專利名稱：一種鉻鹽清潔生產(chǎn)工藝中氧化鋁的分離方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種鉻鹽清潔生產(chǎn)工藝中氧化鋁的分離方法，涉及一種液-液萃取技術(shù)從高苛性比、高苛性鉀濃度的循環(huán)鉀堿液中分離氫氧化鉀，從而調(diào)整堿液苛性比至氫氧化鋁可種分要求，同時獲得高濃度氫氧化鉀堿液的方法。
背景技術(shù)：
鉻是我國重要的戰(zhàn)略金屬資源，鉻鹽工業(yè)是無機化工與冶金材料交叉的重點行業(yè)。由于傳統(tǒng)工藝技術(shù)落后，鉻回收率僅為75%，生產(chǎn)每噸產(chǎn)品要產(chǎn)生2. 0-2. 5噸高毒性鉻渣。為從源頭削減劇毒鉻渣排放量，中國科學院過程工程研究所自主研發(fā)了亞熔鹽鉻鹽清潔生產(chǎn)技術(shù)，采用氫氧化鉀亞熔鹽介質(zhì)分解鉻鐵礦，鉻轉(zhuǎn)化率可達99%以上，渣量降至0. 5 噸/噸產(chǎn)品，且可用于生產(chǎn)脫硫劑產(chǎn)品，實現(xiàn)鉻渣的全部綜合利用。在鉻鐵礦液相氧化分解過程中，由于鉻鐵礦中氧化鋁含量高、二氧化硅含量低，一部分氧化鋁除和二氧化硅生成鋁硅酸鉀進入渣相外，其余的氧化鋁將進入循環(huán)堿液，必將造成氧化鋁在循環(huán)堿液中的積累， 影響鉻鹽生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。該循環(huán)堿液苛性堿濃度高，氫氧化鉀濃度在300_700g/L之間，苛性比(氫氧化鉀和鋁的摩爾比)在2. 5以上。傳統(tǒng)碳酸化分解過程使氫氧化鉀轉(zhuǎn)變?yōu)樾杩粱奶妓徕?，對此高堿體系不適用；傳統(tǒng)晶種分解工藝對鋁酸鉀堿液苛生比有一定的要求，高于2. 5時分解率低，除鋁率小，高于4時，鋁幾乎不能析出。鉻鹽清潔工藝中該股循環(huán)堿液堿高鋁低，苛性比尚不滿足種分要求，為此需研發(fā)苛性比調(diào)整新方法，即將氫氧化鉀從該循環(huán)堿液中分離出來，調(diào)整苛性比至1.8以下而進入種分系統(tǒng)。近年來，美國橡樹嶺國家實驗室為從處理核廢物的堿性廢液中回收堿，提出了液-液萃取分離氫氧化鉀的方法。在他們申請的專利和發(fā)表的論文中，推薦采用氟代醇和大環(huán)冠醚為萃取劑，也試用烷基酚為萃取劑。但其技術(shù)方案對本發(fā)明的高鉀堿體系不甚適用，具體原因是(1)氟代醇和大環(huán)冠醚成本高，不適宜經(jīng)濟應用于萃取行業(yè)；( 所選用的烷基酚萃取劑適合于處理低濃度的氫氧化鉀液，由于萃取和反萃是逆過程，萃取容易則反萃難，反之亦然，如萃取劑酸性強，可萃取較低堿濃度體系中的氫氧化鉀，但反萃只能獲得低濃度的堿液；因此其選擇的烷基酚萃取劑萃取/反萃處理后得到的氫氧化鉀液與亞熔鹽鉻鹽清潔工藝銜接時將帶來額外的蒸發(fā)能耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對已有技術(shù)的不足，對萃取體系，主要是萃取劑，進行進一步地改性；通過萃取劑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，調(diào)控萃取劑的萃取性能，使萃取和反萃過程適用于亞熔鹽鉻鹽清潔工藝的高堿循環(huán)堿液體系。通過鉀往油相的轉(zhuǎn)移調(diào)整原堿液中的苛性比至1.8 以下，從而可通過種分過程提取氫氧化鋁；負載鉀的油相反萃獲得高濃度氫氧化鉀液，與亞熔鹽鉻鹽清潔工藝高效銜接。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
