一種鉻鐵礦的熔融液相焙燒方法

2023-12-02 02:12:46

專利名稱：一種鉻鐵礦的熔融液相焙燒方法
技術領域：
本發明涉及ー種鉻鐵礦的熔融液相焙燒方法。
背景技術：
紅礬鈉作為基本化工原料，在國民經濟中佔有重要地位，廣泛應用於化工、輕エ、冶金、印染、機械、日用五金等行業。紅礬鈉的原料主要來自於鉻鐵礦焙燒生產的鉻酸鈉。鉻鐵礦的焙燒エ藝主要分為有鈣焙燒和無鈣焙燒。它們的基本原理都是將鉻鐵礦與純鹼在高溫條件下進行氧化焙燒，使礦石中的鉻轉化為水溶性的鉻酸鈉。
有鈣焙燒排渣量大，渣中Cr6+含量高，並且含有致癌物鉻酸鈣，嚴重汙染環境。無鈣焙燒使用自產渣返回作填料，雖然降低了排渣量，但在無鈣焙燒過程中，大量返渣在焙燒系統中循環，鉻氧化速度慢，影響了鉻礦轉化率。鉻鐵礦屬尖晶石磁鐵礦類，其化學通式為[(Fe，Mg) (Cr, Al，Fe)204]，成分比較複雜，廣泛存在Cr203、A1203、Fe203、FeO、MgO五種基本組分。鉻鐵礦無鈣焙燒時鉻鐵礦同純鹼和氧的基本反應可以簡化為Cr203+2Na2C03+l. 5O2 = 2Na2Cr04+2C02一般情況下可認為鉻鐵礦無鈣焙燒生成鉻酸鈉的反應機理為鉻尖晶石加熱至500°C吋，Fe2+首先氧化為Fe3+，鉻鐵礦尖晶石晶格發生畸變，勢能升高，鉻鐵礦與純鹼反應生成亞鉻酸鈉(NaCrO2),鋁酸鈉(NaAlO2)和鐵酸鈉(NaFeO2)15高溫氧化氣氛中，亞鉻酸鈉隨即同氧和純鹼繼續反應生成Na2CrO415鋁酸鈉和鐵酸鈉也起著鹼的作用，使NaCrO2氧化為Na2CrO40可見鉻氧化焙燒分為初期和後期兩個階段，且均受化學反應控制。鉻氧化焙燒初期和後期的反應機理不同氧化焙燒初期，鉻尖晶石與Na2CO3和氧氣直接反應生成NaCrO2,Na2CO3在參與鉻氧化反應的同時與鉻鐵礦中的鐵化合物和鋁化合物分別反應生成NaFeO2和NaAlO2 ;氧化焙燒後期，NaCrO2與NaFe02、NaAlO2和氧氣發生反應生成Na2Cr04。中國專利申請公開CN101066779A採用熱混無鈣鉻酸鈉製備エ藝，經煅燒、熱混、熟化、分揀、破碎和浸取等エ序得到鉻酸鈉鹼性液，該方法エ藝複雜，未解決爐料結壁和鉻礦轉化率低的問題。中國專利申請CN98100556. X使用氫氧化鈉熔鹽介質分解鉻鐵礦製備鉻酸鈉，產物在高鹼度區浸取，該法雖然降低了反應溫度，但該方法配鹼率高，所得鉻酸鈉鹼性液中游離鹼多，雜質含量高，後期處理工藝複雜，雜質分離時間長達數十小時，因此該方法的生產成本高，エ業化難度大。西德專利940288公開的無填料焙燒法所用的窯爐結構包括有內襯的帶底豎殼，頂部有進料口和排氣ロ，供應熱空氣(約1000°C )的有孔管道，位於下部的通冷空氣的管道，爐底接帶有破碎設備的受料槽。此爐缺點是不能解決爐瘤。美國專利US3336102採用可旋轉的有水平爐底的盤形環爐焙燒由鉻礦、純鹼和石灰組成的爐料。由於爐料熔融和形成爐瘤，該裝置實際上不適於焙燒無填料的爐料。隨著窯爐自由空間被瘤充滿，爐料和煙道氣無法通過，造成窯爐停產。因此，對於由鉻鐵礦焙燒制鉻酸鈉，仍舊需要解決爐料結壁和提高生產率的問題。
本發明採用的鉻鐵礦氧化反應器，使鉻鐵礦在熔鹽體系中呈熔融液相，大大地堤高了鉻的轉化率，増加了產量，從根本上解決了無鈣焙燒エ藝易結壁的問題。

發明內容
鑑於上述現有技術狀況，本申請的發明人在鉻鐵礦的無鈣焙燒領域進行了廣泛深入的研究，以期發現ー種既具有高生產率又能有效解決爐料結壁的鉻鐵礦焙燒方法。結果發現，藉助於具有特定結構的迴轉窯，使鉻鐵礦在熔鹽介質中進行液相焙燒可實現前述目的。本發明人正是基於上述發現完成了本發明。因此，本發明的目的是提供ー種鉻鐵礦的熔融液相焙燒方法。在該焙燒方法中，鉻鐵礦在熔鹽液相介質中呈熔融液相進行分解氧化產生鉻酸鈉，這ー液相焙燒特性不僅大大減少了、甚至避免了爐料結壁的問題，而且可以實現連續生產，從而大大提高生產率，並由此可以大大縮小迴轉窯的尺寸，從而減少設備投資，另外由該方法製備鉻酸鈉，不僅鉻鐵礦轉化率高和熟料浸取率高，而且得到的副產物是高鐵渣，可直接用於冶煉鉻鐵。
