一种阳离子膜电解法生产重铬酸钠的方法
【专利摘要】一种阳离子膜电解法生产重铬酸钠的方法，其包括以下步骤：将浓度为20～40%的工业铬酸钠溶液和浓度为23～50%的重铬酸钠溶液进行混合制成混合进料液，该混合进料液中重铬酸钠和铬酸钠的体积比为1.5∶1～5∶1；向阳极室通入所述混合进料液，向阴极室通入质量浓度为27-30%的氢氧化钠溶液；接通直流电，控制电流密度为2～4kA/m2，电解反应温度为70～90℃，阴极室和阳极室的压差为200～500mmH2O，阳极进料温度为50～85℃，阴极进料温度为55～90℃，电解反应后在阳极室得到重铬酸钠溶液和氧气，在阴极室得到氢氧化钠和氢气。
【专利说明】ー种阳离子膜电解法生产重铬酸钠的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及重铬酸钠的生产方法，尤其涉一种连续式阳离子膜电解法生产重铬酸钠的方法。
【背景技术】
[0002]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、顔料、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，但仍需进ロ部分铬盐来满足国内市场需求。
[0003]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。这ー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。
[0004]环境污染带来 的影响是目前人类发展所面临的重大问题，保护环境免受污染已成为我国实施可持续发展必须优先考虑的重大课题。铬盐产品作为国民经济发展中不可或缺的重要化工原料，在国际上被列为最具竞争カ的八种资源性产品之一。我国目前的铬盐产量已突破300kt/a，成为世界上最大的铬盐生产和消费国。然而六价铬的强氧化性可破坏和腐蚀有机体，传统铬盐生产过程中含铬废渣、含铬废液、含铬废水排放量大，这些含铬废弃物很容易进入周围的土壌、地下水和空气中，破坏有机体，带来严重的环境污染。同时铬盐生产车间操作环境恶劣，设备腐蚀严重，车间人员长时间吸入含铬废气或接触含铬产品容易引发严重呼吸道疾病甚至引起癌变。从国家产业政策以及经济可持续发展战略看，传统铬盐生产エ艺已经达到非改不可的地歩。
[0005]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“从源头上根除汚染”，即从源头上減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”。
[0006]重铬酸钠是铬盐的基础性产品，要实现铬盐行业清洁化，就必须依靠重铬酸钠清洁生产技术的支撑。离子膜电解法制备重铬酸钠(也称电合成重铬酸钠法)正是在绿色化学的基础上发展的清洁环保型的高新技木。
[0007]国内外对于离子膜电解法合成重铬酸钠的技术研究起步较早，但进展速度缓慢。20世纪80年代到90年代出现了研究热，德国的拜耳公司和美国的铬化学品公司等对此技术进行了较多研究，但对于エ业级、连续式大量制备重铬酸钠的技术未有报道。国内研究电合成制备重铬酸钠起步于20世纪末，研究的単位较少，且此方面工作基本处于实验室阶段，尚未发现エ业级、连续式利用离子膜电解法制备重铬酸钠的技木。
【发明内容】
[0008]有鉴于此，有必要提供一种阳离子膜电解法生产重铬酸钠的方法。
[0009]一种阳离子膜电解法生产重铬酸钠的方法，其包括以下步骤:
