一種陽離子膜電解法生產(chǎn)重鉻酸鈉的方法
【專利摘要】一種陽離子膜電解法生產(chǎn)重鉻酸鈉的方法，其包括以下步驟：將濃度為20～40%的工業(yè)鉻酸鈉溶液和濃度為23～50%的重鉻酸鈉溶液進(jìn)行混合制成混合進(jìn)料液，該混合進(jìn)料液中重鉻酸鈉和鉻酸鈉的體積比為1.5∶1～5∶1；向陽極室通入所述混合進(jìn)料液，向陰極室通入質(zhì)量濃度為27-30%的氫氧化鈉溶液；接通直流電，控制電流密度為2～4kA/m2，電解反應(yīng)溫度為70～90℃，陰極室和陽極室的壓差為200～500mmH2O，陽極進(jìn)料溫度為50～85℃，陰極進(jìn)料溫度為55～90℃，電解反應(yīng)后在陽極室得到重鉻酸鈉溶液和氧氣，在陰極室得到氫氧化鈉和氫氣。
【專利說明】ー種陽離子膜電解法生產(chǎn)重鉻酸鈉的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及重鉻酸鈉的生產(chǎn)方法，尤其涉一種連續(xù)式陽離子膜電解法生產(chǎn)重鉻酸鈉的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鉻鹽是無機(jī)鹽主要品種之一，在國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活中用途極廣，其主要用于電鍍、鞣革、印染、醫(yī)藥、顔料、催化劑、氧化劑、火柴及金屬緩蝕等方面。目前國內(nèi)鉻鹽產(chǎn)量逐年遞增，但仍需進(jìn)ロ部分鉻鹽來滿足國內(nèi)市場需求。
[0003]國內(nèi)生產(chǎn)重鉻酸鈉的方法主要為硫酸法，該生產(chǎn)技術(shù)存在諸多不足之處，主要表現(xiàn)為:主金屬鉻的利用率低，僅為75% ;每噸重鉻酸鈉產(chǎn)品需排出有毒鉻渣2.5~3.0噸，含鉻廢水10~20立方米，含鉻芒硝0.7噸，含鉻氫氧化鋁約0.2噸，還有相當(dāng)數(shù)量的鉻蒸汽及粉塵；每噸鉻酸酐產(chǎn)品副產(chǎn)含鉻硫酸氫鈉1.2~1.5噸。積存廢渣嚴(yán)重污染地下水體，并且鉻渣積存量還在以每年約20萬噸的速度遞增，已成為毒性重金屬首要污染源，鉻鹽行業(yè)長期被列為重污染行業(yè)之首。這ー現(xiàn)狀不僅阻礙了鉻鹽企業(yè)自身的發(fā)展，也不利于國民經(jīng)濟(jì)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。
[0004]環(huán)境污染帶來 的影響是目前人類發(fā)展所面臨的重大問題，保護(hù)環(huán)境免受污染已成為我國實(shí)施可持續(xù)發(fā)展必須優(yōu)先考慮的重大課題。鉻鹽產(chǎn)品作為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中不可或缺的重要化工原料，在國際上被列為最具競爭カ的八種資源性產(chǎn)品之一。我國目前的鉻鹽產(chǎn)量已突破300kt/a，成為世界上最大的鉻鹽生產(chǎn)和消費(fèi)國。然而六價(jià)鉻的強(qiáng)氧化性可破壞和腐蝕有機(jī)體，傳統(tǒng)鉻鹽生產(chǎn)過程中含鉻廢渣、含鉻廢液、含鉻廢水排放量大，這些含鉻廢棄物很容易進(jìn)入周圍的土壌、地下水和空氣中，破壞有機(jī)體，帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染。同時(shí)鉻鹽生產(chǎn)車間操作環(huán)境惡劣，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，車間人員長時(shí)間吸入含鉻廢氣或接觸含鉻產(chǎn)品容易引發(fā)嚴(yán)重呼吸道疾病甚至引起癌變。從國家產(chǎn)業(yè)政策以及經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略看，傳統(tǒng)鉻鹽生產(chǎn)エ藝已經(jīng)達(dá)到非改不可的地歩。
