铬盐清洁工艺中铬酸钾—氯化钾的多元相平衡与相分离研究

【摘要】： 传统的由铬铁矿生产铬盐是重要的化工与冶金基础原料工业。目前我国采用的高温氧化-钠化焙烧法传统工艺,要排放出大量高毒性铬渣及含铬粉尘废气,严重污染环境。而本文所研究的液相氧化铬盐清洁生产新工艺,以取代传统的铬盐生产方法。新工艺可大幅降低反应温度,提高转化率,实现资源有价组分全利用及铬渣的零排放。 铬盐清洁生产工艺的核心部分为铬铁矿在碱系熔盐流动介质中与空气进行氧化反应的液相氧化过程。在液相氧化过程以及铬碱分离之后,多余的氢氧化钾溶液将返回到液相氧化过程进行循环使用。但是,随着氢氧化钾的循环以及生产的放大,氢氧化钾所含的杂质氯化钾在整个系统中不断积累,极大地影响了铬酸钾产品的质量。本文测定了产业链中氢还原生产铬绿清洁工艺中铬酸钾多元水盐体系相平衡,并构筑了体系相图,建立了铬酸钾-氯化钾-水体系的结晶分离方法,为铬酸钾粗晶中除氯工艺路线的设计及优化提供理论依据,论文的主要内容包括如下几个方面: 1.分别研究了K_2CrO_4-KCl-H_2O三元体系在30℃,60℃和90℃时以及KOH-K_2CrO_4-KCl-H_2O四元体系在20℃,40℃,60℃和80℃时的相平衡数据,并且分别绘制了各自相应的相图。通过相图的研究,为实际的含氯铬酸钾粗晶的结晶分离提供了理论上的依据。 2.分别以实验测的K_2CrO_4-KCl-H_2O三元体系和KOH-K_2CrO_4-KCl-H_2O四元体系相图为依据,对清洁工艺中铬盐除氯设计了两种不同的分离工艺,并且进行了实验验证。 3.就耗能量及晶体的纯度,结晶率,耗水量等进行综合对比,找出最优的工艺方式,并且在现场得到很好的应用。 【关键词】：铬酸钾 氯化钾 清洁生产 固-液相平衡 结晶
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TQ131.13
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 绪论15-25
• 1.1 绿色过程工程与铬盐清洁生产15-16
• 1.2 铬的资源状况16
• 1.3 铬化合物的主要用途16
• 1.4 铬盐生产方法16-21
• 1.4.1 有钙焙烧法17-19
• 1.4.2 无钙焙烧法19-20
• 1.4.3 熔盐液相氧化法20
• 1.4.4 其它技术20-21
• 1.5 铬化合物的毒性及铬渣的末端治理21
• 1.6 钾系亚熔盐法铬盐清洁工艺概述21-23
• 1.6.1 亚熔盐概念的提出21-22
• 1.6.2 亚熔盐体系绿色反应-分离工艺过程22-23
• 1.6.3 主要技术特征23
• 1.7 本文研究内容23-25
• 第二章 含氯铬盐体系相平衡研究25-47
• 2.1 概述25
• 2.2 水盐体系相图25-28
• 2.2.1 简介26
• 2.2.2 水盐体系相图研究方法26-28
• 2.3 实验方法28-32
• 2.3.1 主要试剂与仪器28
• 2.3.2 相平衡装置28-29
• 2.3.3 分析方法29-32
• 2.3.4 实验步骤32
• 2.4 K_2rCr_4-KCl-H_2O体系相平衡32-38
• 2.4.1 溶解度数据32-35
• 2.4.2 结果与讨论35-38
• 2.5 KOH-K_2CrO_4-KCl-H_2O体系相平衡38-46
• 2.5.1 溶解度数据38-42
• 2.5.2 结果和讨论42-46
• 2.6 本章小结46-47
• 第三章 水溶液中铬酸钾-氯化钾的结晶分离工艺研究47-59
• 3.1 工业结晶方法概述47-49
• 3.1.1 冷却法47-48
• 3.1.2 蒸发法48
• 3.1.3 真空冷却法48
• 3.1.4 盐析法48-49
• 3.1.5 反应结晶法49
• 3.2 KCl-K_2CrO_4-H_2O体系蒸发结晶理论分析49-52
• 3.3 实验方法52-54
• 3.3.1 主要试剂与仪器52-53
• 3.3.3 分析方法53
• 3.3.4 真空蒸发结晶装置53-54
• 3.4 实验步骤54
• 3.5 结果与讨论54-58
• 3.5.1 晶体成分的鉴定55-56
• 3.5.2 粗晶体的纯化56-58
• 3.6 本章小结58-59
• 第四章 碱溶液中铬酸钾-氯化钾的结晶分离工艺研究59-73
• 4.1 KOH-KCl-K_2CrO_4-H_2O体系结晶分离理论分析59-61
• 4.2 实验方法61-63
• 4.2.1 主要试剂与仪器61-62
• 4.2.2 分析方法62
• 4.2.3 实验主要装置62-63
• 4.2.4 实验步骤63
• 4.3 结果与讨论63-71
• 4.3.1 不同碱度下降温过程中浓度的变化63-65
• 4.3.2 不同碱度下晶体组成及析出率分析65-68
• 4.3.3 不同碱度下的碱量和水量68
• 4.3.4 粗晶体的纯化68-71
• 4.4 本章小结71-73
• 第五章 结论73-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-81
• 研究成果及发表的学术论文81-83
• 个人简介83
• 导师介绍83-85
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书85-86

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