專利名稱：一種單釜實現(xiàn)連續(xù)碳化制備紅礬鈉的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于紅礬鈉的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種利用單釜實現(xiàn)連續(xù)碳化從而制備得到紅礬鈉產(chǎn)品的方法。
背景技術(shù)：
鉻鹽是一種重要戰(zhàn)略資源，廣泛用于電鍍，涂料，木材防腐等領(lǐng)域。其中，重鉻酸鈉作為鉻鹽的母系產(chǎn)品，7(T85%用于制造其他鉻鹽產(chǎn)品。紅礬鈉，即重鉻酸鈉二水合物或二水合重鉻酸鈉，外觀為橙紅色單斜棱錐狀或細(xì) 針狀結(jié)晶。用途如下用于制造鉻鹽、顏料、染料、香料、醫(yī)藥，也用于鞣革、電鍍等工業(yè)。供鞣革、電鍍、制鉻顏料、制火柴，并用作酶染劑、氧化劑等。用于制造鉻酸酐、重鉻酸鉀、堿式硫酸鉻、鉻黃，木質(zhì)素磺酸鹽等。用作鞣革劑，制造苯胺染料染色時的氧化劑，硫化還原染料染色時的后處理劑，酸性媒介染料染色時的媒染劑。醫(yī)藥工業(yè)中，用于生產(chǎn)胺苯砜、苯佐卡因、葉酸、雷佛奴爾等。還用于鍍鋅后鈍化處理和金屬表面處理，生產(chǎn)堿性湖藍(lán)染料，糖精，合成樟腦，合成纖維，合成香料。由鉻酸鈉生產(chǎn)紅礬鈉的制備方法主要有硫酸法、硫酸氫鈉法、碳銨法、碳化法及電解法等。目前，我國和大多數(shù)的國家采用的方法是硫酸法，但其缺點明顯每生產(chǎn)一噸紅礬鈉就會產(chǎn)生0. 7 0. 9噸的含0. 1%的六價鉻的明礬；產(chǎn)品中氯化物含量較高，且成品表面酸度較高，導(dǎo)致晶體吸潮性大及易結(jié)塊；設(shè)備腐蝕明顯。目前由于清潔生產(chǎn)技術(shù)的大力開發(fā)，電解法和碳化法成為國內(nèi)外技術(shù)開發(fā)的主攻方向。CN 102190330A公開了一種紅礬鈉的四效蒸發(fā)工藝，屬于無機(jī)鹽工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域；原料液首先進(jìn)入III效蒸發(fā)器，然后依次進(jìn)入II效一I效一IV效，在各效蒸發(fā)器內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)，多次蒸發(fā)后出濃母液，所述各效蒸發(fā)器的進(jìn)料采取切線進(jìn)料方式；蒸汽流程為I效一II效一III效一IV效，其中I效使用新鮮蒸汽外，其余各效均采用前一效產(chǎn)生的二次蒸汽作為熱源；I效、II效、III效和IV效中產(chǎn)生的芒硝晶體通過設(shè)置在蒸發(fā)器內(nèi)的鹽腿收集。CN 101693556A提供了一種紅礬鈉的制備方法，即碳化法生產(chǎn)紅礬鈉，該方法是在加壓下用二氧化碳使鉻酸鈉轉(zhuǎn)變成重鉻酸鈉，通過連續(xù)3塔以上串聯(lián)反應(yīng)，將除雜后的鉻酸鈉中性液送入碳化塔，通過不同梯度參數(shù)控制(碳化液的濃度、溫度、二氧化碳的分壓以及碳化時間等)、連續(xù)碳化、帶壓分離得到碳化液，濃縮、過濾，再經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶、離心脫水得到紅礬鈉成品。但是該發(fā)明由于采用多級碳化塔，使得流程復(fù)雜，并且碳化率也不高。相比于US Pat. NO. 5273735以及CN 101693556A，本發(fā)明提供了一種在單釜內(nèi)實現(xiàn)連續(xù)碳化的方法，其流程短且碳化率能夠達(dá)到96%以上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種單釜實現(xiàn)連續(xù)碳化制備紅礬鈉的方法。該方法是在加壓下用二氧化碳使鉻酸鈉轉(zhuǎn)變成紅礬鈉，將鉻酸鈉中性液放入帶有多級梯度擋板的帶壓反應(yīng)釜中，通過不同梯度參數(shù)控制(如碳化液濃度、溫度、二氧化碳分壓、攪拌轉(zhuǎn)速以及碳化時間)、單釜連續(xù)碳化、帶壓分離得到碳化液，再經(jīng)冷卻結(jié)晶得到紅礬鈉產(chǎn)品。為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種單釜實現(xiàn)連續(xù)碳化制備紅礬鈉的方法，將預(yù)碳化除雜后的鉻酸鈉中性液送入帶有多級梯度擋板的帶壓反應(yīng)釜內(nèi)，進(jìn)行連續(xù)多級碳化后，將固液分離后的液相經(jīng)冷卻結(jié)晶，得到紅礬鈉產(chǎn)品。本發(fā)明所述的預(yù)碳化除雜可使用CN 101693555A中公開的方法紅礬鈉生產(chǎn)過程中，鉻鐵礦經(jīng)過制粉、配料、焙燒，得到堿性液，堿性液中含有大量雜質(zhì)。