[0005]從國內(nèi)外生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展趨勢來看，綠色化學(xué)(Environmentally BenignChemistry)是大勢所趨。其核心內(nèi)涵就是把現(xiàn)有化學(xué)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^上根除汚染”，即從源頭上減少或消除對(duì)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(xué)反應(yīng)具有“原子經(jīng)濟(jì)性”，實(shí)現(xiàn)廢物的“零排放”。
[0006]重鉻酸鈉是鉻鹽的基礎(chǔ)性產(chǎn)品，要實(shí)現(xiàn)鉻鹽行業(yè)清潔化，就必須依靠重鉻酸鈉清潔生產(chǎn)技術(shù)的支撐。離子膜電解法制備重鉻酸鈉(也稱電合成重鉻酸鈉法)正是在綠色化學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展的清潔環(huán)保型的高新技木。
[0007]國內(nèi)外對(duì)于離子膜電解法合成重鉻酸鈉的技術(shù)研究起步較早，但進(jìn)展速度緩慢。20世紀(jì)80年代到90年代出現(xiàn)了研究熱，德國的拜耳公司和美國的鉻化學(xué)品公司等對(duì)此技術(shù)進(jìn)行了較多研究，但對(duì)于エ業(yè)級(jí)、連續(xù)式大量制備重鉻酸鈉的技術(shù)未有報(bào)道。國內(nèi)研究電合成制備重鉻酸鈉起步于20世紀(jì)末，研究的単位較少，且此方面工作基本處于實(shí)驗(yàn)室階段，尚未發(fā)現(xiàn)エ業(yè)級(jí)、連續(xù)式利用離子膜電解法制備重鉻酸鈉的技木。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]有鑒于此，有必要提供一種陽離子膜電解法生產(chǎn)重鉻酸鈉的方法。
[0009]一種陽離子膜電解法生產(chǎn)重鉻酸鈉的方法，其包括以下步驟:
[0010]將濃度為20~40%的エ業(yè)鉻酸鈉溶液和濃度為23~50%的重鉻酸鈉溶液進(jìn)行混合制成陽極混合進(jìn)料液，該陽極混合進(jìn)料液中重鉻酸鈉和鉻酸鈉的體積比為1.5:1~5:1，將該陽極混合進(jìn)料液通入陽極室；
[0011]將30-32%的氫氧化鈉溶液和純水進(jìn)行混合配置陰極混合進(jìn)料液，該陰極混合進(jìn)料液為質(zhì)量濃度27-30%的氫氧化鈉溶液，將該陰極混合進(jìn)料液通入陰極室；
[0012]接通直流電進(jìn)行電解反應(yīng)，當(dāng)電解反應(yīng)啟動(dòng)時(shí)，組成陽極混合進(jìn)料液中的重鉻酸鈉為非該電解過程產(chǎn)生的重鉻酸鈉，組成陰極混合進(jìn)料液中的氫氧化鈉為非該電解過程產(chǎn)生的氫氧化鈉，當(dāng)電解反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行后，組成陽極混合進(jìn)料液中的重鉻酸鈉為該電解過程產(chǎn)生的重鉻酸鈉，組成陰極混合進(jìn)料液中的氫氧化鈉為非該電解過程產(chǎn)生的氫氧化鈉；
[0013]控制電流密度為2~4kA/m2，電解反應(yīng)溫度為70~90°C，陰極室和陽極室的壓差為200~500mmH20，陽極進(jìn)料溫度為50~85°C，陰極進(jìn)料溫度為55~90°C，電解反應(yīng)后在陽極室得到重鉻酸鈉溶液和氧氣，在陰極室得到氫氧化鈉和氫氣。