[发明专利]离子膜电解法制备二水重铬酸钠的方法

说明书

技术领域

本发明属于无机盐材料技术领域，涉及一种重铬酸钠的制备方法，尤其涉及一种离子膜电解法制备二水重铬酸钠的方法。

背景技术

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、颜料、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，但仍需进口部分铬盐来满足国内市场需求。

然而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。这一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。

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“从源头上根除污染”，即从源头上减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”。

离子膜电解法又称膜电槽电解法，是在离子交换树脂的基础上发展起来的新技术。利用离子交换膜允许阴或阳离子通过而限制相反电荷的离子通过来达到浓缩、脱盐、净化、提纯以及电化合成的目的，已用于氯碱生产、海水和苦咸水的淡化、工业用水和超纯水的制备、电镀废液、放射性废水的处理等方面。

发明内容

本发明的目的是提供一种离子膜电解法制备二水重铬酸钠(分子式为Na₂Cr₂O₇·2H₂O)的方法。

本发明离子膜电解法制备二水重铬酸钠的方法，是利用由阳离子交换膜、阴、阳电极构成一膜二室电解槽装置，阳极室内通入铬酸钠碱性液，阴极室内通入稀的氢氧化钠溶液，接直流电后，阴、阳离子在电场作用下分别向阳极室和阴极室迁移；阳离子通过阳离子膜进入阴极室，在阴极室得到碱液；阳极室得到重铬酸钠溶液；同时在阴、阳电极上分别有氢气和氧气产出。重铬酸钠溶液经蒸发、冷却，析出二水重铬酸钠产品。其反应方程式为：

其具体制备方法包括以下工艺步骤：

①第一段电解：在一膜二室离子膜电解装置中，在阳极室通入质量浓度20～40％的碱性铬酸钠溶液，在阴极室通入质量浓度8～25％的氢氧化钠溶液，接直流电，控制电流密度在1200～3000A/m²，于30～70℃下进行电解。电解计量时间根据下式计算而得。

I·t＝n·z·F

其中，I——电流，单位A；

      t——电解时间，单位S；

      n——钠离子的物质的量，单位mol；

      z——电极反应式中的电子计量系数，无单位；

      F——法拉第常数，约为96500C/mol。

第一段电解的电解时间以脱除铬酸钠碱性液中游离碱为准。第一段电解时间控制在185～38min。

本发明采用的碱性铬酸钠溶液为焙烧铬矿的浸取液。通入阳极室的铬酸钠溶液的浓度以在不影响正常运行的前提下，尽可能提高铬酸钠碱液浓度，以降低蒸发工序中的蒸水量，从而达到降低能耗，节约用水的目的。阳极室产生的氧气以及阴极室产生的氢气分别通过集气装置进行回收；阴极室得到的高浓度氢氧化钠可回收利用，也可经过适当稀释用作下一步电解的阴极液使用；阳极室得到中性铬酸钠溶液作为下一步电解的原料液，阳极液中的铝酸钠、硅酸钠等杂质以沉淀形式自铬酸钠溶液中析出。

②第二段电解：将第一段电解所得阳极液过滤除去铝、硅等杂质后通入阳极室，并在阴极室通入质量浓度8～25％的氢氧化钠溶液或将第一段电解所得阴极液稀释至质量浓度为8～25％的氢氧化钠溶液；接直流电，控制电流密度在1200～3000A/m²，于30～70℃下电解，电解计量时间依据上式计算。

第二段电解的电解时间以原料液中铬酸钠全部转为重铬酸钠的理论用电量为依据，第二段电解时间在560～115min。