實現本發明目的的技術方案可以概括如下I、ー種鉻鐵礦的熔融液相焙燒方法，包括將包含鉻鐵礦，選自純鹼、碳酸氫鈉、硫酸鈉和氫氧化鈉中的一種或多種物質和任選的鉻酸鈉的混合料，在鉻鐵礦氧化反應器中在氧氣存在下於350-1500°C，優選900-1250°C下焙燒，使得鉻鐵礦在熔鹽介質中呈熔融液相進行分解氧化，得到鉻酸鈉，其中所述氧化反應器為臥式迴轉窯，該迴轉窯包括窯身和位於該窯身兩端的兩個端部，一個端部上設有高位液相出ロ，另ー個端部上設有低位液相出ロ，在窯身上設有ー個或多個氧槍和一個或多個加料ロ，其中氧槍與加料ロ交錯設置使得氧槍與加料ロ各自不在窯身的同一個橫截面上，以及處於高位液相出口與加料口和氧槍中較靠近高位液相出口的那一部件之間的位於窯身上的煙氣出口，優選所述窯身呈圓柱形。2.根據第I項的方法，其中相鄰的加料ロ與氧槍水平間距為0. 5-5m。3.根據第I或2項的方法，其中氧槍的設置應使得對熔融物料進行底吹、頂吹和/或側吹；和/或氧槍的設置應使得其縱向與窯身的軸向的夾角為15-165°。4.根據第1-3項中任ー項的方法，其中氧槍為槽縫式多層套管氧槍，包括外層保護管，位於外層保護管內側的ー層或多層內層冷卻管，位於外層保護管與最外層的內層冷卻管之間的以及如果存在多層內層冷卻管的話位於各內層冷卻管之間的通氣槽，以及由最內層冷卻管圍成的中心孔。5.根據第4項的方法，其中氧槍的外層保護管通入氮氣或惰性氣體，內層冷卻管通入冷卻水，通氣槽和中心孔通入用於提供焙燒所需氧氣的含氧氣體。6.根據第1-5項中任ー項的方法，其中通過氧槍噴入氧氣含量為18-100體積％的氣體，優選氧氣含量為21-65體積％的氣體，例如空氣。7.根據第1-6項中任ー項的方法，其中在混合料中，當包含純鹼、碳酸氫鈉、硫酸鈉和氫氧化鈉中的ー種或多種時，其總量應使得這種或這些化合物所提供鈉的總摩爾量為鉻鐵礦以三氧化ニ鉻計的摩爾量的3-20倍。8.根據第7項的方法，其中在混合料中，以鉻鐵礦中的三氧化ニ鉻計，純鹼的加入量為鉻鐵礦摩爾數的0. 01-10倍,碳酸氫鈉的加入量為鉻鐵礦摩爾數的0. 01-10倍,硫酸鈉的加入量為鉻鐵礦摩爾數的0. 01-10倍，氫氧化鈉的加入量為鉻鐵礦摩爾數的0. 01-10倍，和/或鉻酸鈉的加入量為鉻鐵礦摩爾數的0.01-10倍。9.根據第1-8項中任ー項的方法，其中混合料在氧化反應器中的焙燒時間為0.l_6h。10.根據第1-9項中任ー項的方法，其中碳酸氫鈉為碳化法製備紅礬鈉所得副產物，也可部分或全部使用エ業碳酸氫鈉代替；硫酸鈉為硫酸法製備紅礬鈉所得副產物，也可部分或全部使用エ業硫酸鈉代替；氫氧化鈉為電解法製備紅礬鈉和鉻酸酐所得副產物，也可部分或全部使用エ業氫氧化鈉代替；和/或，鉻酸鈉為鉻鹽生產過程中的粗製鉻酸鈉，也可部分或全部使用エ業鉻酸鈉代替。


圖I是本發明方法所用迴轉窯的示意圖。 圖2是本發明方法所用迴轉窯的氧槍的示意圖。附圖標記列表11臥式迴轉窯12窯身13-14窯身的兩個端部15高位液相出口16低位液相出口17a-17f氧槍18a-18d加料 ロ19煙氣出口20燃燒器21傳動裝置22滾圈裝置23支撐裝置201外層保護管202第一內層冷卻管203第二內層冷卻管204第三內層冷卻管205-207通氣槽208中心孔