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):首先，本發(fā)明將重鉻酸鈉溶液與エ業(yè)鉻酸鈉溶液按比例進(jìn)行混合，以此混合進(jìn)料液作為陽極進(jìn)料液進(jìn)行電解反應(yīng)，在整個(gè)連續(xù)反應(yīng)過程中，重鉻酸鈉溶液類似催化劑的作用使得進(jìn)入陽極室內(nèi)的原料鉻酸鈉100%轉(zhuǎn)變成重鉻酸鈉，從而使得最終二水重鉻酸鈉晶體的生產(chǎn)的清潔化和高效化，在エ業(yè)級(jí)的大規(guī)模生產(chǎn)中，沒有鉻廢棄物的產(chǎn)生或排放，產(chǎn)品純度高，屬于環(huán)境友好型生產(chǎn)技術(shù)。其次，本發(fā)明副產(chǎn)物氫氧化鈉、氫氣、氧氣可以作為商品出售，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施方案，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施方案僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用干限定本發(fā)明。
[0016]本發(fā)明提供一種陽離子膜電解法生產(chǎn)重鉻酸鈉的方法，其包括以下步驟:
[0017]首先，將濃度為20~40%的エ業(yè)鉻酸鈉溶液和濃度為23~50%的重鉻酸鈉溶液進(jìn)行混合制成陽極混合進(jìn)料液，該陽極混合進(jìn)料液中重鉻酸鈉和鉻酸鈉的體積比為1.5:1~5:1，將該陽極混合進(jìn)料液通入陽極室。
[0018]其次，將30-32%的氫氧化鈉溶液和純水進(jìn)行混合配置陰極混合進(jìn)料液，該陰極混合進(jìn)料液為質(zhì)量濃度27-30%的氫氧化鈉溶液，將該陰極混合進(jìn)料液通入陰極室。
[0019]再次，接通直流電進(jìn)行電解反應(yīng)，當(dāng)電解反應(yīng)啟動(dòng)時(shí)，組成陽極混合進(jìn)料液中的重鉻酸鈉為非該電解過程產(chǎn)生的重鉻酸鈉，組成陰極混合進(jìn)料液中的氫氧化鈉為非該電解過程產(chǎn)生的氫氧化鈉，當(dāng)電解反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行后，組成陽極混合進(jìn)料液中的重鉻酸鈉為該電解過程產(chǎn)生的重鉻酸鈉，組成陰極混合進(jìn)料液中的氫氧化鈉為非該電解過程產(chǎn)生的氫氧化鈉。[0020]最后,控制電解反應(yīng)過程中各參數(shù),例如電流密度為2~4kA/m2,電解反應(yīng)溫度為70~90°C，陰極室和陽極室的壓差為200~500mmH20，陽極進(jìn)料溫度為50~85°C，陰極進(jìn)料溫度為55~90°C，電解反應(yīng)后在陽極室得到重鉻酸鈉溶液和氧氣，在陰極室得到氫氧化鈉和氫氣。
[0021]陽離子膜電解法生產(chǎn)重鉻酸鈉的裝置包括陽極、陽極室、陰極、陰極室、陽離子隔離膜，陽極設(shè)置于陽極室中，陰極設(shè)置于陰極室中，陽離子隔離膜設(shè)置于陽極室和陰極室之間。陽離子膜電解法的原理是利用陽極、陰極、設(shè)置在陽極和陰極之間的陽離子交換膜組成的電解單元，陽極室和陰極室分別通入鉻酸鈉溶液和氫氧化鈉溶液。在通電條件下，鉻酸鈉中的鈉離子通過陽離子交換膜進(jìn)入陰極室，鉻酸根轉(zhuǎn)變?yōu)橹劂t酸根，在陽極室得到重鉻酸鈉溶液和氧氣，陰極室則得到不含六價(jià)Cr的、高濃度氫氧化鈉溶液和氫氣。陽極完成液經(jīng)蒸發(fā)濃縮后可結(jié)晶制得重鉻酸鈉產(chǎn)品。
[0022]反應(yīng)方程式為:
[0023]
【權(quán)利要求】