—種鉻鹽清潔生產(chǎn)工藝中氧化鋁的分離方法，是采用具有某特定結(jié)構(gòu)的有機物與循環(huán)堿液進行多級萃取反應，使其中的部分鉀轉(zhuǎn)移至油相，從而調(diào)整原堿液的苛性比至1. 8 以下，飽和鉀的油相用稀氫氧化鉀液經(jīng)多級反萃后獲得高濃度堿液返回至亞熔鹽清潔工藝系統(tǒng)，并同時實現(xiàn)萃取劑的再生循環(huán)。其特征在于該方法的操作過程包括(a)用脂肪醇、烷烴、或脂肪醇和烷烴混合物為稀釋劑，用不溶于水、溶解于脂肪醇或者烷烴的、酚羥基鄰位被具空間位阻的叔丁基取代、其它間位或?qū)ξ槐煌檠趸?、羥烷基或烷基取代的烷基酚為萃取劑；用稀釋劑稀釋的一定濃度萃取劑的有機體系與循環(huán)堿液按油水比1-10 1進行多級逆流或錯流萃取，萃取溫度為20-60°C，萃取級數(shù)為1-10，每級萃取時間為5-20分鐘；(b)步驟(a)結(jié)束后，最后一級出流的水相苛性比降至1. 8以下，作為本萃取系統(tǒng)出口堿液，用于進一步種分提取氫氧化鋁；(C)步驟(b)分離出來的負載油相與低濃度氫氧化鉀液在多級混合澄清槽中按油水比1-10 1進行多級逆流反萃，反萃溫度為20-60°C，反萃級數(shù)為1-10，每級反萃時間為 5-20分鐘；(d)步驟(c)結(jié)束后，最后一級出流的水相為高濃度氫氧化鉀液，作為本反萃系統(tǒng)出口堿液，返回至亞熔鹽清潔工藝系統(tǒng)；(e)將步驟(d)分離出來的油相返回，重新按照步驟(a)至步驟(d)的順序循環(huán)處理新一批循環(huán)堿液。本發(fā)明的方法，其特征在于稀釋劑為C6-C11的脂肪醇、C6-C16的烷烴、或C6-C11 的脂肪醇和C6-C16的烷烴混合物。本發(fā)明的方法，其特征在于烷基酚萃取劑的其它間位或?qū)ξ槐惶荚訑?shù)為13-16 的烷基部分取代或完全取代。本發(fā)明的方法，其特征在于萃取劑濃度為0. 5-2. 5摩爾/升。本發(fā)明的方法，其特征在于待處理循環(huán)堿液的氫氧化鉀濃度為300_700g/L，苛性比(氫氧化鉀與鋁的摩爾比)為2. 5-5. 0。本發(fā)明的方法，其特征在于反萃前液為氫氧化鉀濃度為50_250g/L的低濃度堿液。一種鉻鹽清潔生產(chǎn)工藝中氧化鋁的分離方法，是對已有研究基礎(chǔ)的改進和創(chuàng)新； 采用脂肪醇、烷烴或者脂肪醇和烷烴混合物稀釋的具有特定結(jié)構(gòu)的烷基酚為萃取劑，萃取分離循環(huán)鉀堿液中的氫氧化鉀，從而調(diào)整其苛性比至1.8以下，滿足氫氧化鋁的種分要求， 同時油相反萃獲得高濃度氫氧化鉀堿液返回亞熔鹽清潔工藝系統(tǒng)；此結(jié)構(gòu)的烷基酚利用鄰位叔丁基基團的空間位阻、以及其它間位和對位烷氧基、羥烷基或烷基的疏水性能，調(diào)整萃取劑的萃取性能，可用于本發(fā)明針對的中高氫氧化鉀濃度的鉀堿體系。本發(fā)明的應用，為亞熔鹽鉻鹽清潔生產(chǎn)工藝中雜質(zhì)鋁的回收提供一個有效的方法。
