一种动静组合搅拌系统及铬铁矿液相氧化制备铬盐的工艺技术方案

本发明专利技术公开了一种动静组合搅拌系统，包括搅拌器，还包括与所述搅拌器的搅拌轴平行设置的多个静态搅拌桨，多个所述静态搅拌桨围绕搅拌轴设置，所述搅拌轴的底部安装有搅拌桨叶。另外，本发明专利技术还公开了采用该动静组合搅拌系统进行铬铁矿液相氧化制备铬盐的工艺。本发明专利技术提出了一条铬铁矿液相氧化法制备铬盐的新工艺路线，创新性地解决了铬铁矿浸出过程的固液分离、高碱介质中铬盐的分离，以及中间产物转化为系列铬盐的关键工艺问题，具有很大的工业应用前景。

A dynamic static mixing system and the technology of chromite preparation by liquid phase oxidation

【技术实现步骤摘要】
一种动静组合搅拌系统及铬铁矿液相氧化制备铬盐的工艺
本专利技术属于湿法冶金及多相搅拌反应
，具体涉及一种动静组合搅拌系统及铬铁矿液相氧化制备铬盐的工艺。
技术介绍
铬盐是重要的无机化工产品，我国是铬盐生产第一大国，年产已达40万吨。传统铬盐生产工艺，特别是有钙焙烧技术，由于资源利用率低、产生大量含Cr(VI)的有毒铬渣，已被全面淘汰。目前，铬盐行业普遍采用的是无钙焙烧工艺，虽然产生的铬渣量大幅减少，但仍然未能彻底解决铬渣的污染问题。为此，铬盐清洁生产工艺技术的研发引起了各界的高度重视，其中铬铁矿液相氧化法，又称铬铁矿碱性浸出法，被认为是很具有工业化应用前景的清洁工艺。CN201010146648中提出一种铬铁矿碱浸生产铬酸钠的方法，是目前比较完备的铬铁矿清洁生产工艺，但是该工艺的不足之处是碱浸过程中反应温度较高(180℃～320℃)；浸出后采用先用大量水稀释然后再固液分离的方式，这大大稀释了未反应碱的浓度，严重影响了碱在浸矿中循环使用；使用氧化钙除铝造成含钙废渣的堆积，环境污染问题严重；从铬/碱中分离出的铬酸钠粗产品采用蒸发结晶工艺不易得到纯净产品，同时耗能耗时。在实际铬盐生产应用中还存在以下主要技术问题：(1)高浓度碱与结构稳定的铬铁矿形成的反应体系复杂，导致过程中铬的转化效率较低，需要对反应体系中的传质过程加以强化；(2)为达到高效的铬转化率，碱用量极大，后期回收困难且流程复杂；(3)碱浸液碱浓度大，而反应渣粒度小，致固液分离困难；(4)浸出液中铬盐与碱的分离困难，所得铬盐含碱量大，后期纯化过程复杂。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种动静组合搅拌系统。该系统结构简单，设计合理。在搅拌器的搅拌作用下，搅拌槽内的反应流体旋转流动混合，在稳定运转时会形成一个以搅拌轴为中心的旋转体，旋转体的形成不利于流体内部各组分的混合，本专利技术通过设置多个静态搅拌桨，原来稳定的流体旋转体受到阻碍，破坏了原有的稳定流场的对称性，从而使流体回转、分流，造成流体界面失稳，从而实现了流场中流体混合过程的调控，达到了强化流体混合传质的目的。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种动静组合搅拌系统，包括搅拌器，其特征在于，还包括与所述搅拌器的搅拌轴平行设置的多个静态搅拌桨，多个所述静态搅拌桨围绕搅拌轴设置，所述搅拌轴的底部安装有搅拌桨叶。上述的一种动静组合搅拌系统，其特征在于，多个所述静态搅拌桨距搅拌轴的距离均不相等。上述的一种动静组合搅拌系统，其特征在于，所述静态搅拌桨为板条状搅拌桨、圆柱状搅拌桨或棱柱状搅拌桨。上述的一种动静组合搅拌系统，其特征在于，以搅拌器的搅拌轴为圆心，所述静态搅拌桨的安装半径与搅拌所用容器的半径之比为1:7.5～1:16。