CN103183384B - 一种预焙烧强化亚熔盐分解铬铁矿的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铬铁矿的处理技术领域，具体地，本发明涉及一种预焙烧强化亚熔盐分解铬铁矿的方法。本发明的预焙烧强化亚熔盐分解铬铁矿的方法，包括以下步骤：1）将铬铁矿原料加热焙烧，得到铬铁矿焙烧产物；其中，所述焙烧温度为700～1200℃；焙烧时间为20min～1h；2）将步骤1）得到铬铁矿焙烧产物与碱溶液混合，通入氧化剂，使发生亚熔盐反应；3）加水稀释步骤2）获得的混合料浆产物，然后进行固液分离，得到铬酸盐溶液和滤饼；4）将步骤3）获得的铬酸盐溶液经过除杂处理后获得铬酸盐产品。本发明易于操作，固液分离后的铬酸盐溶液经过除杂，可直接生产铬酸盐产品，也可与铬盐厂后续工段直接接口生产铬化合物下游产品。
Description
技术领域
本发明涉及铬铁矿的处理技术领域，具体地，本发明涉及一种预焙烧强化亚熔盐分解铬铁矿的方法。
背景技术
铬盐工业是化工与冶金交叉的重要基础原料工业，是无机盐工业的一个重要分支。铬酸盐是重要的无机化工基础原料，用于生产重铬酸钾（钠、锂）、铬酸酐、氧化铬、金属铬等产品。国内外已有工业化生产技术是有钙焙烧工艺和无钙焙烧工艺，反应温度为1200℃，资源能源利用率低，且排放大量的高毒性铬渣。其中有钙焙烧工艺，生产1t铬盐产品产生2.5～3t高毒性铬渣，渣中总铬达5%；无钙焙烧利用返渣全部取代含钙填料，大大降低了铬渣的排放量，每吨产品排渣量由原来的2.5t降低至0.8t，但也没从根本上解决问题，铬渣严重污染环境，长期被列为我国污染行业之首。
针对铬盐传统行业资源利用率低、能耗高、污染重的状况，中国科学院过程工程研究所开发了低温亚熔盐液相氧化法，采用氢氧化钠或氢氧化钾溶液为熔盐，通入空气或富氧空气进行气液固三相反应，制备铬酸钠或者铬酸钾。该技术不仅可在300～550℃分解铬铁矿，铬转化率高于99%，且铬渣量少，生产1t产品只产生0.8～1.5t的富铁渣。但该工艺碱矿比较高（一般为5:1～7:1），温度高（一般为320℃～340℃），最主要的是工艺耗时太长（一般为6h）。亚熔盐铬盐清洁生产工艺技术作为新研发的技术，还需进行大量的技术优化工作。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，对亚熔盐液相氧化技术进行进一步的优化。该方法工艺操作简单，无其它污染物产生，降低了碱矿比和反应温度，大大缩短了反应所需要的时间，优化了亚熔盐液相氧化工艺，尤其是可以处理低品位铬铁矿，是一个值得推广应用的方法。
本发明的预焙烧强化亚熔盐分解铬铁矿的方法，包括以下步骤：
1）将铬铁矿原料加热焙烧，得到铬铁矿焙烧产物；其中，所述焙烧温度为700～1200℃；焙烧时间为20min～1h；
2）将步骤1）得到铬铁矿焙烧产物与碱溶液混合，通入氧化剂，使发生亚熔盐反应，获得混合料浆产物；
3）加水稀释步骤2）获得的混合料浆产物，使六价铬及水溶性组分进入液相，然后进行固液分离，得到铬酸盐溶液和滤饼；
4）将步骤3）获得的铬酸盐溶液经过除杂处理后获得铬酸盐产品。
根据本发明的预焙烧强化亚熔盐分解铬铁矿的方法，步骤2）所述碱溶液与铬铁矿焙烧产物质量比为2:1～4:1；所述亚熔盐反应温度为300～320℃，反应时间为1～3h。
本发明的预焙烧强化亚熔盐分解铬铁矿的方法，所用原料铬铁矿为铬含量大于27%的铬铁矿，尤其是铬含量在27%～35.7%的铬铁矿。
根据本发明的预焙烧强化亚熔盐分解铬铁矿的方法，步骤1）所述焙烧用设备优选马弗炉或气氛炉。
根据本发明的预焙烧强化亚熔盐分解铬铁矿的方法，步骤1）所述铬铁矿原料优选粉碎至250目以下。
根据本发明的预焙烧强化亚熔盐分解铬铁矿的方法，步骤2）所述氧化剂为氧含量范围在18%～99.9%的空气、富氧空气或纯氧气，通入量按氧化剂中氧重量与铬铁矿原料的质量比为2:1～4:1通入。
根据本发明的预焙烧强化亚熔盐分解铬铁矿的方法，步骤2）所述碱溶液为浓度75%～90%的氢氧化钠或氢氧化钾溶液。
本发明的预焙烧强化亚熔盐分解铬铁矿的方法，步骤2）反应后得到的混合料浆产物含KOH、K2CrO4、水溶性杂质及富铁尾渣。