具體實施例方式根據本發明的ー個方面，提供了ー種鉻鐵礦的熔融液相焙燒方法，包括將包含鉻鐵礦，選自純鹼、碳酸氫鈉、硫酸鈉和氫氧化鈉中的一種或多種物質和任選的鉻酸鈉的混合料，在鉻鐵礦氧化反應器中在氧氣存在下於350-1500°C，優選900-1250°C下焙燒，使得鉻鐵礦在熔鹽介質中呈熔融液相進行分解氧化，得到鉻酸鈉，其中所述氧化反應器為臥式迴轉窯，該迴轉窯包括窯身和位於該窯身兩端的兩個端部，一個端部上設有高位液相出口，另一個端部上設有低位液相出ロ，在窯身上設有ー個或多個氧槍和一個或多個加料ロ，其中氧槍與加料ロ交錯設置使得氧槍與加料ロ各自不在窯身的同一個橫截面上，以及處於高位液相出口與加料口和氧槍中較靠近高位液相出口的那一部件之間的位於窯身上的煙氣出□。在本發明方法中，供入鉻鐵礦氧化反應器中進行氧化焙燒的混合料包含鉻鐵礦。適於本發明方法的鉻鐵礦通常是鉻含量以三氧化ニ鉻計為35重量％及以上的那些鉻鐵礦。除了鉻鐵礦以外，待焙燒的混合料還包含選自純鹼、碳酸氫鈉、硫酸鈉和氫氧化鈉中的一種或多種和任選的鉻酸鈉。有利的是，待焙燒的混合料包含鉻酸鈉。除此以外，混合料還可包含氧化劑等焙燒助劑，氧化劑的目的在於傳遞氧。在混合料中，當包含純鹼、碳酸氫鈉、硫酸鈉和氫氧化鈉中的ー種或多種時，其總量應使得這種或這些化合物所提供鈉的總摩爾量為鉻鐵礦以三氧化ニ鉻計的摩爾量的3 至20倍。 因而有利的是，以鉻鐵礦中的三氧化ニ鉻計，純鹼的加入量為鉻鐵礦摩爾數的0. 01-10倍，碳酸氫鈉的加入量為鉻鐵礦摩爾數的0. 01-10倍，硫酸鈉的加入量為鉻鐵礦摩爾數的0. 01-10倍，氫氧化鈉的加入量為鉻鐵礦摩爾數的0. 01-10倍，和/或，鉻酸鈉的加入量為鉻鐵礦摩爾數的0.01-10倍。應當理解的是，待焙燒的混合料有利地應當以粉狀、粒狀或球狀形式供入氧化反應器中。待焙燒的混合料以粒狀或球狀形式(例如通過造粒或成球)供入氧化反應器中可以避免粉塵對環境的汙染。通常採用的造粒和成球設備有園盤造粒/成球機、對輥擠壓造粒機和流化床造粒機。混合料在氧化反應器中的焙燒通常在350-1500°C，優選900-1250°C下進行。溫度的選擇與除了鉻鐵礦之外的其它物料的熔點相關。例如，如果選擇較低熔點的氫氧化鈉與鉻鐵礦一起焙燒，那麼其焙燒溫度可以較低，因為氫氧化鈉的熔點較低，形成熔鹽的溫度較低，如果選擇較高熔點的硫酸鈉和/或純鹼，那麼其焙燒溫度就會比較高，因為硫酸鈉和純鹼在較高溫度下才熔融形成熔鹽。總之，必須注意的是，焙燒溫度的選擇必須確保鉻鐵礦在液相流動熔鹽中進行氧化反應，即，以鉻鐵礦冶煉生產鉻酸鈉領域中公知的液相氧化法進行。在氧化反應器中的焙燒時間通常為0. l-6h。在本發明方法的另ー實施方案中，碳酸氫鈉使用碳化法製備紅礬鈉所得副產物，也可部分或全部使用エ業碳酸氫鈉代替；硫酸鈉使用硫酸法製備紅礬鈉所得副產物，也可部分或全部使用エ業硫酸鈉代替；氫氧化鈉使用電解法製備紅礬鈉和鉻酸酐所得副產物，也可部分或全部使用エ業氫氧化鈉代替；和/或，鉻酸鈉使用鉻鹽生產過程中的粗製鉻酸鈉，也可部分或全部使用エ業鉻酸鈉代替。通過本發明方法將混合料在氧氣存在下焙燒，產生熟料，該熟料含有大量水溶性鉻酸鈉。對該熟料進行後處理即可獲得鉻酸鈉鹼性液，並同時得到副產高鐵渣。這可通過常規方式進行，例如將熟料浸濾。所述高鐵渣以三氧化ニ鐵計含量可高達50重量％以上，可以直接用於冶煉鉻鐵。為了實現本發明方法的連續液相熔融焙燒，使用了ー種專門設計用於此目的裝置。該裝置為ー臥式迴轉窯，該迴轉窯包括窯身和位於該窯身兩端的兩個端部，一個端部上設有高位液相出口，另ー個端部上設有低位液相出口，在窯身上設有ー個或多個氧槍和一個或多個加料ロ，其中氧槍與加料ロ交錯設置使得氧槍與加料ロ各自不在窯身的同一個橫截面上，以及處於高位液相出口與加料口和氧槍中較靠近高位液相出口的那一部件之間的位於窯身上的煙氣出口。優選的是，迴轉窯的窯身呈圓柱形。在焙燒過程中，窯體既可以迴轉也可以不迴轉，出於經濟原因，通常有利地不迴轉。當需要檢修時，需要將窯體迴轉。
