铬酸钾 碳酸钾高效分离研究 Ⅱ．结晶工艺实验研究.doc

铬酸钾-碳酸钾高效分离研究 Ⅱ．结晶工艺实验研究 科研开发化工科技,2007,15(6):5～8SCIENCEIECHNOLOGYINCHEMICAIINDUSTRY 铬酸钾一碳酸钾高效分离研究* Ⅱ.结晶工艺实验研究 杜春华,张懿.,郑诗礼.,洪涛. (1青岛农,大学山东省农业仿生应用工程技术研究中心,山东青岛266109;2.中国科学院过程工程研究所,北京100080) 摘要:针对铬酸钾碳化法生产重铬酸钾母液利用过程,研究了K:C()3一C一HO体系蒸发一冷 却结晶过程工艺条件.发现控制过饱和度的产生速率是过程控制的关键,少量铝,硅杂质的存在会在一 定程度上抑制成核.铬酸钾的回收率可达95以上,实现了碳酸钾与铬酸钾的高效分离. 关键词:清洁生产;铬酸钾;蒸发结晶;过饱和度 中图分类号:TQ136.11文献标识码:A文章编号:1008—0511(2007)06—0005-04 铬酸钾一碳酸钾的高效分离是铬盐清洁工艺 亚熔盐介质再生的重要环节.依据前文[]的 KzCO.一KzCrO一HzO体系热力学分析,蒸发结晶 是分离过程调控的关键.有关K.C()3一K.CrO一 HzO体系铬酸钾结晶行为方面的研究尚未见文 献报道.考虑到工业生产常采用真空操作以延长 结晶器的寿命并降低蒸汽等级和消耗量,作者采 用真空蒸发结晶. 铬酸钾是重要的铬化合物生产原料.由于生 产铬酸钾的铬铁矿常含有一定量的铝与硅,难免 有少量杂质随铬酸钾进入下游产品工序.作者以 铬酸钾碳化法生产重铬酸钾的母液利用为研究对 象,故需探讨铝,硅杂质对铬酸钾结晶分离过程的 影响,这方面的研究也未见公开报道. 1理论分析 结晶机理[.]分两步,第一步是成核,第二步 是晶体生长.成核分为初级成核与二次成核,二 次成核是绝大多数结晶器工作时的主要成核机 理,是决定结晶粒度分布(CS1))的关键因素之一. 在工业结晶中,成核速率采用半经验方程表示[. 收稿日期:2007—08—07 作者简介::杜春华(1972一),男,山东东平人,青岛农业大 学工程师,讲师,博士,主要从事清洁生产方向的基础与 应用研究. *基金项目:中科院知识创新重大项目(KCCX1一SW一22); 国家863计划资助项FI(2005AA647010);国家自然科学 重点基金项目. B—KA(午(1) 式中:B_成核速率,数目/(?s);K一成核 速率常数;一成核指数;△过饱和度;M,厂一悬浮 密度,kg/;一常数.对于特定的物系,K,,均 与温度,杂质含量,流体力学情况等因素有关. 在工业结晶中,结晶生长速率也常表示为半 经验形式』. G—KC(2) 式中:一以晶体线性成长计算的结晶成长 速率;K一成长动力学常数;△C___过饱和度;g__ 成长指数.对于特定的物系,g与K均与温度, 晶体粒度,杂质含量,流体力学情况等有关. 据式(1)及式(2),结晶器的过饱和度水平对结 晶成核,生长过程具有决定性影响.对于蒸发结 晶,溶剂的蒸发速率直接影响过饱和度的产生速 率,进而对结晶成核,生长,聚结等产生重要影响. 若过饱和度过大,即生成新相的推动力过大,将导 致大量细晶生成,给下游分离工艺造成不利影响. 作者采用改变结晶器搅拌速率的方法考察结晶体 系的流体力学状况的影响.对许多物系,质量分数 为千分之一以下的微量杂质即可显着地促进或抑 制结晶成核,生长速率wj,目前杂质对特定结晶体 系的影响尚难以预测,也须借助实验考察. 2实验部分 2.1实验装置 真空蒸发实验装置见图1.由玻璃制造,容 ?6?化工科技第l5卷 积为1I.搅拌系统主要由聚四氟搅拌桨,可调 速搅拌机组成.控温系统主要包括恒温磁力搅拌 油浴锅,冷却水控制设施.回流控制系统由回流 控制器,冷凝器,冷凝水接收计量器组成,通过控 制移出系统的冷凝水量控制蒸发深度.抽真空系 统主要由水环真空泵构成. l一结晶器;2一油浴;3一搅拌器;4一回流控制器;5一冷凝器; 6一控制阀;7一温度计;8—接收计量器;9一升降台;lO一流星 计;11一调速器;l2一缓冲罐;l3一真空泵 图1真空蒸发结晶实验装置 2.2实验步骤 据K2CO3一K2CrO4一H2O体系等温蒸发过程 相图分析_1],只有当体系点由未饱和区移动到铬 酸钾的饱和液相线上时开始调控结晶条件才有实 际意义,作者依据碳化母液的热解液中各组分的 比例配制100℃的饱和溶液,具体为(K2CO3) =31.5,(K2Cr04)=14.5,所有实验皆以 此为原始料液. 料液先在结晶器中于102℃下稳定一段时 间,以消除可能存在的颗粒组分,再调至100℃开 始真空蒸发操作,蒸发至碳酸钾质量分数约50 时将晶浆保温过滤,分析滤液及湿滤饼组成,滤饼 干燥后进行筛析. 2.3主要试剂与仪器 铬酸钾:AR;