1.一種陽離子膜電解法生產(chǎn)重鉻酸鈉的方法，其包括以下步驟: 將濃度為20~40%的エ業(yè)鉻酸鈉溶液和濃度為23~50%的重鉻酸鈉溶液進(jìn)行混合制成陽極混合進(jìn)料液，該陽極混合進(jìn)料液中重鉻酸鈉和鉻酸鈉的體積比為1.5:1~5:1，將該陽極混合進(jìn)料液通入陽極室； 將30-32%的氫氧化鈉溶液和純水進(jìn)行混合配置陰極混合進(jìn)料液，該陰極混合進(jìn)料液為質(zhì)量濃度27-30%的氫氧化鈉溶液，將該陰極混合進(jìn)料液通入陰極室； 接通直流電進(jìn)行電解反應(yīng)，當(dāng)電解反應(yīng)啟動(dòng)時(shí)，組成陽極混合進(jìn)料液中的重鉻酸鈉為非該電解過程產(chǎn)生的重鉻酸鈉，組成陰極混合進(jìn)料液中的氫氧化鈉為非該電解過程產(chǎn)生的氫氧化鈉，當(dāng)電解反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行后，組成陽極混合進(jìn)料液中的重鉻酸鈉為該電解過程產(chǎn)生的重鉻酸鈉，組成陰極混合進(jìn)料液中的氫氧化鈉為非該電解過程產(chǎn)生的氫氧化鈉； 控制電流密度為2~4kA/m2，電解反應(yīng)溫度為70~90°C，陰極室和陽極室的壓差為200~500mmH20，陽極進(jìn)料溫度為50~85°C，陰極進(jìn)料溫度為55~90°C，電解反應(yīng)后在陽極室得到重鉻酸鈉溶液和氧氣，在陰極室得到氫氧化鈉和氫氣。
2.如權(quán)利要求1所述的陽離子膜電解法生產(chǎn)重鉻酸鈉的方法，其特征在于:所述電解反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行過程中，組成陽極混合進(jìn)料液中的エ業(yè)鉻酸鈉溶液的流量為80~400L/h，所述電解過程產(chǎn)生的重鉻酸鈉的循環(huán)流量為450~600L/h。
3.如權(quán)利要求2所述的陽離子膜電解法生產(chǎn)重鉻酸鈉的方法，其特征在于:所述電解反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行過程中，組成陰極混合進(jìn)料液的純水流量為10~30L/h，所述電解過程產(chǎn)生的氫氧化鈉溶液的循環(huán)流量為800~1000L/h。
4.如權(quán)利要求1所述的陽離子膜電解法生產(chǎn)重鉻酸鈉的方法，其特征在于:所述陽極混合進(jìn)料液中重鉻酸鈉和鉻酸鈉的體積比為3:1。
5.如權(quán)利要求1所述的陽離子膜電解法生產(chǎn)重鉻酸鈉的方法，其特征在于:控制陰極室和陽極室的壓差為400mmH20。
6.如權(quán)利要求1所述的陽離子膜電解法生產(chǎn)重鉻酸鈉的方法，其特征在于:所述用于制成混合進(jìn)料液的エ業(yè)鉻酸鈉溶液中雜質(zhì)離子的含量小于1.6wt%。
7.如權(quán)利要求1所述的陽離子膜電解法生產(chǎn)重鉻酸鈉的方法，其特征在于:所述電解得到的重鉻酸鈉溶液直接噴霧干燥得到重鉻酸鈉產(chǎn)品；或進(jìn)ー步蒸發(fā)濃縮至質(zhì)量濃度為75~77%，利用冷卻結(jié)晶法制備重鉻酸鈉晶體。
8.如權(quán)利要求1所述的陽離子膜電解法生產(chǎn)重鉻酸鈉的方法，其特征在于:電解反應(yīng)啟動(dòng)時(shí)，組成陽極混合進(jìn)料液中的重鉻酸鈉的制備方法包括步驟: 向陽極室通入PH為7-8的鉻酸鈉溶液； 向陰極室通入質(zhì)量濃度為8~25%的氫氧化鈉溶液； 接通直流電，控制電流密度為1200~3000A/m2，于30~70°C的溫度條件下進(jìn)行電解反應(yīng)，在陽極室得到重鉻酸鈉溶液。
9.如權(quán)利要求1所述的陽離子膜電解法生產(chǎn)重鉻酸鈉的方法，其特征在于:陽極材料為含有金屬Pt，Ir和Ta —種或幾種的析氧電扱，陰極材料為不銹鋼或者鎳，隔膜為ー種全氟磺酸羧酸復(fù)合陽離子交換膜。
【文檔編號(hào)】C25B1/14GK103556171SQ201310525165
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】馮海濤, 董亞萍, 李武, 鄭竹林, 史建斌, 王立平, 王永全, 史海琴, 李波, 彭姣玉, 李海聰, 陳林明, 劉斌彬, 梁建 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院青海鹽湖研究所, 青海省博鴻化工科技股份有限公司