另外，本专利技术还提供了一种利用上述动静组合搅拌系统进行铬铁矿液相氧化制备铬盐的工艺，其特征在于，包括：将铬铁矿、氢氧化钠和水加入安装有动静组合搅拌系统的高压反应釜内，在搅拌条件下向高压反应釜内通入氧气进行液相氧化反应，反应结束后泄压冷却，然后将高压反应釜内物料转移至恒温箱内保温沉降，对保温沉降后的物料进行固液分离，得到上清液和反应渣；将所述反应渣经逆流洗涤后分离，得到洗渣液和铁渣；向所述上清液中加入氢氧化钡进行沉淀反应，反应结束后分离得到铬酸钡沉淀A和含铝的碱液B；向所述洗渣液中加入氢氧化钡进行沉淀反应，反应结束后分离得到铬酸钡沉淀C和含铝的碱液D；将所述铬酸钡沉淀A和铬酸钡沉淀C用盐酸溶解，然后加入还原剂，还原反应得到氯化铬和氯化钡的混合溶液，调节所述混合溶液的pH值，使铬以氢氧化铬的形式完全沉淀，固液分离得到氢氧化铬产品。上述的方法，其特征在于，所述液相氧化反应的反应温度为180℃～270℃，氧气分压为1.2MPa～2.6MPa，搅拌转速为500rpm～900rpm，反应时间为1h～5h。上述的方法，其特征在于，氢氧化钠和铬铁矿的质量比为(2～5):1，氢氧化钠的质量为氢氧化钠和水的总质量的30％～60％。上述的方法，其特征在于，所述保温沉降的温度为70℃～150℃，时间为120min～210min。上述的方法，其特征在于，向所述上清液中加入氢氧化钡进行沉淀反应时，氢氧化钡与上清液中铬酸钠的摩尔比为(1～1.2):1，反应时间为1h～2h，反应温度60～80℃；向所述洗渣液中加入氢氧化钡进行沉淀反应时，氢氧化钡与洗渣液中铬酸钠的摩尔比为(1～1.2):1，反应时间为1h～2h，反应温度60～80℃。上述的方法，其特征在于，还包括向所述含铝的碱液D中加入硅酸钠浆料进行沉淀反应，反应结束后分离得到低铝碱液和硅铝酸钠沉淀。上述的方法，其特征在于，所述硅酸钠与含铝的碱液D中的铝酸钠摩尔比为(1～1.2):1。上述的方法，其特征在于，还包括将分离得到的低铝碱液补碱后返回高压反应釜内循环利用。上述的方法，其特征在于，还包括将含铝的碱液B返回高压反应釜内循环利用。上述的方法，其特征在于，所述铬酸钡沉淀A和铬酸钡沉淀C的物质的量之和与盐酸中HCl的物质的量之比为1:(2～5)，盐酸的体积为铬酸钡沉淀A和铬酸钡沉淀C质量之和的4～8倍，其中体积的单位为mL，质量的单位为g，所述还原剂为小分子醇类有机物，还原剂的摩尔量为与铬酸钡理论反应摩尔量的1～5倍。上述的方法，其特征在于，还原反应的搅拌转速为200rpm～400rpm，反应温度为50℃～80℃，反应时间为1h～2h。上述的方法，其特征在于，还原反应后采用氢氧化钡调节所述混合溶液的pH值至8～9。上述的方法，其特征在于，还包括向铬以氢氧化铬的形式完全沉淀后固液分离得到的液相中加入硫酸至钡沉淀完全，得到硫酸钡产品。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术的搅拌系统结构简单，设计合理。在搅拌器的搅拌作用下，搅拌槽内的反应流体旋转流动混合，在稳定运转时会形成一个以搅拌轴为中心的旋转体，旋转体的形成不利于流体内部各组分的混合，本专利技术通过设置多个静态搅拌桨，原来稳定的流体旋转体受到阻碍，破坏了原有的稳定流场的对称性，从而使流体回转、分流，造成流体界面失稳，从而实现了流场中流体混合过程的调控，达到了强化流体混合传质的目的。2、采用本专利技术的动静组合搅拌系统，可以显著提高铬铁矿液相氧化过程中的铬转化率，大大降低反应时间，实现快速高效的铬盐清洁生产方式。3、本专利技术提出了一条铬铁矿液相氧化法制备铬盐的新工艺路线，创新性地解决了铬铁矿浸出过程的固液分离、高碱介质中铬盐的分离，以及中间产物转化为系列铬盐的关键工艺问题，具有很大的工业应用前景。4、本专利技术在铬铁矿液相氧化浸出工艺中，提出采用安装有动静组合搅拌桨的高压反应釜，使反应釜内上方空气相从原来单一区域卷吸进入的混合方式转变为多区域、多位点卷吸进入的多元混合方式，大大强化了反应体系中气-液-固三相的传质过程，提高了浸出反应过程的效率。5、本专利技术创新地提出了铬铁矿在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动静组合搅拌系统，包括搅拌器(1)，其特征在于，还包括与所述搅拌器(1)的搅拌轴(2)平行设置的多个静态搅拌桨(12)，多个所述静态搅拌桨(12)围绕搅拌轴(2)设置，所述搅拌轴(2)的底部安装有搅拌桨叶(4)。/n

