铬盐清洁工艺铬酸钾转化重铬酸钠过程研究

【摘要】：铬化工为无机化工与冶金材料交叉的重点行业,在我国国民经济中占有重要地位。目前我国铬化工行业大多采用传统有钙焙烧生产工艺,资源能源利用率低,铬渣污染问题严重,行业绿色化技术升级需求迫切。中国科学院过程工程研究所开拓的亚熔盐法铬盐清洁工艺与集成技术,大幅度提高了铬铁矿资源利用率,降低了反应温度和过程能耗,实现了含铬废渣的源头减量与综合利用。该技术已成功开发出了钾系铬盐系列产品,并建成了万吨级示范装置。满足国内外市场需求,开发钠系铬盐系列产品的制备工艺,成为亚熔盐法铬盐清洁工艺与集成技术的重点内容。本文以钾系铬盐产品铬酸钾为原料,通过钡盐转化法,实现了钠系铬盐产品重铬酸钠的清洁制备,与主体工艺流程实现了良好的衔接。 本论文主要取得了以下创新性进展： (1)在对铬酸钡与硫酸氢钠制备重铬酸钠过程机理分析的基础上,对重铬酸钠转化过程宏观动力学进行了研究,阐述了搅拌速率、氢离子的初始浓度、反应温度对铬酸钡转化率的影响规律。研究结果表明,反应的控制步骤为化学反应过程,反应为一级反应,获取了相关动力学参数,得到了相应的宏观动力学方程； (2)分别对以硫酸氢钠、硫酸钠与硫酸为钠源和酸化介质,通过钡盐转化法制备重铬酸钠工艺进行了研究,并应用响应面法对以铬酸钡和硫酸氢钠为原料通过钡盐中间体转化制备重铬酸钠的工艺进行了优化。优化后的工艺参数为：反应温度80℃、反应时间400min、固液比1：9g/mL,在此优化条件下铬酸钡转化率实测值为95%,与预测值非常接近； (3)研究了重铬酸钠冷却结晶过程动力学,阐述了悬浮密度、搅拌速率和过饱和度对冷却结晶过程的影响规律。采用间歇动态法对结晶动力学进行研究,用最小二乘法进行回归分析,得到了相应的结晶动力学方程,为进一步优化研究和工业设计提供了理论基础； (4)对重铬酸钠冷却结晶和蒸发结晶工艺进行了优化研究,系统研究了冷却结晶过程中冷却终点温度、冷却速率和搅拌速率对产品晶习、主粒度和粒度分布的影响规律以及蒸发结晶过程中搅拌速率、蒸发速率对产品晶习、主粒度和粒度分布的影响规律,确定了重铬酸钠冷却结晶和蒸发结晶的最优工艺条件。 【关键词】：铬酸钾 重铬酸钠 铬酸钡 清洁工艺 动力学 结晶
【学位授予单位】：天津科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TQ131.12
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 前言9-15
• 1.1 研究背景9-13
• 1.1.1 铬的资源状况9-10
• 1.1.2 重铬酸钠的性质及应用10
• 1.1.3 铬盐传统生产方法10-12
• 1.1.4 国内外的研究动态及发展趋势12
• 1.1.5 钾系亚熔盐法铬盐清洁工艺概述12-13
• 1.2 本文研究意义13-14
• 1.3 本文研究内容14-15
• 2 铬酸钡与硫酸氢钠制备重铬酸钠的宏观动力学研究15-24
• 2.1 理论基础15-16
• 2.2 实验部分16
• 2.2.1 主要试剂与仪器16
• 2.2.2 实验方法16
• 2.3 实验结果与讨论16-20
• 2.3.1 反应机理16-18
• 2.3.2 搅拌速率的影响18
• 2.3.3 氢离子初始浓度的影响18-19
• 2.3.4 反应温度的影响19-20
• 2.4 动力学模型的建立20-23
• 2.4.1 反应控制过程分析20
• 2.4.2 反应模型的建立20-21
• 2.4.3 验证该反应为一级反应21-22
• 2.4.4 动力学模型参数的计算22
• 2.4.5 验证模型22-23
• 2.5 小结23-24
• 3 重铬酸钠制备工艺优化24-36
• 3.1 铬酸钡与硫酸、硫酸钠反应制备重铬酸钠的工艺优化24-27
• 3.1.1 实验部分24-25
• 3.1.2 实验结果与讨论25-27
• 3.2 铬酸钡与硫酸氢钠反应制备重铬酸钠的工艺优化27-30
• 3.2.1 实验部分27-28
• 3.2.2 实验结果与讨论28-30
• 3.3 响应面法优化钡盐转化法重铬酸钠制备工艺研究30-34
• 3.3.1 实验部分30-31
• 3.3.2 实验结果与讨论31-34
• 3.4 小结34-36
• 4 重铬酸钠结晶动力学研究36-46
• 4.1 晶体成核36-37
• 4.1.1 初级成核36
• 4.1.2 二次成核36-37
• 4.2 晶体生长37-38
• 4.3 结晶动力学测试方法38-39
• 4.3.1 连续稳态法38
• 4.3.2 连续动态法38
• 4.3.3 间歇动态法38-39
• 4.4 实验部分39-40
• 4.4.1 主要试剂与仪器39
• 4.4.2 实验方法39
• 4.4.3 取样分析39-40
• 4.5 实验结果与讨论40-45
• 4.5.1 动力学分析40
• 4.5.2 模型的建立40-41
• 4.5.3 模型参数的计算41-42
• 4.5.4 结晶动力学影响因素42-45
• 4.6 小结45-46
• 5 重铬酸钠结晶工艺研究46-65
• 5.1 工业结晶方法46-47
• 5.2 二水重铬酸钠结晶工艺研究47-58
• 5.2.1 实验部分47
• 5.2.2 实验结果与讨论47-58
• 5.3 无水重铬酸钠结晶工艺研究58-64
• 5.3.1 实验部分58-59
• 5.3.2 实验结果与讨论59-64
• 5.4 小结64-65
• 6 结论65-67
• 7 展望67-68
• 8 参考文献68-73
• 9 攻读硕士学位期间发表论文情况73-74
• 10 致谢74

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