铬铁矿盐酸浸出过程及机理研究.pdf
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1、中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期:2024 年 01 月 12 日 作者简介:全孝勤(1983),男,汉族,陕西西安人,本科学历,地质高级工程师,研究方向为固体矿产勘查。-194-铬铁矿盐酸浸出过程及机理研究 全孝勤1 杨少华2 张 彬3 1.中国冶金地质总局西北地质勘查院,陕西 西安 710119 2.中国冶金地质总局青海地质勘查院,青海 西宁 810007 3.中国冶金地质总局西北局,陕西 西安 710119 摘要:摘要:铬盐是一种化工产品,在诸多领域中广泛应用。目前铬盐的制备主要使用铬铁矿无焙烧生产工艺,虽然具有一定的应用效果,但是仍存在资源利用率不高、铬渣污染环境等相关问题。所以
2、相关人员需要加强研究,深入开发清洁生产工艺,引进先进工艺手段,确保资源充分利用的同时减少污染。铬铁矿酸溶氧化是具有广阔发展前景的清洁生产工艺,能够有序避免污染问题。但是目前关于铬铁矿硫酸浸出工艺,硫酸循环利用难度大、浸出液中铬铁离子分离困难等问题屡见不鲜,所以相关生产工艺在实际应用中具有一定的局限性。为了提高生产效能,本文提出将盐酸作为酸性浸出剂,对铬铁矿盐酸浸出过程及机理进行分析。关键词:关键词:铬铁矿;盐酸;过程;机理;浸出 中图分类号:中图分类号:P624 0 引言 铬盐是指铬及相关化合物的总称,也是应用频率非常高的一种化工产品。其物力性质相对特殊,硬度脆性和耐腐蚀性非常强,目前在诸多领
3、域应用广泛,如耐火材料、冶金、化工产品等。现如今随着社会经济的高速发展,国内铬盐的生产规模逐年扩大,产品研发水平明显提高,市场中铬酸钠等铬化合物品种逐渐增多,我国铬盐产能逐年升高,目前已成为铬盐生产大国。无钙焙烧法是目前铬盐的生产工艺之一,目前较为常用,钙质填料可采用返渣取代,能够减少钙焙烧造成的影响,但是该工艺仍会产生一定的铬渣,且无钙焙烧中大量返渣导致能耗增加,运行成本提高。酸溶氧化工艺已成为重点研究的一个问题,实际生产作业时需要采用过量的硫酸,并在氧化剂的作用下浸出金属离子,之后通过萃取、沉淀等手段将杂质分离,对于满足金属离子产品化的要求具有重要意义。但是该工艺中大量硫酸难以满足循环利用
4、的要求,酸浪费问题严重,且浸出液中由于酸过量,流程复杂,成本较高。所以为了满足可循环使用的要求,需要采取有效手段提高金属分离效率,在铬铁矿酸溶氧化工艺的应用中具有重要作用。1 铬铁矿盐酸生产工艺 铬铁矿主要为岩浆作用生成的一种矿物,在超基性岩中常见,其外观和磁铁矿十分相似,通常为块状或粒状的整合体。铬铁矿的主要成分为铁、镁、铬的氧化物,属于尖晶石,是金属铬的重要来源,可作为高温耐火材料使用。目前铬铁矿在冶金生产工艺中常用,多用于铬铁合金和金属铬的生产。铬铁矿盐酸是铬铁矿和盐酸反应制成的化合物,主要以二氯化铬形式存在,作为一种纯度极高的铬化合物,目前在工业生产中十分常用,如铬盐、金属铬、陶瓷和玻
5、璃等产品的生产制造。生产制备的过程中,需要混合铬铁矿和盐酸,加热至相应温度,反应生成二氯化铬和三氧化二铁。之后通过过滤、洗涤、干燥等工艺流程得到产品。具体而言,铬铁矿盐酸的生产制备主要包括下述流程:(1)原料准备。对铬铁矿进行破碎处理,破碎到一定粒度后混合盐酸,生成混合物。(2)反应。对混合物进行加热处理,使铬铁矿和盐酸发生反应,产生二氯化铬和三氧化二铁。(3)过滤。反应后对混合物过滤处理,分离出固体产物。(4)浓缩。对液体产物进行浓缩处理,使其浓度得到提升。中国科技期刊数据库 工业 A-195-(5)干燥。对浓缩物进行干燥处理,得到最终产品。需要注意,在生产制备期间,产品质量受诸多因素影响,
6、如盐酸浓度、温度、反应时间等,所以具体生产过程中需要严格控制相关参数,以保证产品质量。另外,盐酸的腐蚀性较强,所以生产制备的过程中还要做好安全防护措施。2 铬铁矿盐酸浸出过程及机理 2.1 浸出动力学的理论基础 缩芯模型较为常用,具体指收缩未反应芯,反应表面自内向外持续向固体中心收缩,未反应芯逐渐缩小,目前在矿物颗粒浸出过程的描述中十分常用,也是固-液非均相反应体系中常用的一种模型。按照浸出时是否生成固相产物,可将该模型分为不同的类型:(1)收缩核模型,尺寸不变,浸出反应时固相惰性物残留或形成新的固相产物,反应界面向内部移动;(2)尺寸变化,浸出反应时颗粒持续缩小,并未生成固相产物层,流体为主
7、要产物1。本次研究中铬铁矿盐酸酸浸的过程也是铬铁矿粉与浸出剂浓缩盐位于接触面所出现的一系列化学反应,多相反应是其主要特点,具体表达公式如下:aA(s)dB(g,aq)=cC(g,aq)+dD(s)浸出时铬铁镁铝尖晶石等矿物质和盐酸发生溶解反应并不完全,存在惰性残留物残存的情况,因此实际浸出时,以惰性残留物层的缩芯模型作为基础,同时深入分析铬铁矿在适宜工艺条件下的盐酸浸出动力学。浸出过程中多相反应涉及内容较多,如二次外扩散、二次内扩散、界面化学反应等。通过分析,浸出的反应过程具体包括:(1)反应物的外扩散。浸出反应时浸出剂主要在对流扩散的作用下,通过边界层扩散、迁移至固体产物层。(2)反应物内扩
8、散。浸出剂到达固体产物层的表面,受分子扩散作用的阴性,逐渐向矿物组分反应界面扩散。(3)界面化学反应。浸出剂、矿物组分在反应界面出现一定的化学反应。(4)生成物内扩散。可溶性组分主要由浸出化学反应生成,同时由反应界面逐渐扩散至固体产物层。(5)生成物外扩散。可溶性产物到达固体产物层外表面时,受分子扩散的影响,由内向外扩散到液膜界面,之后受对流扩散的影响进入到浸出溶液2。综合分析浸出的全过程,步骤 1 和 6 属于外扩散,2 和 5属于内扩散,3 属于界面化学反应。不同步骤均伴有一定的阻力,受诸多因素影响,阻力总和对反应速率有直接影响。多数情况下,如果总阻力主要由某一反应环节的阻力决定,该阻力明
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