含鉻資源靜態高溫氧化反應條件對鉻氧化率的影響

收稿日期：2023-11-25

基金項目：中央引導地方科技發展資助項目“鋁釩高值化利用項目”（2022ZYDF026）。

作者簡介：冷建軍（1986—），男，四川綿陽人，工程師。研究方向：鉻化工生產研發。

通信作者：高峰（1994—），男，四川綿陽人，工程師。研究方向：鉻化工生產研發。

摘要：本研究以現有回轉窯焙燒工藝為基礎，開發一種新型靜態高溫焙燒工藝。該工藝可適用于處理不同品位和種類的鉻礦石原料，甚至含鉻危廢，可以提高鉻收率，降低能耗。試驗結果表明，反應溫度為

1 050～1 100 ℃，升溫時間為120～150 min，保溫時間為30 min時，可獲得最佳鉻收率。與回轉窯不同，靜態焙燒中，原料細度和料層厚度是影響能耗和反應時間的關鍵因素。粒徑10～20 mm的粉狀原料最適宜。該新工藝擴大低品位難處理鉻資源的利用途徑。

關鍵詞：含鉻資源；靜態高溫氧化；鉻氧化率

中圖分類號：TG172 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）01-00-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.007

influence of static high-temperature oxidation reaction conditions on chromium oxidation rate of chromium containing resources

LENG Jianjun， XIAO Leng， MA Shunyou， XIE Youcai， GAO Feng

（Sichuan Yinhe Chemical Co.， Ltd.， Mianyang 622656， China）

Abstract： Based on the existing rotary kiln roasting process， this study develops a new type of static high-temperature roasting process. This process can be applied to processing chromium ore raw materials of different grades and types， and even chromium containing hazardous waste， which can improve chromium yield and reduce energy consumption. The experimental results show that the optimal chromium yield can be achieved at a reaction temperature of 1 050～1 100 ℃， a heating time of 120～150 min， and a holding time of 30 min. Unlike rotary kilns， in static roasting， the fineness of raw materials and the thickness of the material layer are key factors affecting energy consumption and reaction time. Powdered raw materials with a particle size of 10～20 mm are most suitable. This new process expands the utilization of low grade and difficult to treat chromium resources.

Keywords： chromium containing resources; static high-temperature oxidation; chromium oxidation rate

鉻鹽工業屬于冶金和化工相互交叉的重要領域，鉻鹽相關的化工產品在國民經濟各部門中有廣泛的用途，作為冶金、化工、顏料、制革、金屬表面處理等的重要基礎性原料，對我國發展至關重要。重鉻酸鈉是主要的鉻鹽化工產品，目前生產大都采用回轉窯連續焙燒法[1-2]，此法每生產1 t重鉻酸鈉，就要排放3～4 t有毒的鉻渣，環境污染非常嚴重。生產過程造成的嚴重污染一直制約鉻鹽工業的可持續發展，鉻渣污染現已成為生產中亟待解決的課題。鉻鹽生產技術進步是實現鉻鹽生產清潔化的關鍵途徑。鉻鹽生產過程的本質是將鉻鐵礦中不溶性三價鉻轉化為水溶的六價鉻[3-4]。鉻鐵礦的氧化是鉻鹽生產的關鍵，加堿氧化焙燒法生產鉻鹽的基本原理是：在高溫氧化條件下，加堿使鉻鐵礦中的三價鉻轉化為水溶性鉻鹽。本研究旨在探究不同參數對鉻的氧化率及水溶鉻的影響，開發一種適用范圍廣而又高效節能的新型焙燒工藝。其間通過系統地考察反應溫度、保溫時間和升溫時間等參數對氧化鉻收率的影響，從而確定在降低能耗和縮短反應時間方面具有優勢的最佳技術條件。靜態氧化焙燒新工藝不僅可處理不同品位和種類的鉻礦石原料，還可用于含鉻危廢的綜合利用，相比傳統工藝，具有提高鉻收率和降低能耗的顯著優點。

1 試驗部分

1.1 試驗原料及主要儀器

鉻鐵礦細度不大于80 μm；填料為鉻渣，細度不大于75 μm；純堿為分析純，Na2CO3含量不小于98%。主要儀器有電子天平（精度0.000 1 g）、布氏漏斗、抽濾瓶、真空抽濾機、微孔濾膜（孔徑0.22 μm）、