在本發明方法的一個優選實施方案中，所用臥式迴轉窯如圖I所示。該迴轉窯為ー臥式迴轉窯U，該迴轉窯包括圓柱形窯身12和位於該窯身兩端的兩個端部13和14。一個端部13上設有高位液相出ロ 15，焙燒得到的液相熟料通過高位液相出ロ 15進入浸取エ段，該高位液相出ロ 15通常位於端部13的中部。另ー個端部14上設有低位液相出ロ 16，其設置應使得當迴轉窯轉至低位液相出口 16位於迴轉窯下部時可排出窯內全部液相熟料或基本上完全排出窯內全部液相熟料，該低位液相出口當需要從窯中排出全部液相熟料時使用，例如檢修吋。因此，高位液相出口 15的位置通常較低位液相出口 16更接近焙燒時的熔融液相液面。在窯身上設有六個氧槍17a，17b，17c, 17d，He, Hf,以供入焙燒所需氧氣的含氧氣體。有利地，氧槍17a，17b，17c位於臥式迴轉窯11的ー側，氧槍17d，17e，17f位於臥式迴轉窯11的對側。在窯身上還設有4個加料ロ 18a，18b，18c，18d，以供入待焙燒的混合料。有利地，加料ロ 18a，18b位於臥式迴轉窯11的ー側，加料ロ 18c，18d位於臥式迴轉窯11的對側。氧槍17a，17b，17c，17d，17e，17f與加料ロ 18a，18b，18c，18d交錯設置使得氧槍17a，17b，17c，17d，17e，17f各自與加料ロ 18a，18b，18c，18d各自不在窯身12的同一個橫截面上。在高位液相出ロ 15與氧槍17a之間的窯身12上還設置有煙氣出ロ 19，以移出焙燒所產生的氣體。此外，該迴轉窯11還包括一位於端部14上的燃燒器20，以用於供入可燃性氣體(如天然氣)並燃燒，通過可燃性氣體的壓カ和流量控制迴轉窯內溫度。迴轉窯11還包括傳動裝置21，以用於實現迴轉窯11的迴轉；該傳動裝置通常包括主電機和減速機。作為迴轉窯，該裝置還包括滾圈裝置22和支撐裝置23，其中滾圈裝置22的作用在於連結迴轉窯11與支撐裝置23並輔助迴轉窯11進行迴轉，而支撐裝置23的作用在於承受迴轉設備的全部重量並對迴轉窯11進行軸向和徑向的定位。支撐裝置23通常由託輪、託輪軸、託輪軸承、擋輪及底座等部分構成，託輪與滾圈裝置22直接接觸。在本發明方法的一個特別優選實施方案中，所用迴轉窯的氧槍如圖2所示，該圖為該氧槍的橫向剖面圖。具體而言，該氧槍為槽縫式多層套管氧槍，包括外層保護管201，從外到內的第一內層冷卻管202、第二內層冷卻管203、第三內層冷卻管204，位於外層保護管201與第一內層冷卻管202之間的通氣槽205，位於第一內層冷卻管202與第二內層冷卻管203之間的通氣槽206，位於第二內層冷卻管202與第三內層冷卻管203之間的通氣槽207，以及由第三內層冷卻管204圍成的中心孔208。氧槍17a-17f的外層保護管201中通入氮氣或惰性氣體，內層冷卻管201、202和203中通入冷卻水，通氣槽205、206和207以及中心孔208中通入用於提供焙燒所需氧氣的含氧氣體。氧槍噴頭氣流通道的外圍有高速流過的氮氣或隋性氣體，不僅能強化冷卻噴頭，而且避免了氧槍和熔鹽直接接觸，從而對噴頭起保護作用，延緩損蝕，延長了使用壽命。氧槍噴頭還採用了冷卻水(優選軟水)強化冷卻，這不僅可增加冷卻氣體流量，而且還可在冷卻氣體中加水，這保證了氣流以蘑菇頭的形式噴出，並防止了氧槍結瘤。作為從氧槍供入的含氧氣體，優選氧氣含量為18-100體積％的氣體，例如空氣。優選氧氣含量為21-65體積％的氣體，這一富氧氣體的供入不僅可以強化焙燒過程，提高了生產率，並且可以降低燃耗，減少了煙氣排放量。
在本發明中，重要的是，氧槍17a_17f與加料ロ 18a_18d各自應該交錯設置，以使得氧槍17a-17f與加料ロ 18a-18d各自不在窯身12的同一個橫截面上。優選的是，相鄰的加料ロ 18a-18d與氧槍17a-17f水平間距為0. 5_5m。還優選的是，氧槍17a_17f的設置應使得其縱向與窯身12的軸向的夾角為15-165°。尤其優選的是，氧槍17a_17f的設置應使得對熔融物料進行底吹、頂吹和/或側吹。在焙燒時，氧槍位於窯體的上部則形成頂吹，氧槍位於窯體的下部則形成底吹，氧槍位於窯體的側面則形成側吹。