[发明专利]利用铬铁制备铬酸酐的方法

摘要

本发明涉及利用铬铁制备铬酸酐的方法，包括步骤：采用自循环方式进行电解反应，根据公式控制循环反应的时间，得到高浓度铬酸盐溶液，将其进行水热反应得到高纯度铬酸盐净化溶液；将高纯度铬酸盐净化溶液配成质量浓度为20％～40％的铬酸盐溶液，和质量浓度为23％～50％的重铬酸盐溶液混合制成阳极混合进料液，进行电解反应得到重铬酸盐溶液；将得到的重铬酸盐溶液浓度调到27％～73％作为原料进行电催化合成反应得铬酸和重铬酸盐的混合液，结晶分离后得铬酸酐。

主权项

1.一种利用铬铁制备铬酸酐的方法，包括以下步骤：第1步，提供电解装置，包括：电解槽，包括筒形主体部和连接在该主体部下方的锥形收集部，所述主体部和所述收集部相连通，所述主体部的上端设置电解液入口，所述主体部的下端设置电解液出口；双阴极装置，内阴极设置于所述电解槽中，电解槽的筒形主体部用作外阴极；双阳极装置，包括筒形内阳极和套设在所述筒形内阳极之外的筒形外阳极，所述内阳极和外阳极组成环形结构，所述双阳极装置置于电解槽的筒形主体部内，且双阴极装置的内阴极套设在内阳极内部，块状工业铬铁填充于所述内阳极和外阳极之间，所述外阴极与外阳极、内阴极与内阳极之间的距离保持一致；绝缘隔板，设置于电解槽中用于支撑所述双阳极装置；多个沉降槽，沉降槽为筒形主体和该主体下方的锥形收集部组成，每一沉降槽设置进料口和出料口，出料口高于进料口，锥形底部设置固渣排料口，所述多个沉降槽中的第一个沉降槽的进料口和所述电解槽的出料口通过导管连接，所述第一个沉降槽的出料口和第二个沉降槽的进料口通过导管连接，依照此连接方式，最后一个沉降槽的出料口通过导管连通所述电解槽；电源，所述电源的正极与双阳极装置的外阳极、内阳极同时电连接，所述电源的负极与阴极电连接；第2步，将电解质溶液自所述电解液入口导入电解槽中，接通电源，进行电解反应，在电解槽中得到固液混合浆料，电解过程中电解质溶液采用自循环方式，从电解液入口进入电解槽，得到的固液混合浆料从电解液出口通过导管依次经过多个沉降槽，并由最后一个沉降槽的出液口通过导管回流到电解槽中，电解过程中电解槽中溶液温度自动控制在20 ℃～60 ℃，根据公式1控制电解液循环反应的时间，固液分离后得到高浓度铬酸盐溶液；t=c₁·v₁·M₂/(2·n·M₁·I·η)  公式1其中，c₁为所述电解质溶液中可溶性碱溶液的浓度，g/L；V₁为所述电解质溶液中可溶性碱溶液的体积，L；M₁为所述电解质溶液中可溶性碱的摩尔质量，g/mol；M₂为铬酸盐溶液中铬酸盐的摩尔质量，g/mol；I为电流值，A；η为电流效率，%；n为每安培小时电量对应生成铬酸盐的量，g/Ah；当生成铬酸钠时，n=1.01，当生成铬酸钾时，n=1.23；第3步，将第2步获得的高浓度铬酸盐溶液导入反应釜中进行水热反应，在2 MPa~10 MPa的压力下，加热到180 ℃~300 ℃温度下，反应2 h～12 h后得到水热反应料浆，固液分离后得到高纯度铬酸盐净化溶液；第4步，设置阳离子膜电解槽，将第3步获得的高纯度铬酸盐净化溶液配置成质量百分比浓度为20 %~40 %的铬酸盐溶液，并和质量百分比浓度为23 %~50 %的重铬酸盐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盐和铬酸盐的体积比为1.5:1~5:1，将该阳极混合进料液通入阳极室；将质量百分比浓度为30 %~32 %的可溶性碱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百分比浓度27%~30%的可溶性碱溶液，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盐为非该电解过程产生的重铬酸盐，组成阴极混合进料液中的可溶性碱为非该电解过程产生的可溶性碱，当电解反应连续进行后，组成阳极混合进料液中的重铬酸盐为该电解过程产生的重铬酸盐，组成阴极混合进料液中的可溶性碱为该电解过程产生的可溶性碱；控制电流密度为2 kA/m²~4 kA/m²，电解反应温度为70 ℃~90 ℃，阴极室和阳极室的压差为200 mmH₂O~500 mmH₂O，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盐溶液；第5步，设置电催化合成反应用的阳离子膜电解槽，以析氧电极为阳极，不锈钢或镍材为阴极，中间以阳离子交换膜隔开；采用多级电催化反应，控制多级电催化电流密度在1.0 kA/m²~3.0 kA/m²，电压2.5 V~4.6 V，反应温度70 ℃~80 ℃，多级电催化反应的各级阳极料液组成分别为：第1级电催化反应的阳极原料液为所述第4步中获得的重铬酸盐溶液，该重铬酸盐溶液质量浓度以二水重铬酸盐计配制成为27 %~73 %；第2级电催化反应的原料液为第1级电催化反应的完成液，同时也是第1级的循环液；第3阳极电催化反应的阳极原料液为第2级电催化反应完成液，同时也是第2级的循环液；以此类推；多级电催化反应各级阴极原料液为第4步的阴极溶液；多级电催化反应中以金属原子与铬原子的摩尔比控制各级电催化完成液终点，完成最后一级电催化反应，该最后一级电催化反应完成液中，金属原子与铬原子摩尔比为1:2～1:10，质量浓度以二水重铬酸盐计为38 %~84 %；第6步，将第5步获得的最后一级电催化反应完成液导入结晶分离器中，结晶分离器中温度控制在95 ℃~105 ℃，结晶析出铬酸酐产品，铬酸酐的纯度≥99 %。