论文部分内容阅读
本文针对传统的铬盐工业的污染难题研究开发以碱式碳酸铬为原料经还原焙烧-酸溶除铁制备三氧化二铬的清洁生产新工艺。
以分析纯的氯化铬、氯化铁为原料,采用化学共沉淀法制备了铁铬氧化物前驱体,通过控制还原焙烧条件制备出氧化铬氧化铁复合氧化物,通过XRD、BET、SEM、TGA-DSC等对物相的变化进行了表征,结果表明还原气氛、温度、时间等因素对铬铁物相变化有显著影响,铬以Cr2O3形式存在,铁主要是以Fe3O4形式存在,容易经酸溶脱除其中的铁。进一步考察了制备过程中的沉淀剂种类、表面活性剂种类与用量、沉淀液pH、还原碳用量、助熔剂用量等因素对铬铁氧化物硫酸酸浸除铁率与铬损失率的影响。结果表明,产生易酸溶Fe3O4组分较适宜的制备工艺条件为:常温常压1300r/min磁力搅拌,沉淀剂用含铵沉淀剂氨水,分散剂用非离子型表面活性剂PEG,PEG用量4ml,前驱体沉淀液pH控制在10,1100～1200℃还原焙烧,还原焙烧时间2h,还原碳用量为模拟物料重量的300%,硼酸用作助熔剂,硼酸添加量取前驱体质量的2%时可将还原焙烧温度降低至1100℃。还原焙烧物料除铁率最高为82%左右,铬损失率严格控制在3%以内。
基于以上研究,以工业级碱式碳酸铬为原料,采用还原焙烧-助溶酸浸-水提除铁集成工艺体系,通过正交和单因素实验研究三氧化二铬物料除铁的最佳工艺条件:1200℃还原焙烧原料,助溶剂HCl加入量20ml,硫酸浓度5.6mol/L,酸浸温度90℃,酸浸时间1h,加水量20ml,水浸60min,搅速400r/min,焙烧后物料筛分粒度300目筛过物。优化工艺条件下除铁率达到72.73%。
对还原焙烧产物酸溶动力学进行了研究,发现酸溶过程为混合控制,动力学方程遵循未反应收缩核模型,为一级反应,酸溶活化能Ea=13.832kJ/mol,指前因子kso=2.412×10-7g/m2·s,酸溶过程宏观动力学方程为:[1-(1-x)1/3]/ε1+[1-2/3x-(1-x)2/3]/ε2=kst=[2.412×10-7·e1.3832×104/RT]·t