通過加壓預(yù)碳化調(diào)節(jié)堿性液的PH，同時加入含鎂化合物，在攪拌條件下，控制在合適溫度范圍內(nèi)反應(yīng)，形成釩酸鎂沉淀，過濾沉淀除去堿性液中的釩；再繼續(xù)加壓碳化調(diào)節(jié)PH，在攪拌和控制合適溫度情況下進(jìn)行反應(yīng)，得到鈣、鎂、鐵、鋁、硅等雜質(zhì)的沉淀，過濾沉淀，即去除鈣、鎂、鐵、鋁、硅等雜質(zhì)。凈化后鉻酸鈉中性液中雜質(zhì)釩、鈣、鎂、鐵、鋁、硅等均在5ppm以下。 本發(fā)明所述多級梯度擋板數(shù)為2 20塊，例如3 18塊，7 13塊，l(Tl2塊，11塊等，進(jìn)一步優(yōu)選3 15塊，最優(yōu)選8塊。本發(fā)明所述的帶有多級梯度擋板的帶壓反應(yīng)釜可以選擇市場上的現(xiàn)有設(shè)備，也可由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)實際情況和經(jīng)驗進(jìn)行設(shè)計，均可實現(xiàn)本發(fā)明目的。其中的擋板數(shù)可由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)鉻酸鈉溶液的濃度、制備要求等進(jìn)行選擇。例如，本發(fā)明所述的帶有多級梯度擋板的帶壓反應(yīng)釜可采用以下設(shè)計采用臥式的帶有多級梯度擋板的帶壓反應(yīng)釜，能夠承受最高壓力5MPa，預(yù)熱后的預(yù)碳化料液連續(xù)進(jìn)入反應(yīng)釜，并且通過多級梯度反應(yīng)后，在反應(yīng)釜尾部連續(xù)出料。本發(fā)明可以將所述鉻酸鈉中性液在進(jìn)入反應(yīng)釜前進(jìn)行預(yù)熱，通過預(yù)熱減少物料在反應(yīng)釜內(nèi)停留時間，并且以加快反應(yīng)速度，在較短的時間內(nèi)完成反應(yīng)進(jìn)度。本發(fā)明所述鉻酸鈉中性液的濃度以Na2Cr2O7 2H20計為500 1300g/L，例如502 1280g/L，700 1100g/L，825 960g/L，900g/L 等，進(jìn)一步優(yōu)選 60(Tl000g/L，最優(yōu)選750g/L。當(dāng)鉻酸鈉中性液的濃度處于50(Tl300g/L范圍內(nèi)均可通過本發(fā)明方法制備紅礬鈉。根據(jù)碳化要求，所述反應(yīng)釜內(nèi)的碳化溫度控制在2(T100 V，例如20. 5^98 V，36^850C，5(T68°C等，進(jìn)一步優(yōu)選2(T80°C，最優(yōu)選2(T40°C。高濃度碳化液碳化要求釜內(nèi)溫度在40°C以下，低濃度碳化液可適當(dāng)提高溫度。本發(fā)明所述反應(yīng)釜內(nèi)的攪拌速度控制在20(Tl500r/min，例如202 1485r/min，400 1200r/min, 630 1000r/min, 800 920r/min 等，進(jìn)一步優(yōu)選 450 1000r/min。高濃碳化液攪拌速度大，低濃度碳化液攪拌速度小。反應(yīng)釜內(nèi)的碳化時間為I 24h，例如I. 2 23. 5h，3 20h，8 15h，12h等，進(jìn)一步優(yōu)選5 15h,最優(yōu)選10h。低濃度碳化液碳化時間較短,高濃度碳化液碳化時間較長。本發(fā)明所述固液分離方式為帶壓分離除雜。帶壓分離可以采用板框、隔膜壓濾機(jī)，廂式壓濾機(jī)等，進(jìn)一步優(yōu)選板框壓濾。其他能夠?qū)崿F(xiàn)固液分離且不改變物質(zhì)的固有性質(zhì)的方式均可用于本發(fā)明。本發(fā)明反應(yīng)釜中通入二氧化碳的濃度為20 95%，例如20. 3 94%，34 80%，50 60%等，進(jìn)一步優(yōu)選45 93%，最優(yōu)選90%。進(jìn)一步地，反應(yīng)釜內(nèi)的壓力為0. 015 I. 8MPa，例如0. 016 I. 75MPa，0. 03 I. 5MPa,0. 2 I. IMPa, 0. 8 I. OMPa等，進(jìn)一步優(yōu)選0. 05 I. 4MPa，最優(yōu)選I. 2MPa。為保證碳化液順利出釜，反應(yīng)釜尾部可采取常壓甚至負(fù)壓處理。一種單釜實現(xiàn)連續(xù)碳化制備紅礬鈉的方法，具體按以下步驟進(jìn)行I)將鉻酸鈉溶液進(jìn)行預(yù)碳化除雜，得到鉻酸鈉中性液；2)將得到的鉻酸鈉中性液進(jìn)行預(yù)熱；3)將預(yù)熱后的中性液放入帶有多級梯度擋板的帶壓反應(yīng)釜內(nèi)；
4)根據(jù)碳化要求，將釜內(nèi)溫度控制在2(T80°C ;碳化壓力為0. 015^1. 8MPa，通入二氧化碳濃度為20 95% ;各級擋板間轉(zhuǎn)速控制在200 1500r/min ;碳化時間為I 24h ；5)通過壓力差將反應(yīng)后的料液壓出反應(yīng)釜；6)將碳化液通過板框過濾實現(xiàn)固液分離，將液相通過冷卻蒸發(fā)結(jié)晶，離心脫水得到紅礬鈉產(chǎn)品。本發(fā)明所述的碳化法生產(chǎn)技術(shù)，以二氧化碳代替硫酸酸化。該技術(shù)中，二氧化碳通過加壓的方式將其溶入溶液中，并通過電離產(chǎn)生氫離子，使反應(yīng)平衡向右移動生產(chǎn)紅礬鈉?；瘜W(xué)反應(yīng)式如下
