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,在相对低温下制各出铬酸钾中间体,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。