在包括多個氧槍的情形下，優選氧槍的設置應使得對熔融物料存在以下方式中的至少兩種或三種底吹、頂吹和側吹。氧槍噴出的氣流彌散度高、攪拌カ強大、傳熱傳質效果好，能夠很好地進入熔鹽體系，促進反應的進行。應當理解，氧槍材質應採用具有耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等性能的材料。本發明方法提高了鉻鐵礦的轉化率，降低了生產成本，有效地提高了生產能力，並且使鉻渣汙染環境的問題得到了有效控制，是對鉻鐵礦無鈣焙燒技術的又一創新和突破。實施例以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。以下各實施例中使用的鉻鐵礦為南非鉻鐵礦，其含量(以三氧化ニ鉻計)為43. 50
重量％。實施例1-8中使用的焙燒設備為如圖I所示迴轉窯，其中該迴轉窯為長
5.OmX ￠2. 8m的圓柱形窯，在窯身上具有三個沿著迴轉窯軸向在同一直線上的氧槍17a，17b，17c，而不是圖示的六個，其中最中間的氧槍17b位於窯身12的中部，在窯身上還設有2個沿著迴轉窯軸向在同一直線上的加料ロ 18a，18b，而不是圖示的四個；沿著迴轉窯的軸向，加料ロ 18a，18b分別位於氧槍17a與17b之間和氧槍17b與17c之間，每個相鄰的氧槍與加料ロ水平間距0. 8m ;氧槍17a，17b，17c位於臥式迴轉窯的ー側上，而加料ロ 18a，18b位於臥式迴轉窯的對側上，焙燒過程中窯體不發生迴轉，加料ロ 18a，18b位於臥式迴轉窯的上部，而氧槍17a，17b，17c位於臥式迴轉窯的下部，形成底吹；各氧槍17a，17b，17c的縱向相互平行，它們各自的縱向與圓柱形窯身的軸向的夾角為45° ;氧槍具有圖2所示結構，即具有一個其中有氮氣通過的外層保護管201，位於外層保護管201內側的其中有冷卻水通過的三層內層冷卻管202，203，204，在外層保護管201與最外層的內層冷卻管202之間以及在各內層冷卻管202，203，204之間具有通氣槽205，206，207，以及由最內層冷卻管204圍成的中心孔208，含氧氣體從通氣槽205，206，207和中心孔208噴入臥式迴轉窯中；煙氣出口 19位於離高位液相出ロ 15所在端部0. 5m的地方；高位液相出ロ 15位於離煙氣出ロ19所在頂部I. 5m的地方,低位液相出ロ 16位於離氧槍17a所在底部0. 5m的地方。對比實施例9-12中使用的焙燒設備為普通冶金化工迴轉窯，其規格型號為￠2. 5mX 50m，窯體直徑2. 5m，長度50m，斜度4%，在焙燒過程中窯體發生迴轉。該普通冶金化工迴轉窯有I個進料ロ位於迴轉窯的窯尾位置；有I個出料ロ位於迴轉窯的窯頭位置；燃燒器位於迴轉窯的窯頭位置；一次風系統位於迴轉窯的窯頭位置，提供焙燒所需氧氣；煙道、塵灰室及煙囪位於迴轉窯的窯尾位置。
實施例I①按照摩爾比為鉻鐵礦(以三氧化ニ鉻計)純鹼碳酸氫鈉=I : 0. 8 : 4，配製粉末生料，混合均勻，擠壓造粒，得到粒狀生料；②通過加料ロ 18a_18b將粒狀生料加入圓柱形臥式迴轉窯中，啟動燃燒器，將反應溫度控制為1150°C，並在此溫度下保持30min ；③然後，通過氧槍17a_17c向臥式迴轉窯中不斷噴入空氣，並在1150°C反應2h，在此過程中反應混合物呈熔融液相；以及④臥式迴轉窯中產生的氣體從煙氣出口移出，液相熟料經高位液相出口移出，用水進行浸取，過濾，得到鉻酸鈉鹼性液和鐵渣。經測定鉻礦轉化率(即，鉻鐵礦中的鉻轉化成鉻酸鈉鹼性液中的可溶性鉻的百分比，下同)為97. 25%，鐵渣以三氧化ニ鐵計的鐵含量為62. 31重量％。