具體實施方案用C6-C11的脂肪醇、C6-C16的烷烴、或脂肪醇和烷烴混合物為稀釋劑，用鄰位被叔丁基取代、其它間位或?qū)ξ槐煌檠趸?、羥烷基或C13-C16的烷基取代的烷基酚為萃取劑； 稀釋劑稀釋的萃取劑濃度為0. 5-2. 5摩爾/升的有機體系與循環(huán)鉀堿液(氫氧化鉀濃度為300-70(^/1，苛性比為2.5-5.0)按油水比1-10 1進行多級逆流或錯流萃取，控制萃取溫度為20-60°C，萃取級數(shù)為1-10，每級攪拌接觸5-20分鐘；萃取最后一級出流的水相苛性比降至1.8以下，作為本萃取系統(tǒng)出口堿液；萃取系統(tǒng)得到的負載油相與氫氧化鉀濃度為 50-250g/L的稀堿液按油水比1-10 1進行多級逆流反萃，反萃溫度為20-60°C，反萃級數(shù)為1-10，每級攪拌接觸5-20分鐘；反萃最后一級出流的水相為高濃度氫氧化鉀液，作為本反萃系統(tǒng)出口堿液；反萃后的有機返回至萃取系統(tǒng)，重新處理新一批的循環(huán)堿液。下面結(jié)合實例對本發(fā)明的工藝作進一步的說明。實施例1用ClO-Cll的脂肪醇和C7-C8的烷烴稀釋的2. 5mol/L的2_叔丁基_4_乙氧基苯酚(CAS =25762-84-9)作為萃取劑，與循環(huán)堿液(氫氧化鉀濃度為500g/L，苛性比為2. 5) 按油水比10 1在40°C經(jīng)單級萃取，萃取時間為10分鐘，萃取出流水相氫氧化鉀濃度為 343g/L，苛性比為1. 37，滿足種分要求；負載有機用氫氧化鉀濃度為170g/L的稀堿液按油水比10 1在60°C經(jīng)單級反萃，反萃時間為10分鐘，反萃出流水相氫氧化鉀濃度為327g/ L，返回至亞熔鹽鉻鹽清潔工藝系統(tǒng)。實施例2用正辛醇稀釋的0. 5mol/L的2_叔丁基_5_十五烷基苯酚(CAS =32360-03-5)作為萃取劑，與循環(huán)堿液(氫氧化鉀濃度為600g/L，苛性比為3.0)按油水比5 1在20°C經(jīng) 3級逆流萃取，萃取時間為20分鐘，萃取出流水相氫氧化鉀濃度為310g/L，苛性比為1. 55， 滿足種分要求；負載有機用氫氧化鉀濃度為50g/L的稀堿液按油水比4 1在50°C經(jīng)3級逆流反萃，反萃時間為20分鐘，反萃出流水相氫氧化鉀濃度為293g/L，返回至亞熔鹽鉻鹽清潔工藝系統(tǒng)。實施例3用C6-C8的脂肪醇和C12-C14的烷烴稀釋的1. 5mol/L的2_叔丁基_4-(3_羥丙基)苯酚(CAS :95970-34-6)作為萃取劑，與循環(huán)堿液(氫氧化鉀濃度為450g/L，苛性比為 2. 5)按油水比7 1在30°C經(jīng)5級逆流萃取，萃取時間為15分鐘，萃取出流水相氫氧化鉀濃度為321g/L，苛性比為1. 78，滿足種分要求；負載有機用氫氧化鉀濃度為160g/L的稀堿液按油水比7 1在60V經(jīng)5級逆流反萃，反萃時間為15分鐘，反萃出流水相氫氧化鉀濃度為287g/L，返回至亞熔鹽鉻鹽清潔工藝系統(tǒng)。實施例4用異辛醇稀釋的1. 5mol/L的2_叔丁基_4_甲氧基苯酚(CAS :121-00-6)作為萃取劑，與循環(huán)堿液(氫氧化鉀濃度為350g/L，苛性比為2. 6)按油水比1 1在25°C經(jīng)10 級逆流萃取，萃取時間為5分鐘，萃取出流水相氫氧化鉀濃度為236g/L，苛性比為1. 75，滿足種分要求；負載有機用氫氧化鉀濃度為104g/L的稀堿液按油水比1 1在40°C經(jīng)10級逆流反萃，反萃時間為5分鐘，反萃出流水相氫氧化鉀濃度為218g/L，返回至亞熔鹽鉻鹽清潔工藝系統(tǒng)。實施例5用正辛醇稀釋的0. 75mol/L的2-叔丁基-5-十五烷基苯酚(CAS =32360-03-5)作為萃取劑，與循環(huán)堿液(氫氧化鉀濃度為650g/L，苛性比為4. 8)按油水比8 1在經(jīng) 8級錯流萃取，萃取時間為20分鐘，萃取出流水相氫氧化鉀濃度為245g/L，苛性比為1. 79，滿足種分要求；負載有機用氫氧化鉀濃度為100g/L的稀堿液按油水比3. 5 1在30°C經(jīng) 10級逆流反萃，反萃時間為20分鐘，反萃出流水相氫氧化鉀濃度為211g/L，返回至亞熔鹽