本发明的预焙烧强化亚熔盐分解铬铁矿的方法，逆流洗涤后，碱被浓缩回收，进入步骤2）循环使用。
本发明的预焙烧强化亚熔盐分解铬铁矿的方法，步骤3）具体为，稀释步骤2）得到的产物，加入水（加水量一般按照液固质量比为3:1～6:1，优选5:1）使全部的六价铬以及部分水溶性杂质组分进入液相，进行液固分离操作，得到铬酸盐溶液和滤饼，该滤饼经逆流洗涤，洗去残余铬酸盐和碱，得到氧化铁、氧化镁及硅酸盐的固相混合物，洗涤水中碱浓缩后返回步骤2），循环使用。
根据本发明的预焙烧强化亚熔盐分解铬铁矿的方法，步骤3）采用真空抽滤机进行固液分离。
根据本发明的预焙烧强化亚熔盐分解铬铁矿的方法，步骤3）获得的滤饼经逆流洗涤，得到固相混合物。
本发明的预焙烧强化亚熔盐分解铬铁矿的方法，步骤4）制得的铬酸盐产品可以进行铬系下游产品的生产。
本发明具有如下的优点和积极效果：
（1）以铬铁矿为原料，在马弗炉中，设置温度700℃以上，焙烧一段时间，铬铁矿尖晶石结构被高温破坏，暴露出尖晶石里面的Cr2O3，在氢氧化钾高浓度溶液中直接发生氧化反应，得到铬酸盐产品。反应过程中，碱矿比由5:1降低到4:1以下，反应温度由340℃降低到320℃以下，反应时间由6h缩短到3h以内，极大的提高了生产效率。
（2）本发明是焙烧后的铬铁矿在高浓度碱溶液中，一步氧化溶出铬酸盐，由于反应介质是浓碱溶液，可以按化学理论量进行配料，从而使得反应完成液的固液分离极易实现，易于操作，固液分离后的铬酸盐溶液经过除杂，可直接生产铬酸盐产品，也可与铬盐厂后续工段直接接口生产铬化合物下游产品。
附图说明
图1本发明的预焙烧强化亚熔盐分解铬铁矿的方法的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
采用铬含量35.31%，铁含量21.38%，镁含量5.45%，铝含量7.52%，硅含量1.30%的铬铁矿为原料，粉碎至250目以下。首先在马弗炉中焙烧20min，焙烧温度为700℃。用焙烧过的铬铁矿作为原料和氢氧化钾溶液发生亚熔盐反应，配方为铬铁矿30.0g，氢氧化钾与铬铁矿的质量比为4:1，碱溶液浓度为80%。将反应物料加入到反应釜中，通入纯氧气（氧含量99.9%）150L/h，反应温度为300℃，反应时间为2h，反应结束后降温至室温出料，加入一定量的水，进行固液分离，滤饼经过多次洗涤，洗至无六价铬的特征色为止，检测铬转化率为99.25%。得到黄色干滤饼14.36g，含铬0.55%、硅1.12%、铝0.56%。
实施例2
采用铬含量35.31%，铁含量21.38%，镁含量5.45%，铝含量7.52%，硅含量1.30%的铬铁矿为原料，粉碎至250目以下。首先在马弗炉中焙烧1个小时，焙烧温度为900℃。用焙烧过的铬铁矿作为原料和氢氧化钾溶液发生亚熔盐反应，配方为铬铁矿30.0g，氢氧化钾与铬铁矿的质量比为4:1，碱溶液浓度为80%。将反应物料加入到反应釜中，通入纯氧气（氧含量99.9%）150L/h，反应温度为320℃，反应时间为3h，反应结束后降温至室温出料，加入一定量的水，进行固液分离，滤饼经过多次洗涤，洗至无六价铬的特征色为止，检测铬转化率为99.84%。得到黄色干滤饼16.76g，含铬0.10%、硅0.88%、铝0.56%。
实施例3
采用铬含量35.31%，铁含量21.38%，镁含量5.45%，铝含量7.52%，硅含量1.30%的铬铁矿为原料，粉碎至250目以下。首先在马弗炉中焙烧半个小时，焙烧温度为1200℃。用焙烧过的铬铁矿作为原料和氢氧化钾溶液发生亚熔盐反应，配方为铬铁矿30.0g，氢氧化钾与铬铁矿的质量比为4:1，碱溶液浓度为80%。将反应物料加入到反应釜中，通入纯氧气（氧含量99.9%）150L/h，反应温度为300℃，反应时间为2h，，反应结束后降温至室温出料，加入一定量的水，进行固液分离，滤饼经过多次洗涤，洗至无六价铬的特征色为止，检测铬转化率为99.42%。得到黄色干滤饼16.22g，含铬0.38%、硅0.62%、铝0.66%。
实施例4