實施例2①按照摩爾比為鉻鐵礦(以三氧化ニ鉻計)純鹼鉻酸鈉=I 2 I. 2，配製粉末生料，混合均勻，擠壓造粒，得到粒狀生料；②通過加料ロ 18a_18b將粒狀生料加入圓柱形臥式迴轉窯中，啟動燃燒器，將反應溫度控制為950°C，並在此溫度下保持30min ；③然後，通過氧槍17a_17c向臥式迴轉窯中不斷噴入氧氣體積濃度為65%的富氧空氣，並在950°C下反應4. 5h，在此過程中反應混合物呈熔融液相；以及④臥式迴轉窯中產生的氣體從煙氣出口移出，液相熟料經高位液相出口移出，用水進行浸取，過濾，得到鉻酸鈉鹼性液和鐵渣。經測定鉻礦轉化率為98. 19%,鐵渣以三氧化ニ鐵計的鐵含量為58. 29重量％。實施例3①按照摩爾比為鉻鐵礦(以三氧化ニ鉻計)純鹼氫氧化鈉=I : 8 : 0. 5，配製粉末生料，混合均勻，擠壓造粒，得到粒狀生料；②通過加料ロ 18a_18b將粒狀生料加入圓柱形臥式迴轉窯中，啟動燃燒器，將反應溫度控制為520°C，並在此溫度下保持40min ；③然後，通過氧槍17a_17c向臥式迴轉窯中不斷噴入氧氣體積濃度為65%的富氧空氣，並在520°C下反應0. 8h，在此過程中反應混合物呈熔融液相；以及④臥式迴轉窯中產生的氣體從煙氣出口移出，熔融液相熟料經高位液相出口移出，用水進行浸取，過濾，得到鉻酸鈉鹼性液和鐵渣。經測定鉻礦轉化率為99. 80%,鐵渣以三氧化ニ鐵計的鐵含量為55. 52重量％。實施例4①按照摩爾比為鉻鐵礦(以三氧化ニ鉻計)碳酸氫鈉氫氧化鈉=
I 0. 5 8，配製粉末生料，混合均勻，擠壓造粒，得到粒狀生料；②通過加料ロ 18a_18b將粒狀生料加入圓柱形臥式迴轉窯中，啟動燃燒器，將反應溫度控制為400 C，並在此溫度下保持30min ；③然後，通過氧槍17a_17c向臥式迴轉窯中不斷噴入空氣，並在400°C下反應
0.5h，在此過程中反應混合物呈熔融液相；以及④臥式迴轉窯中產生的氣體從煙氣出口移出，熔融液相熟料經高位液相出口移出，用水進行浸取，過濾，得到鉻酸鈉鹼性液和鐵渣。經測定鉻礦轉化率為98. 70%，鐵渣以三氧化ニ鐵計的鐵含量為56. 75重量％。實施例5①按照摩爾比為鉻鐵礦(以三氧化ニ鉻計)純鹼硫酸鈉=I I 1，配製粉末生料，混合均勻，擠壓造粒，得到粒狀生料；②通過加料ロ 18a_18b將粒狀生料加入圓柱形臥式迴轉窯中，啟動燃燒器，將反應溫度控制為1020°C，並在此溫度下保持45min ；③然後，通過氧槍17a_17c向臥式迴轉窯中不斷噴入氧氣體積濃度為45%的富氧空氣，並在1020°C下反應2. 5h，在此過程中反應混合物呈熔融液相；④臥式迴轉窯中產生的氣體從煙氣出口移出，熔融液相熟料經高位液相出口移出，用水進行浸取，過濾，得到鉻酸鈉鹼性液和鐵渣。經測定鉻礦轉化率為97. 80%，鐵渣以三氧化ニ鐵計的鐵含量為52. 15重量％。實施例6①按照摩爾比為鉻鐵礦(以三氧化ニ鉻計)純鹼鉻酸鈉=I : I. I : 7. 5，配製粉末生料，混合均勻，擠壓造粒，得到粒狀生料；②通過加料ロ 18a_18b將粒狀生料加入圓柱形臥式迴轉窯中，啟動燃燒器，將反應溫度控制為1150°C，並在此溫度下保持30min ；③然後，通過氧槍17a_17c向臥式迴轉窯中不斷噴入氧氣體積濃度為45%的富氧空氣，並在1150°C下反應2h，在此過程中反應混合物呈熔融液相；以及④臥式迴轉窯中產生的氣體從煙氣出口移出，熔融液相熟料經高位液相出口移出，用水進行浸取，過濾，得到鉻酸鈉鹼性液和鐵渣。經測定鉻礦轉化率為97. 56%,鐵渣以三氧化ニ鐵計的鐵含量為58. 67重量％。實施例I①按照摩爾比為鉻鐵礦(以三氧化ニ鉻計)純鹼硫酸鈉=I : 0. 5 : 8. 5，配製粉末生料，混合均勻，擠壓造粒，得到粒狀生料；②通過加料ロ 18a-18b將粒狀生料加入圓柱形臥式迴轉窯中，啟動燃燒器，將反應溫度控制為1380°C，並在此溫度下保持40min ；③然後，通過氧槍17a_17c向臥式迴轉窯中不斷噴入氧氣體積濃度為65%的富氧空氣，並在1380°C下反應4. 