简介概要

铬盐清洁生产工艺中铝硅的脱除

来源期刊:中国有色金属学报2007年第7期

论文作者:王少娜 郑诗礼 张懿

文章页码:1188 - 1188

关键词:铬盐;清洁生产;氧化钙

Key words:potassium dichromate; cleaner production; calcium oxide

摘    要:

研究铬盐清洁生产工艺中铝硅的脱除。理论计算表明:CaO加入浸出液中不会有致癌物铬酸钙的生成。结果表明:在反应温度为70~90 ℃时,添加适量的CaO,浸出液中的铝硅可以脱除到要求值。无铁渣存在时脱铝硅产物为Ca2.93Al1.97Si0.64O2.56(OH)9.44,有铁渣存在时为Ca3AlFe(SiO4)(OH)8。铁渣的存在可以加速铝硅脱除反应的速度,提高铝硅的脱除率,而溶液中K2CO3的浓度对CaO脱除铝硅的影响不大。

Abstract: The separation of Al and Si in the clean production process for potassium dichromate was studied. The thermodynamic calculation results indicate that there is no produce of poisonous CaCrO4 when CaO is added into solution. When the amount of CaO addition adequately and reaction temperature between 70 ℃ and 90 ℃, the concentrations of Al and Si in solution can decrease to required value. The main product is Ca2.93Al1.97Si0.64O2.56(OH)9.44 when reaction without iron residue, while it is Ca3AlFe(SiO4)(OH)8 when reaction with iron residue. The exist of iron residue can accelerate the rate of separate reaction, and improve the separation amount of Al and Si from solution. The concentration of K2CO3 in solution has no obvious effect on the separate reaction.

基金信息:国家自然科学基金重点资助项目
国家高技术研究发展计划资助项目



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文章编号:1004-0609(2007)07-1188-07

铬盐清洁生产工艺中铝硅的脱除

王少娜1, 2,郑诗礼1,张  懿1

 (1. 中国科学院 过程工程研究所,北京 100080;

2. 中国科学院 研究生院,北京 100049)

 

摘  要:研究铬盐清洁生产工艺中铝硅的脱除。理论计算表明:CaO加入浸出液中不会有致癌物铬酸钙的生成。结果表明:在反应温度为70~90 ℃时,添加适量的CaO,浸出液中的铝硅可以脱除到要求值。无铁渣存在时脱铝硅产物为Ca2.93Al1.97Si0.64O2.56(OH)9.44,有铁渣存在时为Ca3AlFe(SiO4)(OH)8。铁渣的存在可以加速铝硅脱除反应的速度,提高铝硅的脱除率,而溶液中K2CO3的浓度对CaO脱除铝硅的影响不大。

关键词:铬盐;清洁生产;氧化钙

中图分类号:TQ 136.1        文献标识码:A

Separation of aluminum and silicon in clean production process for potassium dichromate

WANG Shao-na1, 2, ZHENG Shi-li 1, ZHANG Yi1

 (1. Institute of Process Engineering, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, China;

2. Graduate University of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

Abstract: The separation of Al and Si in the clean production process for potassium dichromate was studied. The thermodynamic calculation results indicate that there is no produce of poisonous CaCrO4 when CaO is added into solution. When the amount of CaO addition adequately and reaction temperature between 70 ℃ and 90 ℃, the concentrations of Al and Si in solution can decrease to required value. The main product is Ca2.93Al1.97Si0.64O2.56(OH)9.44 when reaction without iron residue, while it is Ca3AlFe(SiO4)(OH)8 when reaction with iron residue. The exist of iron residue can accelerate the rate of separate reaction, and improve the separation amount of Al and Si from solution. The concentration of K2CO3 in solution has no obvious effect on the separate reaction.

Key words: potassium dichromate; cleaner production; calcium oxide

                    


铬盐系列产品作为化工-轻工-高级合金材料的基础原料,是我国重点发展的化工原料之一,广泛应用于高性能合金、电镀、印染、医药、合成橡胶、催化剂等诸多工业部门[1]。然而目前我国铬盐行业均采用传统的高温氧化-钠化焙烧法,资源能源利用率低,且排放大量的高毒性铬渣,严重污染环境[2-4],长期被列为我国污染行业之首。用清洁生产高新技术改造传统产业,关系到环境污染的根本性防治及产业的持续发展,是我国传统产业由高消耗、低效益的粗放型经济向节约效益型经济转变的根本途径,社会、经济和科学意义极为重大。中国科学院过程工程研究所摆脱了“末端治理”的传统思维模式,从生产源头着手,研发了一种新的清洁生产工艺[5-6]。该工艺以氢氧化钾亚熔盐液相氧化过程取代传统的大窑焙烧,以CO2酸化取代硫酸酸化,实现了碱金属离子的再生循环,开辟了铬铁矿资源高效-清洁-循环利用的生态工业新模式[7]

在亚熔盐液相氧化制取K2CrO4粗晶工艺过程中,过量KOH以液相形式存在,铬铁矿中的Fe被氧化成Fe2O3后进入渣相,Mg以Mg(OH)2形式存在,部分Si以铝硅酸盐形式进入渣相,称为“铁渣”。反应结束后将熔体稀释,进行相分离,Cr和Al以铬酸钾及铝酸钾形式进入液相,部分Si也进入溶液。因用空气作氧化剂,反应过程有小部分KOH碳酸化生成的K2CO3也进入液相。因此,分离出来的K2CrO4粗晶携带了一定量的铁渣、游离碱、K2CO3以及Al和Si等杂质。Al在粗晶溶解时,会同时溶解到K2CrO4溶液中,进入后续的碳酸化工艺,并污染最终产品K2Cr2O7,反应系统中Al、Si杂质的协同积累还会导致铬酸钾结晶相分离效率的显著下降,因此必须将浸出液中的铝硅脱除。

铬盐传统生产工艺中,Si在铬酸钠碱性液中含量极低(SiO2 0.5 g/L),对最终产品不会造成污染,而Al2O3达到2~10 g/L。除Al的工序放在铬酸钠加酸转化成重铬酸盐的工序之前,通过调节溶液的pH值使得体系中的Al沉淀析出进行分离[8]。铬盐清洁生产工艺也进行过相应的工业试验和研究,将除Al和K2CrO4加压碳酸化2个工序耦合在同一个设备(碳化塔)中进行,通过控制反应终点的pH值,使液相中的Al以Al(OH)3的形式沉淀析出[9]。但在实际清洁工艺生产中,由于Al、Si的存在和协同积累,导致K2CrO4结晶相分离效率显著下降,使得清洁工艺在K2CrO4结晶分离阶段就难以进行。因此,只有在结晶前的浸出阶段将Al、Si脱除,才能保证整个后续工艺的顺利进行。在铬盐清洁生产工艺粗晶浸出阶段,浸出液浓度大致如下:KOH 150 g/L,K2CO3 50 g/L,K2CrO4 200 g/L,SiO2≤5 g/L,Al2O3≤18.9 g/L,铁渣含量70 g/L。浸出液碱浓度高,调节pH值困难,必须采用其他方法。

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