[发明专利]一种铬铁矿的熔融液相焙烧方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铬铁矿的熔融液相焙烧方法。

背景技术

红矾钠作为基本化工原料，在国民经济中占有重要地位，广泛应用于化工、轻工、冶金、印染、机械、日用五金等行业。红矾钠的原料主要来自于铬铁矿焙烧生产的铬酸钠。铬铁矿的焙烧工艺主要分为有钙焙烧和无钙焙烧。它们的基本原理都是将铬铁矿与纯碱在高温条件下进行氧化焙烧，使矿石中的铬转化为水溶性的铬酸钠。

有钙焙烧排渣量大，渣中Cr⁶⁺含量高，并且含有致癌物铬酸钙，严重污染环境。无钙焙烧使用自产渣返回作填料，虽然降低了排渣量，但在无钙焙烧过程中，大量返渣在焙烧系统中循环，铬氧化速度慢，影响了铬矿转化率。

铬铁矿属尖晶石磁铁矿类，其化学通式为[(Fe，Mg)(Cr，Al，Fe)₂O₄]，成分比较复杂，广泛存在Cr₂O₃、Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO、MgO五种基本组分。

铬铁矿无钙焙烧时铬铁矿同纯碱和氧的基本反应可以简化为：

Cr₂O₃+2Na₂CO₃+1.5O₂＝2Na₂CrO₄+2CO₂

一般情况下可认为铬铁矿无钙焙烧生成铬酸钠的反应机理为：铬尖晶石加热至500℃时，Fe²⁺首先氧化为Fe³⁺，铬铁矿尖晶石晶格发生畸变，势能升高，铬铁矿与纯碱反应生成亚铬酸钠(NaCrO₂)、铝酸钠(NaAlO₂)和铁酸钠(NaFeO₂)。高温氧化气氛中，亚铬酸钠随即同氧和纯碱继续反应生成Na₂CrO₄。铝酸钠和铁酸钠也起着碱的作用，使NaCrO₂氧化为Na₂CrO₄。

可见铬氧化焙烧分为初期和后期两个阶段，且均受化学反应控制。铬氧化焙烧初期和后期的反应机理不同：氧化焙烧初期，铬尖晶石与Na₂CO₃和氧气直接反应生成NaCrO₂，Na₂CO₃在参与铬氧化反应的同时与铬铁矿中的铁化合物和铝化合物分别反应生成NaFeO₂和NaAlO₂；氧化焙烧后期，NaCrO₂与NaFeO₂、NaAlO₂和氧气发生反应生成Na₂CrO₄。

中国专利申请公开CN101066779A采用热混无钙铬酸钠制备工艺，经煅烧、热混、熟化、分拣、破碎和浸取等工序得到铬酸钠碱性液，该方法工艺复杂，未解决炉料结壁和铬矿转化率低的问题。中国专利申请CN98100556.X使用氢氧化钠熔盐介质分解铬铁矿制备铬酸钠，产物在高碱度区浸取，该法虽然降低了反应温度，但该方法配碱率高，所得铬酸钠碱性液中游离碱多，杂质含量高，后期处理工艺复杂，杂质分离时间长达数十小时，因此该方法的生产成本高，工业化难度大。西德专利940288公开的无填料焙烧法所用的窑炉结构包括：有内衬的带底竖壳，顶部有进料口和排气口，供应热空气(约1000℃)的有孔管道，位于下部的通冷空气的管道，炉底接带有破碎设备的受料槽。此炉缺点是不能解决炉瘤。美国专利US3336102采用可旋转的有水平炉底的盘形环炉焙烧由铬矿、纯碱和石灰组成的炉料。由于炉料熔融和形成炉瘤，该装置实际上不适于焙烧无填料的炉料。随着窑炉自由空间被瘤充满，炉料和烟道气无法通过，造成窑炉停产。

因此，对于由铬铁矿焙烧制铬酸钠，仍旧需要解决炉料结壁和提高生产率的问题。

本发明采用的铬铁矿氧化反应器，使铬铁矿在熔盐体系中呈熔融液相，大大地提高了铬的转化率，增加了产量，从根本上解决了无钙焙烧工艺易结壁的问题。

发明内容