5h，在此過程中反應混合物呈熔融液相；④臥式迴轉窯中產生的氣體從煙氣出口移出，熔融液相熟料經高位液相出口移出，用水進行浸取，過濾，得到鉻酸鈉鹼性液和鐵渣。經測定鉻礦轉化率為96. 25%，鐵渣以三氧化ニ鐵計的鐵含量為54. 82重量％。實施例8①按照摩爾比為鉻鐵礦(以三氧化ニ鉻計)碳酸氫鈉氫氧化鈉=1:8: 0. 5，配製粉末生料，混合均勻，擠壓造粒，得到粒狀生料；②通過加料ロ 18a_18b將粒狀生料加入圓柱形臥式迴轉窯中，啟動燃燒器，將反應溫度控制為1250°C，並在此溫度下保持30min ；③然後，通過氧槍17a_17c向臥式迴轉窯中不斷噴入空氣，並在1250°C下反應2h， 在此過程中反應混合物呈熔融液相；以及
④臥式迴轉窯中產生的氣體從煙氣出口移出，熔融液相熟料經高位液相出口移出，用水進行浸取，過濾，得到鉻酸鈉鹼性液和鐵渣。經測定鉻礦轉化率為96. 40%，鐵渣以三氧化ニ鐵計的鐵含量為59. 47重量％。對比實施例9①按照摩爾比為鉻鐵礦(以三氧化ニ鉻計)純鹼氫氧化鈉=I : 2 : 0. 5，配製粉末生料，混合均勻，擠壓造粒，得到粒狀生料；②通過加料ロ將粒狀生料加入￠2. 5mX50m的普通冶金化工迴轉窯中，啟動燃燒器，將反應溫度控制在1200°C，通過一次風系統向窯內供入空氣，焙燒時間為2h，在焙燒過 程中，發現焙燒混合物呈半液相狀態；以及③迴轉窯中產生的氣體從窯尾煙道移出，熟料經窯頭移出，用水進行浸取，過濾，得到鉻酸鈉鹼性液和鉻渣。經測定鉻礦轉化率為80. 18%。對比實施例10①按照摩爾比為鉻鐵礦(以三氧化ニ鉻計)純鹼鉻酸鈉=I 1.2 6，配製粉末生料，混合均勻，擠壓造粒，得到粒狀生料；②通過加料ロ將粒狀生料加入￠2. 5mX50m的普通冶金化工迴轉窯中，啟動燃燒器，將反應溫度控制在1000°c，通過一次風系統向窯內供入空氣，焙燒時間為2h，在焙燒過程中，發現焙燒混合物呈半液相狀態；以及③迴轉窯中產生的氣體從窯尾煙道移出，熟料經窯頭移出，用水進行浸取，過濾，得到鉻酸鈉鹼性液和鉻渣。經測定鉻礦轉化率為75. 18%。對比實施例11①按照摩爾比為鉻鐵礦(以三氧化ニ鉻計)純鹼碳酸氫鈉=I : 0.8 : 4，配製粉末生料，混合均勻，擠壓造粒，得到粒狀生料；②通過加料ロ將粒狀生料加入￠2. 5mX50m的普通冶金化工迴轉窯中，啟動燃燒器，將反應溫度控制在1150°C，通過一次風系統向窯內供入空氣，焙燒時間為2. 5h，在焙燒過程中，發現焙燒混合物呈半液相狀態；以及③迴轉窯中產生的氣體從窯尾煙道移出，熟料經窯頭移出，用水進行浸取，過濾，得到鉻酸鈉鹼性液和鉻渣。經測定鉻礦轉化率為68. 25%。對比實施例12①按照摩爾比為鉻鐵礦(以三氧化ニ鉻計)純鹼鉻酸鈉=1:2:1. 2，配製粉末生料，混合均勻，擠壓造粒，得到粒狀生料；②通過加料ロ將粒狀生料加入￠2. 5mX50m的普通冶金化工迴轉窯中，啟動燃燒器，將反應溫度控制在950°C，通過一次風系統向窯內供入氧氣體積濃度為65 %的富氧空氣，焙燒時間為5h，在焙燒過程中，發現焙燒混合物呈半液相狀態；以及③迴轉窯中產生的氣體從窯尾煙道移出，熟料經窯頭移出，用水進行浸取，過濾，得到鉻酸鈉鹼性液和鉻渣。經測定鉻礦轉化率為75.49%。
權利要求
1.ー種鉻鐵礦的熔融液相焙燒方法，包括將包含鉻鐵礦，選自純鹼、碳酸氫鈉、硫酸鈉和氫氧化鈉中的一種或多種物質和任選的鉻酸鈉的混合料，在鉻鐵礦氧化反應器中在氧氣存在下於350-1500°C，優選900-1250°C下焙燒，使得鉻鐵礦在熔鹽介質中呈熔融液相進行分解氧化，得到鉻酸鈉，其中所述氧化反應器為臥式迴轉窯(11)，該迴轉窯包括窯身(12)和位於該窯身兩端的兩個端部(13和14)，一個端部(13)上設有高位液相出口(15)，另一個端部(14)上設有低位液相出口(16)，在窯身上設有ー個或多個氧槍(17a-17f)和一個或多個加料ロ(18a_18d)，其中氧槍(17a_17f)與加料ロ(18a_18d)交錯設置使得氧槍(17a-17f)與加料ロ(18a-18d)各自不在窯身(12)的同一個橫截面上，以及處於高位液相出口 (15)與加料ロ (18a-18d)和氧槍(17a-17f)中較靠近高位液相出口 (15)的那一部件之間的位於窯身(12)上的煙氣出口(19)，優選所述窯身(12)呈圓柱形。