采用铬含量35.31%，铁含量21.38%，镁含量5.45%，铝含量7.52%，硅含量1.30%的铬铁矿为原料，粉碎至250目以下。首先在马弗炉中焙烧半个小时，焙烧温度为700℃。用焙烧过的铬铁矿作为原料和氢氧化钾溶液发生亚熔盐反应，配方为铬铁矿30.0g，氢氧化钾与铬铁矿的质量比为3:1，碱溶液浓度为80%。将反应物料加入到反应釜中，通入纯氧气（氧含量99.9%）150L/h，反应温度为320℃，反应时间为2h，，反应结束后降温至室温出料，加入一定量的水，进行固液分离，滤饼经过多次洗涤，洗至无六价铬的特征色为止，检测铬转化率为99.05%。得到黄色干滤饼15.7g，含铬0.64%、硅1.21%、铝0.91%。
实施例5
采用铬含量27%，铁含量21.38%，镁含量5.45%，铝含量7.52%，硅含量1.30%的铬铁矿为原料，粉碎至250目以下。首先在马弗炉中焙烧半个小时，焙烧温度为700℃。用焙烧过的铬铁矿作为原料和氢氧化钾溶液发生亚熔盐反应，配方为铬铁矿30.0g，氢氧化钾与铬铁矿的质量比为2:1，碱溶液浓度为80%。将反应物料加入到反应釜中，通入纯氧气（氧含量99.9%）200L/h，反应温度为300℃，反应时间为1h，反应结束后降温至室温出料，加入一定量的水，进行固液分离，滤饼经过多次洗涤，洗至无六价铬的特征色为止，检测铬转化率为91.57%。得到黄色干滤饼17.9g，含铬4.99%、硅1.25%、铝1.27%。
实施例6
采用铬含量35.7%，铁含量21.08%，镁含量5.50%，铝含量7.43%，硅含量1.30%的铬铁矿为原料，粉碎至250目以下。首先在马弗炉中焙烧1个小时，焙烧温度为700℃。用焙烧过的铬铁矿作为原料和氢氧化钠溶液发生亚熔盐反应，配方为铬铁矿30.0g，氢氧化钠与铬铁矿的质量比为4:1，碱溶液浓度为75%。将反应物料加入到反应釜中，通入空气（氧含量18%）150L/h，反应温度为300℃，反应时间为3h，反应结束后降温至室温出料，加入一定量的水，进行固液分离，滤饼经过多次洗涤，洗至无六价铬的特征色为止，检测铬转化率为99.50%。得到黄色干滤饼15.36g，含铬0.51%、硅1.20%、铝0.52%。
实施例7
采用铬含量27%，铁含量25.18%，镁含量5.30%，铝含量7.38%，硅含量1.60%的铬铁矿为原料，粉碎至250目以下。首先在气氛炉中焙烧20min，焙烧温度为1200℃。用焙烧过的铬铁矿作为原料和氢氧化钾溶液发生亚熔盐反应，配方为铬铁矿30.0g，氢氧化钠与铬铁矿的质量比为3:1，碱溶液浓度为90%。将反应物料加入到反应釜中，通入纯氧气（氧含量99.9%）200L/h，反应温度为320℃，反应时间为2h，反应结束后降温至室温出料，加入一定量的水，进行固液分离，滤饼经过多次洗涤，洗至无六价铬的特征色为止，检测铬转化率为99.30%。得到黄色干滤饼16.26g，含铬0.47%、硅1.13%、铝0.72%。
Claims (5)
1.一种预焙烧强化亚熔盐分解铬铁矿的方法，包括以下步骤：
1)将铬铁矿原料加热焙烧，得到铬铁矿焙烧产物；其中，所述焙烧温度为700～1200℃；焙烧时间为20min～1h；所述铬铁矿原料为铬含量在27％～35.7％的铬铁矿；
2)将步骤1)得到铬铁矿焙烧产物与碱溶液混合，按氧化剂中氧重量与铬铁矿原料的质量比为2:1～4:1通入氧化剂，使发生亚熔盐反应，获得混合料浆产物；其中，所述碱溶液与铬铁矿焙烧产物质量比为2:1～4:1；所述亚熔盐反应温度为300～320℃，反应时间为1～3h；所述碱溶液为质量百分比浓度75％～90％的氢氧化钠或氢氧化钾溶液；
3)按液固质量比3:1～6:1加水稀释步骤2)获得的混合料浆产物，使六价铬及水溶性组分进入液相，然后进行固液分离，得到铬酸盐溶液和滤饼；
4)将步骤3)获得的铬酸盐溶液经过除杂处理后获得铬酸盐产品。
2.根据权利要求1所述的预焙烧强化亚熔盐分解铬铁矿的方法，其特征在于，步骤2)所述氧化剂为氧含量范围在18％～99.9％的空气、富氧空气或纯氧气。
3.根据权利要求1所述的预焙烧强化亚熔盐分解铬铁矿的方法，其特征在于，步骤3)采用真空抽滤机进行固液分离。
4.根据权利要求1所述的预焙烧强化亚熔盐分解铬铁矿的方法，其特征在于，步骤3)获得的滤饼经逆流洗涤，得到固相混合物。
5.根据权利要求1或4所述的预焙烧强化亚熔盐分解铬铁矿的方法，其特征在于，所述逆流洗涤后，碱被浓缩回收，进入步骤2)循环使用。
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