[0010]将浓度为20~40%的エ业铬酸钠溶液和浓度为23~50%的重铬酸钠溶液进行混合制成阳极混合进料液，该阳极混合进料液中重铬酸钠和铬酸钠的体积比为1.5:1~5:1，将该阳极混合进料液通入阳极室；
[0011]将30-32%的氢氧化钠溶液和纯水进行混合配置阴极混合进料液，该阴极混合进料液为质量浓度27-30%的氢氧化钠溶液，将该阴极混合进料液通入阴极室；
[0012]接通直流电进行电解反应，当电解反应启动时，组成阳极混合进料液中的重铬酸钠为非该电解过程产生的重铬酸钠，组成阴极混合进料液中的氢氧化钠为非该电解过程产生的氢氧化钠，当电解反应连续进行后，组成阳极混合进料液中的重铬酸钠为该电解过程产生的重铬酸钠，组成阴极混合进料液中的氢氧化钠为非该电解过程产生的氢氧化钠；
[0013]控制电流密度为2~4kA/m2，电解反应温度为70~90°C，阴极室和阳极室的压差为200~500mmH20，阳极进料温度为50~85°C，阴极进料温度为55~90°C，电解反应后在阳极室得到重铬酸钠溶液和氧气，在阴极室得到氢氧化钠和氢气。
[0014]与现有技术相比，本发明具有以下优点:首先，本发明将重铬酸钠溶液与エ业铬酸钠溶液按比例进行混合，以此混合进料液作为阳极进料液进行电解反应，在整个连续反应过程中，重铬酸钠溶液类似催化剂的作用使得进入阳极室内的原料铬酸钠100%转变成重铬酸钠，从而使得最終二水重铬酸钠晶体的生产的清洁化和高效化，在エ业级的大規模生产中，没有铬废弃物的产生或排放，产品纯度高，属于环境友好型生产技术。其次，本发明副产物氢氧化钠、氢气、氧气可以作为商品出售，具有很好的经济效益。
【具体实施方式】
[0015]为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方案，对本发明进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方案仅仅用以解释本发明，并不用干限定本发明。
[0016]本发明提供一种阳离子膜电解法生产重铬酸钠的方法，其包括以下步骤:
[0017]首先，将浓度为20~40%的エ业铬酸钠溶液和浓度为23~50%的重铬酸钠溶液进行混合制成阳极混合进料液，该阳极混合进料液中重铬酸钠和铬酸钠的体积比为1.5:1~5:1，将该阳极混合进料液通入阳极室。
[0018]其次，将30-32%的氢氧化钠溶液和纯水进行混合配置阴极混合进料液，该阴极混合进料液为质量浓度27-30%的氢氧化钠溶液，将该阴极混合进料液通入阴极室。
[0019]再次，接通直流电进行电解反应，当电解反应启动时，组成阳极混合进料液中的重铬酸钠为非该电解过程产生的重铬酸钠，组成阴极混合进料液中的氢氧化钠为非该电解过程产生的氢氧化钠，当电解反应连续进行后，组成阳极混合进料液中的重铬酸钠为该电解过程产生的重铬酸钠，组成阴极混合进料液中的氢氧化钠为非该电解过程产生的氢氧化钠。[0020]最后,控制电解反应过程中各參数,例如电流密度为2~4kA/m2,电解反应温度为70~90°C，阴极室和阳极室的压差为200~500mmH20，阳极进料温度为50~85°C，阴极进料温度为55~90°C，电解反应后在阳极室得到重铬酸钠溶液和氧气，在阴极室得到氢氧化钠和氢气。
[0021]阳离子膜电解法生产重铬酸钠的装置包括阳极、阳极室、阴极、阴极室、阳离子隔离膜，阳极设置于阳极室中，阴极设置于阴极室中，阳离子隔离膜设置于阳极室和阴极室之间。阳离子膜电解法的原理是利用阳极、阴极、设置在阳极和阴极之间的阳离子交换膜组成的电解单元，阳极室和阴极室分别通入铬酸钠溶液和氢氧化钠溶液。在通电条件下，铬酸钠中的钠离子通过阳离子交换膜进入阴极室，铬酸根转变为重铬酸根，在阳极室得到重铬酸钠溶液和氧气，阴极室则得到不含六价Cr的、高浓度氢氧化钠溶液和氢气。阳极完成液经蒸发浓缩后可结晶制得重铬酸钠产品。
