專利名稱：一種離子膜電解法連續制備重鉻酸鈉的方法
技術領域：
本發明屬于無機鹽材料技術領域，涉及一種重鉻酸鈉的制備方法，尤其涉及一種 離子膜電解法連續制備重鉻酸鈉的方法。
背景技術：
我國是鉻鹽生產和消費大國，國內鉻鹽產量逐年遞增，目前鉻鹽的年產量已突破 30萬噸，占世界鉻鹽總產量的四分之一多。鉻鹽生產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。因此鉻鹽行業長期被列為重污染 行業之首，鉻鹽生產的環保問題至今仍是世界性的環保難題。傳統的鉻鹽生產方式存在著含鉻廢渣、廢水、廢氣排放量大，主金屬鉻轉化率低， 設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，該技術局限性已經 日漸明顯操作環境惡劣、含鉻芒硝難于應用、生產效率低等。這一現狀不僅阻礙了鉻鹽行 業的可持續發展，也不利于國民經濟整體發展，迫切需要開發新的生產技術，制得優質的鉻 鹽產品，滿足市場需求。從國內外生產技術發展趨勢來看，綠色化學(Environmentally Benign Chemistry)是大勢所趨。其核心內涵就是把現有化學和化工生產的技術路線從“先污染、 后治理”改變為“從源頭上根除污染”，即從源頭上減少或消除對生態環境有毒有害的原料、 催化劑、溶劑和試劑的使用及產物、副產物的產生，力求使化學反應具有“原子經濟性”，實 現廢物的“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上發展起來的新技 術。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。離子膜電解技術現已成功用于氯堿生產、海水和苦咸水的 淡化、工業用水和超純水的制備、電鍍廢液、放射性廢水的處理等方面。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種流程短、成本低的離子膜電解法連續制備 重鉻酸鈉(分子式為Na2Cr2O7 · 2H20)的方法。為解決上述問題，本發明所述的一種離子膜電解法連續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 %、質量濃度為10 40%的工業堿性鉻酸 鈉溶液中，按照酸堿完全中和用量加入酸化率為80 105%、質量濃度為11 55%的重鉻 酸鈉溶液，經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為鈉離子的物質的量，單位mol ； z為電極反應式中的電子計量系數，無單位；F為法拉第常數，1F = 26. 8A h/mol。(3)蒸發結晶將所述步驟(2)所得的重鉻酸鈉酸化液經蒸發濃縮至重鉻酸鈉的 質量濃度為75 77%后，再經自然冷卻結晶，析出二水重鉻酸鈉產品。所述步驟(1)中的工業堿性鉻酸鈉溶液為焙燒鉻礦的浸取液。本發明與現有技術相比具有以下優點1、連續生產。本發明利用電解完成液中和堿性鉻酸鈉溶液，經保溫陳化后，過濾除 去沉淀，再將濾液通入由陽極、陽離子交換膜、陰極構成一膜二室電解槽裝置的陽極室，陰 極室內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 氧氣產出。重鉻酸鈉溶液經蒸發、冷卻，析出二水重鉻酸鈉產品，從而實現從工業堿性鉻酸 鈉連續生產重鉻酸鈉的目的。電解反應方程式為
2Na2Cr04 + 3H20 >Na2Cr201 + 2NaOH+ 2丑2 個 +02 個(式 1)2、安全環保。本發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，生產過程中無含鉻廢棄物的循環或者排放，安全環保。3、無其他消耗。本發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 業堿性鉻酸鈉溶液中的鋁硅等雜質離子以沉淀形式析出，經保溫陳化后便可過濾除去，具 有簡便、易控的優點。4、副產品經濟價值高。本發明副產高價值的氫氧化鈉、氫氣和氧氣，這些副產品既 可作商品出售，也可在鉻鹽廠內應用(氫氧化鈉經碳化可用于焙燒工序中，氫氣和氧氣可 作回轉窯的燃料及氧化劑)。5、產品純度高、收率高。本發明制備的二水重鉻酸鈉產品，產品結晶形貌良好，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%、質量濃度為10%的工業堿性鉻酸鈉溶液中，按 照酸堿完全中和用量加入酸化率為80%、質量濃度為11%的重鉻酸鈉溶液，即按照工業堿 性鉻酸鈉溶液與重鉻酸鈉溶液的體積比為2. 2 1，工業堿性鉻酸鈉中的鋁、硅等雜質元素 以沉淀形式析出，經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 陰極室通入質量濃度為的氫氧化鈉溶液；接直流電源，通過穩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下連續電解后，陽極室得到質量 濃度為11%的重鉻酸鈉酸化液和氧氣，陰極室得到質量濃度為3. 