亚熔盐法铬盐清洁工艺铬酸钾中间体钠盐转化工艺研究

【摘要】：铬为国家重要战略性资源,铬盐系列产品是化工-轻工-高级合金材料的重要基础原料。我国现行的铬盐传统生产工艺,铬铁矿资源利用率低,铬渣污染严重。中国科学院过程工程研究所开发的亚熔盐液相氧化法铬盐清洁生产工艺,大幅度降低了反应温度和能耗,提高了主元素铬的利用率,实现了铬铁矿资源的全组分深度利用和铬渣近零排放。该清洁工艺以氢氧化钾为反应介质,在相对低温下制备出铬酸钾中间体,从而生产钾盐系列下游产品。为实现钾盐系列产品向市场主流的钠盐系列产品的转化,本文以铬酸钾中间体为原料,采用结晶分离等常规手段,系统地研究了铬酸钠产品的清洁制备工艺,论文选题具有很强的应用背景和一定的科学意义。本论文在以下几个方面取得了创新性进展: (1)通过研究KNO3和Na2CrO4在混合溶液中溶解度随温度的变化规律,确定了采用冷却结晶的方法从混合溶液中分离KNO3、用蒸发结晶的方法分离得到Na2CrO4晶体的工艺路线; (2)研究了冷却结晶过程中各操作参数对KNO3结晶分离效率的影响规律,确定了冷却结晶的最佳操作工艺条件,在对分步蒸发结晶所得铬酸钠晶体成分进行全面分析的基础上,发现晶体纯度的变化规律,提出了铬酸钠晶体分离纯化的方案; (3)模拟了以铬酸钾为原料、硝酸钠为转化介质制备铬酸钠的生产工艺流程,经多次循环后系统达到稳定状态,硝酸钾的收率在66%左右,铬酸钠的收率在10%以上,为工艺流程的进一步优化提供了依据; (4)提出了铬酸钠粗晶产品的精制工艺,研究结果表明,采用浆化洗涤的方法,可将铬酸钠晶体的纯度由78.3%提高到94%左右;采用溶解重结晶的方法,可将铬酸钠晶体的纯度由81.4%提高到92%左右。精制后的铬酸钠产品纯度可达到工业生产要求。 (5)采用离子交换的方法对铬酸钠溶液中钾离子的分离置换进行了初步研究,筛选出了合适的离子交换树脂,并开展了动态离子交换实验。 【关键词】：亚熔盐 铬酸钠 清洁工艺 结晶 离子交换
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TQ136.11
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 文献综述9-20
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 铬的资源状况10
• 1.3 铬酸钠的性质及用途10-11
• 1.4 铬盐生产方法11-14
• 1.4.1 有钙焙烧法11-12
• 1.4.2 无钙焙烧法12-13
• 1.4.3 熔盐液相氧化法13-14
• 1.4.4 其它技术14
• 1.5 钾系亚熔盐法铬盐清洁工艺概述14-16
• 1.5.1 亚熔盐概念的提出14-15
• 1.5.2 亚熔盐体系绿色反应-分离工艺过程15-16
• 1.5.3 该工艺的优点及技术特征16
• 1.6 工业结晶方法概述16-19
• 1.6.1 冷却结晶法17
• 1.6.2 蒸发结晶法17
• 1.6.3 真空冷却结晶法17-18
• 1.6.4 盐析结晶法18
• 1.6.5 反应结晶法18-19
• 1.7 本文研究内容19-20
• 第二章 K~+，Na~+‖NO_3~-，CrO_4~(2-)-H_2O四元水盐体系相平衡的研究20-27
• 2.1 水盐体系相图简介20-22
• 2.2 实验方法22-23
• 2.2.1 主要试剂与仪器22
• 2.2.2 分析方法22-23
• 2.3 实验步骤与结果23-26
• 2.3.1 不同温度下KNO_3在Na_2CrO_4水溶液中溶解度的测定23-25
• 2.3.2 Na_2CrO_4在KNO_3溶液中的溶解度25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 硝酸钾和铬酸钠的结晶分离27-46
• 3.1 介稳区概述27-30
• 3.2 主要试剂与仪器30
• 3.3 分析方法30-31
• 3.4 结晶装置31-32
• 3.4.1 冷却结晶装置31
• 3.4.2 蒸发结晶装置31-32
• 3.5 硝酸钾介稳区的测定32-34
• 3.5.1 试验方法32-33
• 3.5.2 实验结果与讨论33-34
• 3.6 硝酸钾和铬酸钠结晶分离研究34-45
• 3.6.1 实验方法34-35
• 3.6.2 冷却结晶中的降温速率曲线35-36
• 3.6.3 硝酸钾的冷却结晶36-41
• 3.6.4 铬酸钠的蒸发结晶41-45
• 3.7 本章小结45-46
• 第四章 铬酸钠全流程循环模拟实验46-51
• 4.1 清洁生产概述46-47
• 4.2 实验部分47-48
• 4.2.1 主要试剂与仪器47
• 4.2.2 分析方法47
• 4.2.3 实验工艺流程图47-48
• 4.2.4 实验方法48
• 4.3 结果与讨论48-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第五章 铬酸钠产品的精制51-56
• 5.1 实验部分51-52
• 5.1.1 主要试剂与仪器51
• 5.1.2 分析方法51-52
• 5.2 铬酸钠粗晶的浆化洗涤52-53
• 5.2.1 试验方法52
• 5.2.2 实验结果与讨论52-53
• 5.3 铬酸钠粗晶的再次蒸发结晶纯化53-55
• 5.3.1 试验方法54
• 5.3.2 实验结果与讨论54-55
• 5.4 本章小结55-56
• 第六章 离子交换法铬酸钠产品除钾的初步探索56-68
• 6.1 离子交换的基本理论56-60
• 6.1.1 离子交换机理56-58
• 6.1.2 离子交换树脂的选择性58-59
• 6.1.3 影响树脂吸附的因素59-60
• 6.2 离子交换树脂筛选实验60-64
• 6.2.1 实验原料60-61
• 6.2.2 试验仪器61
• 6.2.3 试验方法61-62
• 6.2.4 实验结果与讨论62-64
• 6.3 动态离子交换64-67
• 6.3.1 实验原料与仪器64
• 6.3.2 实验方法64-65
• 6.3.3 结果与讨论65-67
• 6.4 本章小结67-68
• 第七章 结论与展望68-70
• 7.1 结论68-69
• 7.2 展望69-70
• 参考文献70-73
• 发表论文和参加科研情况说明73-74
• 致谢74

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