權(quán)利要求
1.一種單釜實現(xiàn)連續(xù)碳化制備紅礬鈉的方法，其特征在于，將預(yù)碳化除雜后的鉻酸鈉中性液送入帶有多級梯度擋板的帶壓反應(yīng)釜內(nèi)，進(jìn)行連續(xù)多級碳化后，將固液分離后的液相經(jīng)冷卻結(jié)晶，得到紅礬鈉產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述多級梯度擋板數(shù)為2 20塊，進(jìn)一步優(yōu)選:T15塊，最優(yōu)選8塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，將所述鉻酸鈉中性液在進(jìn)入反應(yīng)釜前進(jìn)行預(yù)熱。
4.根據(jù)權(quán)利要求I- 3之一所述的方法，其特征在于，所述鉻酸鈉中性液的濃度以Na2Cr2O7 2H20 計為 500 1300g/L，進(jìn)一步優(yōu)選 60(Tl000g/L，最優(yōu)選 750g/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，所述反應(yīng)釜內(nèi)的碳化溫度控制在20 100°C，進(jìn)一步優(yōu)選 2(T80°C，最優(yōu)選 2(T40°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，所述反應(yīng)釜內(nèi)的攪拌速度控制在200 1500r/min,進(jìn)一步優(yōu)選 450 1000r/min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，反應(yīng)釜內(nèi)的碳化時間為f24h，進(jìn)一步優(yōu)選5 15h，最優(yōu)選10h。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7之一所述的方法，其特征在于，所述固液分離方式為帶壓分離除雜，進(jìn)一步優(yōu)選板框壓濾。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8之一所述的方法，其特征在于，所述反應(yīng)釜內(nèi)通入二氧化碳的濃度為20 95%，進(jìn)一步優(yōu)選45 93%，最優(yōu)選90% ； 優(yōu)選地，反應(yīng)釜內(nèi)的壓力為0. 015^1. 8MPa，進(jìn)一步優(yōu)選0. 05 I. 4MPa，最優(yōu)選I. 2MPa。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9之一所述的方法，其特征在于，所述方法按以下步驟進(jìn)行 1)將鉻酸鈉溶液進(jìn)行預(yù)碳化除雜，得到鉻酸鈉中性液； 2)將得到的鉻酸鈉中性液進(jìn)行預(yù)熱； 3)將預(yù)熱后的中性液放入帶有多級梯度擋板的帶壓反應(yīng)釜內(nèi)； 4)根據(jù)碳化要求，將釜內(nèi)溫度控制在2(T80°C;碳化壓力為0. 015^1. 8MPa，通入二氧化碳濃度為20 95% ;各級擋板間轉(zhuǎn)速控制在20(Tl500r/min ;碳化時間為I 24h ； 5)通過壓力差將反應(yīng)后的料液壓出反應(yīng)釜； 6)將料液通過板框過濾實現(xiàn)固液分離，將液相通過冷卻蒸發(fā)結(jié)晶，離心脫水得到紅礬鈉產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種單釜實現(xiàn)連續(xù)碳化制備紅礬鈉的方法。所述方法為將預(yù)碳化除雜后的鉻酸鈉中性液送入帶有多級梯度擋板的帶壓反應(yīng)釜內(nèi)，進(jìn)行連續(xù)多級碳化后，將固液分離后的液相經(jīng)冷卻結(jié)晶，得到紅礬鈉產(chǎn)品。本發(fā)明提供了一種新型的制備紅礬鈉的方法。本發(fā)明與以往的紅礬鈉制備方法相比，反應(yīng)物料通過釜式反應(yīng)器實現(xiàn)多級連續(xù)碳化，工藝流程縮短，碳化率也得到了較大的提高。
文檔編號C01G37/14GK102674458SQ201210156820
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月18日
發(fā)明者余志輝, 周恩年, 宋靜, 曲景奎, 范靜斐, 郭強(qiáng), 魏廣葉, 齊濤 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所