铬矿亚熔盐液相氧化工艺—多元体系溶解平衡的研究

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铬盐是重要的化工与冶金基础原料,其中铬酸钠的产量占到整个铬盐产量的70%。传统的铬铁矿有钙焙烧制备铬盐的工艺,由于能源利用率低、环境污染大等缺点,正逐渐被无钙焙烧、液相氧化等工艺取代。其中铬铁矿液相氧化制铬盐工艺因具有资源及能源利用率高、反应条件温和、污染小等优点备受关注。本论文针对我国资源特色及市场需求,在中科院过程研究所研发的亚熔盐化工冶金技术基础上,提出了以氢氧化钠为反应介质,铬铁矿为原料的液相氧化工艺,拟从源头消除环境污染,并在此基础上,针对铬、铝、硅的后续分离问题,依据相平衡是物质结晶分离的基础,参照产物组成,用静态法测定了新工艺所涉及体系的溶解度数据,构建了溶解度图解析了碱-铬-铝-硅复杂体系中Na2CrO4的溶解度变化。论文主要研究内容如下:(1)构建了以氢氧化钠为反应介质,铬铁矿加压碱浸氧化反应,考察了反应温度、反应时间、氧气压力、矿碱比、碱浓度对铬浸出率的影响,结果表明,在优化工艺条件下,铬的浸出率为99%以上,对反应残渣的XRD和SEM表征表明铬铁矿在氢氧化钠亚熔盐体系溶解过程中存在固态产物层,固相层的主要成分为铁氧化物及镁合物。(2)针对铬铁矿亚熔盐清洁工艺的要求,参照产物的组成,采用平衡分析法,测定了常压下铬铁矿液相氧化生产铬盐工艺分离过程涉及的NaOH–H2O–Na2CrO4、NaOH–H2O–NaAlO2、NaOH–H2O–Na2SiO3三元体系,NaOH–H2O–Na2CrO4–Na2SiO3、NaOH–H2O–Na2CrO4–NaAlO2、NaOH–H2O–Na2SiO3–NaAlO2四元体系及NaOH–H2O–Na2CrO4–Na2SiO3–NaAlO2五元体系中Na2CrO4、NaAlO2、Na2SiO3的溶解度,实验的温度范围为353.15K–403.15K,发现铬酸钠溶解度随NaOH浓度的增高而显著减小,随温度的升高而增加;铝酸钠溶解度亦随温度的升高而增大,但受温度影响大。(3)研究过程分别用理想方程、λ-h方程和Apelblat方程对测量的铬钠溶解度数据进行了回归,发现Apelblat方程可较好的预测Na2CrO4的溶解度(4)铝酸钠、硅酸钠无论单独存在还是同时共存于体系中,均会降低铬酸钠的溶解度,其中铝酸钠对铬酸钠的溶解度影响最大,硅铝共存反而对铬酸钠溶解度的影响最小
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