铬铁强氧化焙烧过程研究

论文摘要

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

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ABSTRACT

第一章文献综述

1.1 铬铁矿概述

1.1.1 矿物组成

1.1.2 用途

1.1.3 资源分布

1.2 铬盐工业的发展历史及铬铁矿氧化过程的研究现状

1.2.1 添加钙质填料焙烧法

1.2.2 少钙焙烧法

1.2.3 无钙液相氧化法

1.2.4 无钙焙烧法

1.3 铬铁矿氧化焙烧反应机理研究现状

1.4 本课题研究的意义、目的及内容

第二章实验原料、设备及方法

2.1 实验原料与设备

2.1.1 实验原料

2.1.2 实验设备

2.2 实验方法

2.3 分析方法

2.3.1 六价铬的测定

2.3.2 总铬的测定

2.3.3 铬氧化率的计算

第三章铬铁矿无钙焙烧体系的反应机理研究

3.1 焙烧过程中的体系

2O-Cr₂O₃-O₂体系'>3.1.1 Na₂O-Cr₂O₃-O₂体系

2O-Fe₂O₃体系'>3.1.2 Na₂O-Fe₂O₃体系

2O-Al₂O₃体系'>3.1.3 Na₂O-Al₂O₃体系

2O-SiO₂体系'>3.1.4 Na₂O-SiO₂体系

2O-Al₂O₃-SiO₂体系'>3.1.5 Na₂O-Al₂O₃-SiO₂体系

3.2 杂质元素对铬氧化焙烧过程的影响

3.2.1 本研究所需合成的原料

3.2.2 杂质铁对铬氧化焙烧过程的影响

3.2.3 杂质铝对铬氧化焙烧过程的影响

3.2.4 杂质硅对铬氧化焙烧过程的影响

3.3 本章小结

第四章铬铁矿氧化焙烧实验研究

4.1 焙烧条件对铬氧化率的影响

4.1.1 配碱量的影响

4.1.2 温度的影响

4.1.3 时间的影响

4.2 添加剂对铬氧化率的影响

4.2.1 提高体系碱性的添加剂

4.2.2 催化焙烧过程的添加剂

4.2.3 增大氧气与炉料接触的添加剂

4.3 铬铁矿强氧化焙烧实验研究

4.3.1 不同温度和时间下的反应规律

4.3.2 焙烧体系液相量的表征

4.4 本章小结

第五章结论与展望

5.1 主要结论

5.2 展望

参考文献

致谢

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