【技术特征摘要】
1.一种动静组合搅拌系统，包括搅拌器(1)，其特征在于，还包括与所述搅拌器(1)的搅拌轴(2)平行设置的多个静态搅拌桨(12)，多个所述静态搅拌桨(12)围绕搅拌轴(2)设置，所述搅拌轴(2)的底部安装有搅拌桨叶(4)。


2.根据权利要求1所述的一种动静组合搅拌系统，其特征在于，多个所述静态搅拌桨(12)距搅拌轴(2)的距离均不相等。


3.根据权利要求1或2所述的一种动静组合搅拌系统，其特征在于，所述静态搅拌桨(12)为板条状搅拌桨、圆柱状搅拌桨或棱柱状搅拌桨。


4.根据权利要求2所述的一种动静组合搅拌系统，其特征在于，以搅拌器(1)的搅拌轴(2)为圆心，所述静态搅拌桨(12)的安装半径与搅拌所用容器的半径之比为1:7.5～1:16。


5.一种利用如权利要求1、2或4所述动静组合搅拌系统进行铬铁矿液相氧化制备铬盐的工艺，其特征在于，包括：
将铬铁矿、氢氧化钠和水加入安装有动静组合搅拌系统的高压反应釜内，在搅拌条件下向高压反应釜内通入氧气进行液相氧化反应，反应结束后泄压冷却，然后将高压反应釜内物料转移至恒温箱内保温沉降，对保温沉降后的物料进行固液分离，得到上清液和反应渣；
将所述反应渣经逆流洗涤后分离，得到洗渣液和铁渣；
向所述上清液中加入氢氧化钡进行沉淀反应，反应结束后分离得到铬酸钡沉淀A和含铝的碱液B；
向所述洗渣液中加入氢氧化钡进行沉淀反应，反应结束后分离得到铬酸钡沉淀C和含铝的碱液D；
将所述铬酸钡沉淀A和铬酸钡沉淀C用盐酸溶解，然后加入还原剂，还原反应得到氯化铬和氯化钡的混合溶液，调节所述混合溶液的pH值，使铬以氢氧化铬的形式完全沉淀，固液分离得到氢氧化铬产品。


6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述液相氧化反应的反应温度为180℃～270℃，氧气分压为1.2MPa～2.6MPa，搅拌转速为500rpm～900rpm，反应时间为1h～5h。


7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，氢氧化钠和铬铁矿的质量比为(2～5):1，氢氧化钠的质量为氢...

【专利技术属性】
技术研发人员：全学军，李纲，秦险峰，封承飞，邱发成，罗华政，唐小余，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50