3%的氫氧化鈉溶液和氫 氣。陽極室產生的氧氣以及陰極室產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過稀釋后用作陰極補充液，也可濃縮制取氫氧化鈉產品。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為鈉離子的物質的量，單位mol ； z為電極反應式中的電子計量系數，無單位；F為法拉第常數，1F = 26. 8A h/mol。(3)蒸發結晶將步驟(2)所得的重鉻酸鈉酸化液在90°C蒸發濃縮至重鉻酸鈉的 質量濃度為75 77%后，再經自然冷卻后結晶，析出二水重鉻酸鈉產品。產品結晶形貌良 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%、質量濃度為25%的工業堿性鉻酸鈉溶液中，按 照酸堿完全中和用量加入酸化率為95%、質量濃度為30%的重鉻酸鈉溶液，即按照工業堿 性鉻酸鈉溶液與重鉻酸鈉溶液的體積比為3. 7 1，工業堿性鉻酸鈉中的鋁、硅等雜質元素 以沉淀形式析出，經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 陰極室通入質量濃度為15%的氫氧化鈉溶液；接直流電源，通過穩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下連續電解后，陽極室得到質 量濃度為30%的重鉻酸鈉酸化液和氧氣，陰極室得到質量濃度為19. 4%的氫氧化鈉溶液 和氫氣。陽極室產生的氧氣以及陰極室產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過稀釋后用作陰極補充液，也可濃縮制取氫氧化鈉產品。其中陽極原料液流量的計算同實施例1。(3)蒸發結晶將步驟(2)所得的重鉻酸鈉酸化液在90°C蒸發濃縮至重鉻酸鈉的 質量濃度為75 77%后，再經自然冷卻后結晶，析出二水重鉻酸鈉產品。產品結晶形貌良 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%、質量濃度為40%的工業堿性鉻酸鈉溶液中，按 照酸堿完全中和用量加入酸化率為105%、質量濃度為55%的重鉻酸鈉溶液，即按照工業 堿性鉻酸鈉溶液與重鉻酸鈉溶液的體積比為5. 2 1，工業堿性鉻酸鈉中的鋁、硅等雜質元 素以沉淀形式析出，經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 陰極室通入質量濃度為30%的氫氧化鈉溶液；接直流電源，通過穩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下連續電解后，陽極室得到質量濃度為55%的重鉻酸鈉酸化液和氧氣，陰極室得到質量濃度為34%的氫氧化鈉溶液和 氫氣。陽極室產生的氧氣以及陰極室產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過稀釋后用作陰極補充液，也可濃縮制取氫氧化鈉產品。其中陽極原料液流量的計算同實施例1。(3)蒸發結晶將步驟(2)所得的重鉻酸鈉酸化液在90°C蒸發濃縮至重鉻酸鈉的 質量濃度為75 77%后，再經自然冷卻后結晶，析出二水重鉻酸鈉產品。產品結晶形貌良 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中的工業堿性鉻酸鈉溶液為焙燒鉻礦的浸取液。
權利要求
一種離子膜電解法連續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％、質量濃度為10～40％的工業堿性鉻酸鈉溶液中，按照酸堿完全中和用量加入酸化率為80～105％、質量濃度為11～55％的重鉻酸鈉溶液，經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為鈉離子的物質的量，單位mol；z為電極反應式中的電子計量系數，無單位；F為法拉第常數，1F＝26.8A·h/mol。(3)蒸發結晶將所述步驟(2)所得的重鉻酸鈉酸化液經蒸發濃縮至重鉻酸鈉的質量濃度為75～77％后，再經自然冷卻結晶，析出二水重鉻酸鈉產品。
2.如權利要求1所述的一種離子膜電解法連續制備重鉻酸鈉的方法，其特征在于所 述步驟(1)中的工業堿性鉻酸鈉溶液為焙燒鉻礦的浸取液。
全文摘要
本發明涉及一種離子膜電解法連續制備重鉻酸鈉的方法，該方法首先將工業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出；最后，將重鉻酸鈉酸化液經蒸發濃縮、自然冷卻結晶，析出二水重鉻酸鈉產品。本發明流程短、成本低，所得重鉻酸鈉產品具有純度高，原料利用率近100％，副產品經濟價值高。
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 優先權日2010年6月24日
發明者馮海濤, 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