高溫爐和烘箱。

1.2 試驗原理

焙燒過程中的主反應如式（1）所示。根據不同的試驗目的，進行配料。足堿焙燒，配堿率為106%。通過高溫爐程序設置可控制的升溫時間、保溫時間以及反應溫度。加堿焙燒后的熟料冷卻至室溫后進行研磨，用超純水浸提，測定溶液中總鉻含量。試驗流程如圖1所示。

FeCr2O4+2Na2CO3+7/4O2→2Na2CrO4+1/2Fe2O3+2CO2（1）

2 結果及討論

2.1 反應溫度的影響

反應溫度是鉻氧化率的重要影響因素。在起始溫度400 ℃、原料總鉻含量23%的條件下，設置1 000 ℃、1 050 ℃、1 100 ℃、1 150 ℃、1 200 ℃

五個終點溫度，升溫時間均為120 min，保溫時間為

30 min。試驗結果顯示，焙燒溫度在1 000 ℃，鉻氧化率偏低；隨著反應終點溫度的升高，物料鉻氧化率呈現明顯的升高趨勢，在1 100 ℃時達到最高值。因此，考慮氧化反應的完成度及能耗因素，確定最佳反應溫度為1 100 ℃，超過1 200 ℃則效果不佳。

2.2 升溫時間的影響

在確定的最佳反應溫度1 100 ℃和保溫時間

30 min的條件下，升溫時間對鉻氧化率的影響如圖2

所示。起始溫度為400 ℃，設置75 min、90 min、

120 min、150 min四個升溫時間梯度進行對比，生料總鉻含量為23%。由圖2可知，當升溫時間為120 min

時，鉻氧化率最高，升溫時間超過120 min，鉻氧化率逐漸降低；隨著升溫時間的增加，熟料中水溶性鉻含量有逐漸增大的趨勢，當升溫時間為180 min時，熟料中水溶性鉻含量達到最大值，但此時鉻氧化率不是最高，工業生產經濟性較差。在工業生產應用中，應根據焙燒條件，選擇合適的焙燒升溫時間來提高焙燒

效率。

2.3 保溫時間的影響

在確定最佳升溫時間為120 min的條件下，保溫時間對鉻氧化率的影響如圖3所示。起始溫度為400 ℃，設置0 min、10 min、20 min、25 min、30 min 5個保溫時間梯度進行對比試驗，生料總鉻含量為23%。從圖3可以看出，鉻氧化率隨著保溫時間的增加而增加，保溫時間為30 min時，鉻氧化率最高，達到85.78%；熟料中水溶性鉻含量與保溫時間的關系和鉻氧化率與保溫時間的關系基本一致，當保溫時間為30 min時，熟料中水溶性鉻含量最高。由以上數據可知，保溫時間是提高鉻氧化率的重要影響因素，適當延長保溫時間，將提高鉻氧化率以及熟料中水溶性鉻含量。

2.4 料層厚度的影響

在起始溫度為400 ℃，升溫時間為120 min的條件下，反應溫度及料層厚度對鉻轉化率的影響如表1所示。當反應溫度為1 100 ℃、料層厚度為10 mm時，鉻氧化率最高，為88.23%。在不同反應溫度條件下，相比料層厚度20 mm，料層厚度為10 mm時鉻氧化率更高。焙燒過程中產生的高溫液相附著在料層表面，料層厚度的降低會減少液相膜的厚度，增大固相、液相、氣相的反應接觸面積，物料中鉻氧化率將增大[5-7]。但是，料層厚度過薄，每次反應的物料過少，產出的產品總量將減少，生產成本將增大。適當降低料層厚度，可以保障經濟性，同時提高物料鉻氧化率[8-10]。

3 結論

反應溫度和反應時間是影響物料鉻氧化率的重要因素，合理的焙燒溫度應該控制在1 100 ℃左右，不宜過高，最佳的升溫時間為120 min左右，保溫時間應當在30 min左右。在實際工業生產中，可根據反應條件及生產情況，適當調整具體參數。在靜態焙燒中，料層厚度對反應能耗和反應時間均有影響，是影響物料鉻氧化率的重要因素。根據試驗結果，在合適的反應溫度條件（1 100 ℃）下，料層厚度為

10 mm，物料的鉻氧化率較好，適合靜態焙燒。

參考文獻

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