[0022]反应方程式为:
[0023]
【权利要求】
1.一种阳离子膜电解法生产重铬酸钠的方法，其包括以下步骤: 将浓度为20~40%的エ业铬酸钠溶液和浓度为23~50%的重铬酸钠溶液进行混合制成阳极混合进料液，该阳极混合进料液中重铬酸钠和铬酸钠的体积比为1.5:1~5:1，将该阳极混合进料液通入阳极室； 将30-32%的氢氧化钠溶液和纯水进行混合配置阴极混合进料液，该阴极混合进料液为质量浓度27-30%的氢氧化钠溶液，将该阴极混合进料液通入阴极室； 接通直流电进行电解反应，当电解反应启动时，组成阳极混合进料液中的重铬酸钠为非该电解过程产生的重铬酸钠，组成阴极混合进料液中的氢氧化钠为非该电解过程产生的氢氧化钠，当电解反应连续进行后，组成阳极混合进料液中的重铬酸钠为该电解过程产生的重铬酸钠，组成阴极混合进料液中的氢氧化钠为非该电解过程产生的氢氧化钠； 控制电流密度为2~4kA/m2，电解反应温度为70~90°C，阴极室和阳极室的压差为200~500mmH20，阳极进料温度为50~85°C，阴极进料温度为55~90°C，电解反应后在阳极室得到重铬酸钠溶液和氧气，在阴极室得到氢氧化钠和氢气。
2.如权利要求1所述的阳离子膜电解法生产重铬酸钠的方法，其特征在于:所述电解反应连续进行过程中，组成阳极混合进料液中的エ业铬酸钠溶液的流量为80~400L/h，所述电解过程产生的重铬酸钠的循环流量为450~600L/h。
3.如权利要求2所述的阳离子膜电解法生产重铬酸钠的方法，其特征在于:所述电解反应连续进行过程中，组成阴极混合进料液的纯水流量为10~30L/h，所述电解过程产生的氢氧化钠溶液的循环流量为800~1000L/h。
4.如权利要求1所述的阳离子膜电解法生产重铬酸钠的方法，其特征在于:所述阳极混合进料液中重铬酸钠和铬酸钠的体积比为3:1。
5.如权利要求1所述的阳离子膜电解法生产重铬酸钠的方法，其特征在于:控制阴极室和阳极室的压差为400mmH20。
6.如权利要求1所述的阳离子膜电解法生产重铬酸钠的方法，其特征在于:所述用于制成混合进料液的エ业铬酸钠溶液中杂质离子的含量小于1.6wt%。
7.如权利要求1所述的阳离子膜电解法生产重铬酸钠的方法，其特征在于:所述电解得到的重铬酸钠溶液直接喷雾干燥得到重铬酸钠产品；或进ー步蒸发浓缩至质量浓度为75~77%，利用冷却结晶法制备重铬酸钠晶体。
8.如权利要求1所述的阳离子膜电解法生产重铬酸钠的方法，其特征在于:电解反应启动时，组成阳极混合进料液中的重铬酸钠的制备方法包括步骤: 向阳极室通入PH为7-8的铬酸钠溶液； 向阴极室通入质量浓度为8~25%的氢氧化钠溶液； 接通直流电，控制电流密度为1200~3000A/m2，于30~70°C的温度条件下进行电解反应，在阳极室得到重铬酸钠溶液。
9.如权利要求1所述的阳离子膜电解法生产重铬酸钠的方法，其特征在于:阳极材料为含有金属Pt，Ir和Ta —种或几种的析氧电扱，阴极材料为不锈钢或者镍，隔膜为ー种全氟磺酸羧酸复合阳离子交換膜。
【文档编号】C25B1/14GK103556171SQ201310525165
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月30日 优先权日:2013年10月30日
【发明者】冯海涛, 董亚萍, 李武, 郑竹林, 史建斌, 王立平, 王永全, 史海琴, 李波, 彭姣玉, 李海聪, 陈林明, 刘斌彬, 梁建 申请人:中国科学院青海盐湖研究所, 青海省博鸿化工科技股份有限公司