鉻鹽清潔工藝系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1. 一種鉻鹽清潔生產(chǎn)工藝中氧化鋁的分離方法，其特征在于該方法的操作過程包括(a)用C6-C11的脂肪醇、C6-C16的烷烴、或C6-C11的脂肪醇和C6-C16的烷烴的混合物為稀釋劑，用不溶于水、溶解于脂肪醇或者烷烴的、酚羥基鄰位被具空間位阻的叔丁基取代、其它間位或?qū)ξ槐煌檠趸⒘u烷基或C13-C16的烷基取代的烷基酚為萃取劑；用稀釋劑稀釋的0. 5-2. 5摩爾/升的萃取劑的有機體系與循環(huán)堿液(氫氧化鉀濃度為300-700g/L， 苛性比(氫氧化鉀與鋁的摩爾比)為2. 5-5.0)按油水比1-10 1進行多級逆流或錯流萃取，萃取溫度為20-60°C，萃取級數(shù)為1-10，每級萃取時間為5-20分鐘；(b)步驟(a)結(jié)束后，最后一級出流的水相苛性比降至1.8以下，作為本萃取系統(tǒng)出口堿液，用于進一步種分提取氫氧化鋁；(c)步驟(b)分離出來的負載油相與氫氧化鉀濃度為50-250g/L的低濃度堿液在多級混合澄清槽中按油水比1-10 1進行多級逆流反萃，反萃溫度為20-60°C，反萃級數(shù)為 1-10，每級反萃時間為5-20分鐘；(d)步驟(c)結(jié)束后，最后一級出流的水相為高濃度氫氧化鉀液，作為本反萃系統(tǒng)出口堿液，返回至亞熔鹽鉻鹽清潔生產(chǎn)工藝系統(tǒng)；(e)將步驟(d)分離出來的油相返回，重新按照步驟(a)至步驟(d)的順序循環(huán)處理新一批循環(huán)堿液。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用液-液萃取技術(shù)從高苛性比、高苛性鉀濃度的循環(huán)鉀堿液中分離氫氧化鉀，從而調(diào)整堿液苛性比至氫氧化鋁可種分要求(1.8以下)，同時獲得高濃度氫氧化鉀堿液的方法。是用溶解于脂肪醇、烷烴、或脂肪醇和烷烴混合物的、酚羥基鄰位被叔丁基取代、其它間位或?qū)ξ槐煌檠趸?、羥烷基或烷基取代的烷基酚為萃取劑，將循環(huán)鉀堿體系中部分鉀經(jīng)液液萃取轉(zhuǎn)移至油相，后用氫氧化鉀稀堿液將油相負載的鉀轉(zhuǎn)移至水相的過程。反萃后實現(xiàn)萃取劑的再生循環(huán)，苛性比調(diào)整后的鉀堿液可進一步種分得氫氧化鋁。該萃取反萃過程可操作在鉻鹽清潔工藝循環(huán)堿液的堿濃度區(qū)間。本發(fā)明的應用，為亞熔鹽鉻鹽清潔生產(chǎn)工藝中雜質(zhì)鋁的回收提供一個有效的方法。
文檔編號C01F7/02GK102336423SQ201010233130
公開日2012年2月1日 申請日期2010年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月16日
發(fā)明者張懿, 張盈, 杜浩, 王少娜, 王曉輝, 鄭詩禮, 馬淑花 申請人:中國科學院過程工程研究所