NaOH-NaNO3-O2亚熔盐体系铬铁矿分解新过程基础研究

Aiming at the low resource utilization and severe environmental pollution of traditional roasting method,a novel strengthening method of chromite ore decomposition based on the sodium sub-molten salt technology is proposed. NaOH-NaNO3-O2 sub-molten salt was introduced to strengthen the decomposition of chromite ore.To be specific, the strengthening mechanism of NaOH-NaNO3-O2 is revealed in the project. Also,the thermodynamics and kinetics of chromite ore decomposition in NaOH-NaNO3-O2 sub-molten salt is illustrated. Based on above, the optimization method of chromite ore decomposition is established. The sodium-containing salts production method will be established by the study on the key scientific issues of the project.

针对铬铁矿传统分解方法-焙烧法资源利用率低，环境污染严重的缺陷，本项目在亚熔盐技术的基础之上，提出了钠系亚熔盐强化铬铁矿分解的新方法，以完善亚熔盐铬盐清洁生产技术的产品结构。本项目引入NaOH-NaNO3-O2亚熔盐体系强化铬铁矿的分解，具体地来说，本项目主要明确NaOH-NaNO3-O2亚熔盐对铬铁矿分解的强化机理，阐明NaOH-NaNO3-O2亚熔盐中铬铁矿分解的热力学及动力学过程，并建立铬铁矿在NaOH-NaNO3-O2亚熔盐中分解的优化方法，对本项目关键科学问题的研究，将为钠系铬盐清洁生产方法的建立奠定坚实的基础。

传统铬铁矿分解方法焙烧法资源利用率低，环境污染严重。中国科学院过程工程研究所研发出亚熔盐液相氧化法生产铬盐的原创性清洁工艺，摒弃了焙烧法的缺点，并实现了钾系铬盐的产业化。但该工艺的产品主要是氧化铬、市场容量有限，且钾盐作为原料成本较高，因此有必要进一步开发出钠系铬盐清洁工艺，以促进该技术在行业的推广。本项目引入NaOH-NaNO3-O2亚熔盐体系强化铬铁矿的分解，探究了在该体系中铬铁矿分解的热力学和动力学过程，建立了铬铁矿在该体系中分解的优化方法，将为钠系铬盐清洁生产方法的建立奠定坚实的基础。对本项目关键科学问题的研究，主要取得如下进展：.(1) 本项目首次研究了NaOH-NaNO3二元熔盐介质替代钾系亚熔盐作为铬铁矿分解的液相介质。在前人的工作基础上，着重研究铬铁矿在NaOH-NaNO3-O2体系中反应分解的热力学。热力学研究结果表明铬铁矿在300～900K范围内在NaOH-NaNO3介质中发生氧化分解的热力学趋势很大。中间产物NaNO2在主反应温度下能被氧气氧化再生，为实现氧气在反应系统中的高效传递和反应提供了基础。.(2) 研究了铬铁矿在NaOH-NaNO3-O2体系中的分解规律与动力学，证实了NaNO3首先被还原为中间产物亚硝酸钠，亚硝酸钠又被氧气氧化成硝酸钠的规律。铬铁矿的浸出过程符合未反应核收缩模型，其控制步骤为通过产物层的扩散控制，实验条件下的浸出过程的表观活化能为106 kJ/mol，浸出动力学方程为 ，其中A与铬铁矿粒度、液相粘度等有关。.(3) 系统地探究了铬铁矿在NaOH-NaNO3-O2体系中影响铬浸出率的工艺参数，如初始液相中NaNO3含量、初始液固比的含量、铬铁矿粒度、氧气分压、搅拌速率、反应温度。工艺研究表明，NaNO3浓度具有最优区间，提高反应温度，增大初始液固比，以及降低铬铁矿的粒度都能明显提高铬铁矿的浸出速率。在反应温度400°C、初始液固比4:1、NaNO3含量25%以及铬铁矿粒度-300目的最优工艺条件下，经过120min的反应后，铬转化率可达到99%。.(4)研究了NaOH-NaNO3-O2亚熔盐对铬铁矿分解的强化机理，结果表明NaNO3参加了直接浸出铬铁矿的反应，其氧化铬铁矿后的还原产物为NaNO2。氧气的通入促使NaNO2同时向NaNO3转化，从而实现了NaNO3在反应中的循环。反应结束后，NaNO3没有被消耗