酸碱完全中和用量加入酸化率为80%、质量浓度为11%的重铬酸钠溶液，即按照工业碱 性铬酸钠溶液与重铬酸钠溶液的体积比为2. 2 1，工业碱性铬酸钠中的铝、硅等杂质元素 以沉淀形式析出，经60°C的温度下保温陈化lh后，过滤除去沉淀物，得到铬酸钠质量浓度 为10. 3%的中性滤液，收集滤液作为电解工艺的原料液。
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(2)电解将步骤(1)所得的滤液通入一膜二室离子膜电解装置中的阳极室，并在 阴极室通入质量浓度为的氢氧化钠溶液；接直流电源，通过稳压直流电源控制电流密 度在500A/m2，并控制阳极原料液流量为2. 6mL/min，于30°C下连续电解后，阳极室得到质量 浓度为11%的重铬酸钠酸化液和氧气，阴极室得到质量浓度为3. 3%的氢氧化钠溶液和氢 气。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。其中阳极原料液流量按下式计算获得q＝V*I/n* z* F式中I为电流，单位A ；V为电解槽体积，单位mL ；n为钠离子的物质的量，单位mol ； z为电极反应式中的电子计量系数，无单位；F为法拉第常数，1F = 26. 8A h/mol。(3)蒸发结晶将步骤(2)所得的重铬酸钠酸化液在90°C蒸发浓缩至重铬酸钠的 质量浓度为75 77%后，再经自然冷却后结晶，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 —种离子膜电解法连续制备重铬酸钠的方法，包括以下步骤(1)中和除杂在游离碱含量2%、质量浓度为25%的工业碱性铬酸钠溶液中，按 照酸碱完全中和用量加入酸化率为95%、质量浓度为30%的重铬酸钠溶液，即按照工业碱 性铬酸钠溶液与重铬酸钠溶液的体积比为3. 7 1，工业碱性铬酸钠中的铝、硅等杂质元素 以沉淀形式析出，经70°C的温度下保温陈化3h后，过滤除去沉淀物，得到铬酸钠质量浓度 为26%的中性滤液，收集滤液作为电解工艺的原料液。(2)电解将步骤(1)所得的滤液通入一膜二室离子膜电解装置中的阳极室，并在 阴极室通入质量浓度为15%的氢氧化钠溶液；接直流电源，通过稳压直流电源控制电流密 度在1500A/m2，并控制阳极原料液流量为2. 3mL/min,于60°C下连续电解后，阳极室得到质 量浓度为30%的重铬酸钠酸化液和氧气，阴极室得到质量浓度为19. 4%的氢氧化钠溶液 和氢气。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。其中阳极原料液流量的计算同实施例1。(3)蒸发结晶将步骤(2)所得的重铬酸钠酸化液在90°C蒸发浓缩至重铬酸钠的 质量浓度为75 77%后，再经自然冷却后结晶，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 —种离子膜电解法连续制备重铬酸钠的方法，包括以下步骤(1)中和除杂在游离碱含量3%、质量浓度为40%的工业碱性铬酸钠溶液中，按 照酸碱完全中和用量加入酸化率为105%、质量浓度为55%的重铬酸钠溶液，即按照工业 碱性铬酸钠溶液与重铬酸钠溶液的体积比为5. 2 1，工业碱性铬酸钠中的铝、硅等杂质元 素以沉淀形式析出，经80°C的温度下保温陈化5h后，过滤除去沉淀物，得到铬酸钠质量浓 度为42%的中性滤液，收集滤液作为电解工艺的原料液。(2)电解将步骤(1)所得的滤液通入一膜二室离子膜电解装置中的阳极室，并在 阴极室通入质量浓度为30%的氢氧化钠溶液；接直流电源，通过稳压直流电源控制电流密 度在3000A/m2，并控制阳极原料液流量为2. 2mL/min,于80°C下连续电解后，阳极室得到质量浓度为55%的重铬酸钠酸化液和氧气，阴极室得到质量浓度为34%的氢氧化钠溶液和 氢气。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。其中阳极原料液流量的计算同实施例1。(3)蒸发结晶将步骤(2)所得的重铬酸钠酸化液在90°C蒸发浓缩至重铬酸钠的 质量浓度为75 77%后，再经自然冷却后结晶，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%。上述实施例1 3中的工业碱性铬酸钠溶液为焙烧铬矿的浸取液。
权利要求
一种离子膜电解法连续制备重铬酸钠的方法，包括以下步骤(1)中和除杂在游离碱含量为1～3％、质量浓度为10～40％的工业碱性铬酸钠溶液中，按照酸碱完全中和用量加入酸化率为80～105％、质量浓度为11～55％的重铬酸钠溶液，经60～80℃保温陈化1～5h后，过滤除去沉淀物，收集滤液作为电解工艺的原料液；(2)电解将所述步骤(1)所得的滤液通入一膜二室离子膜电解装置中的阳极室，并在阴极室通入质量浓度为1～30％的氢氧化钠溶液；接直流电源，控制电流密度在500～3000A/m2，并控制阳极原料液流量，于30～80℃下连续电解后，阳极室得到重铬酸钠酸化液和氧气，阴极室得到氢氧化钠溶液和氢气；其中阳极原料液流量按下式计算获得 <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为电流，单位A；V为电解槽体积，单位mL；n为钠离子的物质的量，单位mol；z为电极反应式中的电子计量系数，无单位；F为法拉第常数，1F＝26.8A·h/mol。(3)蒸发结晶将所述步骤(2)所得的重铬酸钠酸化液经蒸发浓缩至重铬酸钠的质量浓度为75～77％后，再经自然冷却结晶，析出二水重铬酸钠产品。
2.如权利要求1所述的一种离子膜电解法连续制备重铬酸钠的方法，其特征在于所 述步骤(1)中的工业碱性铬酸钠溶液为焙烧铬矿的浸取液。
全文摘要
本发明涉及一种离子膜电解法连续制备重铬酸钠的方法，该方法首先将工业碱性铬酸钠溶液进行中和除杂，收集滤液作为电解工艺的原料液；然后将滤液通入一膜二室离子膜电解装置中的阳极室，并在阴极室通入氢氧化钠溶液，在电场作用下，阴、阳离子分别向阳极和阴极迁移，阳极室得到重铬酸钠酸化液，阴极室得到高浓度氢氧化钠溶液，同时阴、阳电极上分别有氢气和氧气产出；最后，将重铬酸钠酸化液经蒸发浓缩、自然冷却结晶，析出二水重铬酸钠产品。本发明流程短、成本低，所得重铬酸钠产品具有纯度高，原料利用率近100％，副产品经济价值高。
文档编号C25B1/16GK101892490SQ20101021052
公开日2010年11月24日 申请日期2010年6月24日 优先权日2010年6月24日
发明者冯海涛, 史建斌, 孔凡志, 李武, 董亚萍, 郑竹林, 陈美达 申请人:中国科学院青海盐湖研究所