铬铁强氧化焙烧过程研究

作     者：王俊娥 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周秋生;刘桂华

授予年度：2011年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：铬铁矿 无钙焙烧 机理 添加剂 强化 

摘      要：无钙焙烧法是以铬铁矿为原料生产铬盐的技术发展方向,但目前在我国95%以上的铬盐产能采用落后的有钙焙烧工艺,极少数采用无钙焙烧法的工厂在实际生产过程中又遇到许多问题：铬氧化慢(～2h)、铬氧化率低(76%)以及容易出现结圈现象等。为了强化铬铁矿无钙氧化焙烧过程,本文进一步完善了铬铁矿无钙焙烧体系的反应机理,并在理论指导下寻找出一种添加剂来促进氧化焙烧反应过程,同时,通过实验研究确定了最佳反应条件。 本文以实验室合成的尖晶石型化合物为原料,较系统地研究了铬铁矿无钙焙烧体系中杂质铁、铝和硅对矿石中Cr(Ⅲ)氧化率的影响规律及其机理。结果表明：铬铁矿中杂质铁对Cr(Ⅲ)的氧化率无明显影响。焙烧过程中FeO被氧化后得到的Fe2O3先与Na2CO3反应生成中间产物NaFeO2,它在体系中仍起着碱的作用,使铬的氧化反应继续进行,整个Cr(Ⅲ)氧化过程的反应速率均较快;杂质铝能明显抑制Cr(Ⅲ)的氧化。其主要原因是：在焙烧过程中Al2O3与Cr2O3和MgO反应生成相对稳定、难溶的多元复杂氧化物MgO·(Cr203)0.5·(Al203)0.5。此外,A12O3与Na2CO3反应生成Na2O·Al2O3,但Na2O·Al203难以进一步与MgO·(Cr203)0.5·(Al203)0.5反应生成Na2CrO4;杂质硅可阻碍Cr(Ⅲ)的氧化过程,这主要是由于当温度高于1173K时,Na2SiO3和Cr2O3发生的氧化反应可逆向进行,使生成的Na2CrO4部分发生分解,从而导致铬的氧化率降低。 基于铬铁矿无钙焙烧体系的氧化反应机理,本文开展了较系统的铬铁矿氧化焙烧实验研究。结果表明：焙烧反应的最佳条件是配碱量为理论量的110%-120%,焙烧温度为1323K,反应时间为30min-60min;向体系添加物质A可明显提高铬氧化率,其主要原因是：添加剂A的加入可使氧化焙烧体系的液相量明显降低;在1223K～1323K温度范围内,随着焙烧温度的升高,焙烧体系中的液相量基本保持不变,有利于氧气向焙烧体系的扩散,此时物质A对Cr(Ⅲ)的氧化反应有最大程度的促进作用,铬的氧化率可达98%以上