资源描述：
《铬铁矿无钙焙烧的反应机理.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、18无机盐工业1997年铬铁矿无钙焙烧的反应机理纪柱(天津化工研究院,天津300131)摘要研究了铬铁矿无钙焙烧反应机理,得出配碱量高低及有无填料对氧化速度、硅铝的副反应均有显著影响;少碱和足碱焙烧的活化能分别为50.3及73.2kJ/K.mol。关键词铬铁矿铬酸钠固相反应反应动力学活化能铬矿无钙(不用白云石、石灰石等钙质填料)焙其值比Al2O3小一个数量级。〔1、2〕烧制取铬酸钠及其物相变化已有报导,现将过程的反应机理作如下探讨。Ⅱ实验用含Cr2O349.31%的铬铁矿(Mg,Fe)Ⅲ(Cr、Al、Fe)2O4(
2、可简写成MgCr2O4及FeCr2O4),主要杂质为Mg、Fe、Si、Al。使用含Na2CO399.88%的试剂纯碱。所用填料为MgO及Fe2O31200℃合成的镁铁矿。1配碱率的影响1.1主要反应铬铁矿无钙焙烧的主要反应有:3MgCr2O4+2Na2CO3+O22Na2CrO4+MgO+2CO2⋯(1)272FeCr2O4+4Na2CO3+O24Na2CrO4+Fe2O3+4CO2⋯⋯2⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(2)SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(3
3、)Al2O3+Na2CO32NaAlO2+CO2⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(4)生成的Na2SiO3、NaAlO2作为Na原料还将进一步反应(式11～16),MgO及Fe2O3则生成镁铁矿MgFe2O4。式(1,2)表明,每kg铬(以Cr2O3计)所需纯碱理论量为1.395kg。实际配碱量与理论量之比称为配碱率,配碱率≤50%称少碱焙烧,>80%称足碱焙烧。生成铬酸钠的碱与实际配碱量之比称为碱利用率。1.2无填料焙烧不用任何填料,铬矿仅与纯碱混合焙烧,其氧化率及碱利用率同配碱率的关系见图1。熟料水溶Al2O3及可熔盐(
4、焙烧温度下的熔液)同配碱率关系图2可熔盐同配碱率关系图见图2。氧化率曲线在配碱<50%时斜率大,>50%斜率变化及极大值出现的原因是炉料中可熔盐后斜率变小;碱利用率曲线在配碱(40～50)%处呈已达到铬矿正常焙烧的阈值30%。例如配碱40%,现极大值。以水溶Al2O3表示的NaAlO2几乎随配可熔盐为28.31%,配碱50%,可熔盐为32.58%超碱量线性增大;以水溶SiO2表示的Na2SiO3亦同,第1期无机盐工业19过了阈值,炉料严重烧结,不利氧气扩散,致氧化率28.5%接近阈值,再增加配碱量,可熔盐超过阈值,
5、增速减慢,碱利用率迅速下降(曲线出现极大值);而炉料烧结。式(3,4)的反应不需氧,也不因烧结而减缓,故水溶SiO2、Al2O3仍随配碱率增大。由此可见,无钙焙烧若不用填料,又要求高碱利〔3〕用率,低硅铝浸出率,就必须走少碱多步焙烧,无〔4,5〕〔6〕钙—有钙焙烧,铬酸钠—碳素铬铁联产,铬酸〔7〕钠—耐火材料联产的路线。这些路线的第一步均为配碱40%左右的少碱焙烧,以过量铬铁矿作填料。由于焙烧后炉料含铬酸钠接近阈值30%,故回转窑的生产能力不会下降。1.3用镁铁矿为填料无钙足碱焙烧最佳温度约1100℃,超过原料Na
6、2CO3及产物Na2CrO4熔点(分别为851℃及792℃),也大于副产物Na2SiO3熔点(1088℃)。研究及生产经验均证实:少量熔液有利于固相反应,但熔液量若>30%,则复盖在铬矿颗粒表面的液层过厚,图3配碱率对氧化率、碱利用率及熔盐影响阻碍氧气扩散进入反应界面,且使炉料烧结成块甚2无钙焙烧动力学至粘附炉壁而停炉。因此30%的熔液量已成为正常2.1无填料配碱40%焙烧,氧化率、碱利用率同焙焙烧的临界值(阈值)。烧温度、时间的关系(配碱50%亦相似)与填料比为了使熔液<30%,应使用填料,使高温熔液大1.5、配
7、碱100%的结果〔填料比(1.8～2.0),配碱部分复盖在填料表面,使未反应铬铁矿颗粒表面的(100～110)%的曲线与其相似〕相比较可见:尽管两液层减薄。种炉料起始含Na2CO3都是21.6%,但少碱无填料适宜的无钙填料应具备:(a)熔点高、化学惰性;的氧化速度明显大于足碱有填料焙烧。例如1000℃(b)易回收反复利用;(c)焙烧时铬矿中的杂质能生平衡(氧化率基本恒定)时间,前者仅1小时,后者需产新的填料,足以补充损耗。2小时。这是由于两者炉料中反应物铬铁矿“浓度”研究了多种填料,实验证明镁铁矿的性能最好;不同的
8、缘故。足碱焙烧时,填料不仅对熔液有稀释作(a)熔点1750℃,在1100℃不熔、不烧结,不与碱或用,也“稀释了”铬铁矿;而少碱焙烧时,过量铬铁矿氧反应;(b)为铁磁性物质,比重大,可用磁选,重选虽稀释了熔液,但却保持了铬铁矿本身的“高浓度”,〔2〕从浸渣中回收;(c)铬铁矿焙烧必然生成镁铁矿,因而Na2CO3同未反应铬铁矿接触面更多,碰撞几可补足浸渣分选时的