2.根據權利要求I的方法，其中相鄰的加料ロ(18a-18d)與氧槍(17a-17f)水平間距為 0. 5_5m0
3.根據權利要求I或2的方法，其中氧槍(17a-17f)的設置應使得對熔融物料進行底吹、頂吹和/或側吹；和/或氧槍(17a-17f)的設置應使得其縱向與窯身(12)的軸向的夾角為 15-165。。
4.根據權利要求1-3中任ー項的方法，其中氧槍(17a-17f)為槽縫式多層套管氧槍，包括外層保護管(201)，位於外層保護管(201)內側的ー層或多層內層冷卻管(202，203，204)，位於外層保護管(201)與最外層的內層冷卻管(202)之間的以及如果存在多層內層冷卻管的話位於各內層冷卻管(202，203，204)之間的通氣槽(205，206，207)，以及由最內層冷卻管(204)圍成的中心孔(208)。
5.根據權利要求4的方法，其中氧槍(17a-17f)的外層保護管(201)通入氮氣或惰性氣體，內層冷卻管(202，203，204)通入冷卻水，通氣槽(205，206，207)和中心孔(208)通入用於提供焙燒所需氧氣的含氧氣體。
6.根據權利要求1-5中任ー項的方法，其中通過氧槍噴入氧氣含量為18-100體積％的氣體，優選氧氣含量為21-65體積％的氣體，例如空氣。
7.根據權利要求1-6中任ー項的方法，其中在混合料中，當包含純鹼、碳酸氫鈉、硫酸鈉和氫氧化鈉中的ー種或多種時，其總量應使得這種或這些化合物所提供鈉的總摩爾量為鉻鐵礦以三氧化ニ鉻計的摩爾量的3-20倍。
8.根據權利要求7的方法，其中在混合料中，以鉻鐵礦中的三氧化ニ鉻計，純鹼的加入量為鉻鐵礦摩爾數的0. 01-10倍,碳酸氫鈉的加入量為鉻鐵礦摩爾數的0. 01-10倍,硫酸鈉的加入量為鉻鐵礦摩爾數的0. 01-10倍，氫氧化鈉的加入量為鉻鐵礦摩爾數的0. 01-10倍，和/或鉻酸鈉的加入量為鉻鐵礦摩爾數的0. 01-10倍。
9.根據權利要求1-8中任ー項的方法，其中混合料在氧化反應器中的焙燒時間為0.l-6h。
10.根據權利要求1-9中任ー項的方法，其中碳酸氫鈉為碳化法製備紅礬鈉所得副產物，也可部分或全部使用エ業碳酸氫鈉代替；硫酸鈉為硫酸法製備紅礬鈉所得副產物，也可部分或全部使用エ業硫酸鈉代替；氫氧化鈉為電解法製備紅礬鈉和鉻酸酐所得副產物，也可部分或全部使用エ業氫氧化鈉代替；和/或，鉻酸鈉為鉻鹽生產過程中的粗製鉻酸鈉，也可部分或全部使用エ業鉻酸鈉代替。
全文摘要
本發明涉及鉻鐵礦的熔融液相焙燒方法，包括將包含鉻鐵礦，選自純鹼、碳酸氫鈉、硫酸鈉和氫氧化鈉中的一種或多種和任選的鉻酸鈉的混合料在臥式迴轉窯中在氧氣存在下於350-1500℃下熔融液相焙燒，得到鉻酸鈉，其中所述迴轉窯包括窯身和位於該窯身兩端的兩個端部，兩個端部上分別設有高位液相出口和低位液相出口，在窯身上設有氧槍和加料口，其中氧槍與加料口交錯設置使得氧槍與加料口不在窯身的同一橫截面上，以及處於高位液相出口與加料口和氧槍中較靠近高位液相出口的那一部件之間的位於窯身上的煙氣出口。該方法使鉻鐵礦在熔鹽體系中呈熔融液相，大大地提高了鉻轉化率，增加了產量，從根本上解決了無鈣焙燒工藝易結壁的問題。
文檔編號C22B34/32GK102643977SQ20111015303
公開日2012年8月22日 申請日期2011年6月9日 優先權日2011年6月9日
發明者張國慶, 李先榮, 王方兵, 陳寧 申請人:四川省安縣銀河建化(集團)有限公司