鉻鐵礦無鈣焙燒工藝是我國正在推廣的鉻鹽清潔生產主流技術。但無鈣焙燒技術存在焙燒后期氧化速度慢、鉻回收率低、渣中鉻含量高、物料敏感易“結窯”等不足,這嚴重制約了無鈣焙燒工藝的推廣。深入研究鉻鐵礦焙燒理論,弄清無鈣焙燒后期鉻難氧化的原因及復雜物相間的相互作用關系對鉻鹽清潔技術的發(fā)展具有重要意義。本文主要通過對鉻鐵礦焙燒后期產物的理化性能、影響鉻氧化因素、鉻鐵尖晶石結構變化的研究,探索了鉻難氧化的機理；進一步分析了實際工況下爐窯“結圈”的原因,并提出解決問題的對策。主要研究結果和進展如下：鉻鐵礦焙燒后期(鉻氧化率約70%),所得產物為外形似燒結體的多元復雜混合物,其主要成分除水溶的Na2CrO4. NaAlO2外,還包括水不溶的亮灰色MgCr0.4Fe1.6O4尖晶石相,暗灰色Mg1.5Na9Si12Al12O48和NaSiAlo4等復雜的硅鋁酸鹽相。在焙燒反應過程中,硅鋁酸鹽等副相的積累以及有效Na+濃度的降低,導致后期鉻氧化困難,后期產物再焙燒鉻僅有50%～60%的氧化率；生產中可以通過在焙燒反應后期補充適當堿量、增加適當溫度和鼓風量來提高鉻氧化率。對硅鋁酸鹽等副相中Na元素的利用研究表明,Ca的添加會置換焙燒產物中硅鋁酸鹽等副相的Na元素,生成高熔點的Ca2Fe1.2Mg0.4Si0.4O5硅酸鈣鹽等相,這種置換機制不僅降低了焙燒過程中AL、Si、Fe等與Na的副反應,增大了Na+有效濃度,而且還稀釋了反應體系的液相量,促進了氧氣的擴散,有利于鉻的氧化；但Ca的引入會生成高毒性的CaCrO4(Cr6+),對環(huán)境會產生嚴重的污染。Na的作用機制表明,高溫條件下Na+促進個鉻鐵尖晶石結構的轉化,且Na+濃度越高,尖晶石分解程度越深,Cr和Na結合后會以Na2CrO4形式被溶出,尖晶石相中Cr逐步減少,Fe逐漸增多,最后形成MgFe2O4尖晶石。鉻鐵尖晶石結構微觀分析表明,焙燒后期產物中的尖晶石晶格條紋規(guī)則清晰,沒有發(fā)現(xiàn)明顯的位錯、層錯等缺陷,故推測焙燒后期鉻鐵尖晶石的再分解是由點缺陷誘發(fā)引起的,這種點缺陷僅限于高溫時晶格上的原子熱振動能量漲落產生,產生這種點缺陷及金屬離子通過此類缺陷進行擴散時則需要更多的能量,這是鉻鐵礦后期鉻氧化困難的結構成因。對實際工況下爐窯“結圈”部位的物相成分及形貌結構研究表明,固態(tài)粘結體中含有較多的鉻酸鈉、鋁酸鈉及鋁硅酸鈉等物相,這些物質使爐料粘度增大、流動變性差,部分鋁硅酸鹽相嵌入尖晶石中導致后續(xù)分選困難,分選后的物質做為返料在循環(huán)過程中進一步惡化爐況,增大結窯的可能性。返料的風化作用能使其中的鋁硅酸鹽分解,促進其與尖晶石脫離,因此返料在空氣中經過適當時間的堆存可以有效減少爐窯結圈現(xiàn)象。
【學位單位】：北京有色金屬研究總院
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：TF046.2
【部分圖文】：

分別占培燒后期產物的１０．５８％和１５．９０％，隨燈的氧化溶出，Ｆｅ、ＡＩ等元素逡逑在睹燒后期產物中的百分含量有所升高，ＭｇＯ的百分含量則下降。逡逑絡鐵礦和悟燒后期產物的ＸＲＤ圖如圖２．２所示。從圖中可看出，銘鐵礦中主逡逑要物相為絡鐵鎮(zhèn)尖晶石相（［Ｆｅ，Ｍｇ］［Ｃｒ，Ｆｅ］２0４），主要含有Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ａ１、Ｓｋ邋０逡逑等元素。當添加Ｎａ２Ｃ0３詰燒提取Ｎ３２Ｃｒ0４后，物相發(fā)生轉變，圖２．２ｂ結果表明，當逡逑絡鐵礦炫燒氧化率為７０％左右時得到的培燒后期產物，最有可能是由尖晶石相逡逑ＭｇＣｒ0．４Ｆｅｉ．６0４邋和邋Ｎａ、Ａ１、Ｓｉ、Ｍｇ邋元素形成的邋Ｍｇｉ．５Ｎａ９Ｓｉｉ２ＡＩｉ２0４８、ＮａＳｉＡｌ0４邋等崟逡逑酸鹽副相組成。上述結果與齊天貴等研究的絡鐵礦經Ｎａ２Ｃ0３氧化培燒轉化中形成的逡逑ＭｇＦｅ＾ｎ－ｘ化尖晶石結構相錯Ｗ。逡逑０邋ＭｇＣｒ＂Ｆｅ＂０，逡逑口；，＞邐＊邋Ｍｇ＂Ｎａ，Ｓｉ，：ＡＩ，，０＂逡逑Ａ邋ＮａＳｉＡＩＯ＾逡逑0邐（２２０）逡逑立邐０邐（４００）逡逑ｗ邋０邐０邐０逡逑ｃ邐＃逡逑—邐（３１１）邐＃邋（Ｆｅ，Ｍｇ）ｉＣｒ，ＡＩ｜，0ｊ逡逑辟０）邐＃逡逑＃邐（４００）邐＃邐：逡逑—ＩＬＬＪ邐ｌＬＪ邐—邋？．邋ａ逡逑２０邐３０邐４０邐５０邐６０邐７０邐

可取代晶格中的二價鐵離子，Ｈ價的鉛、鐵離子可取代部分的Ｈ價絡離子，其化學通逡逑式為：（Ｍｇ，Ｆｅ）［Ｃｒ，ＭＦｅ］２0４，故需進一步確定潔燒后期產物中的相和成份。對括燒后逡逑期產物進行背散射掃描電鏡和能譜（ＳＥＭ化ＤＳ）剖面微區(qū)域分析的結果如圖２．３和表逡逑２．２所示。圖２．３為整體培燒后期產物和單顆粒的形貌，由圖可知，炫燒后期產物顆粒逡逑的斷面由亮色相和暗灰色相組成，兩相機械混合且巧互包裹（圖２．３ａ）；根據顆粒中逡逑灰度值的不同，針對圖２．３ｂ中Ａ、Ｂ、Ｃ點進行ＥＤＳ分析，結果如表２．２所示。在Ａ微區(qū)逡逑中，Ｍｇ；邋Ｃｒ；邋Ｆｅ＝ｌ：邋０．４：邋１．６０，非常接近于ＸＲＤ所觀測到的尖晶石相；在Ｃ微區(qū)中，逡逑Ｍｇ；邋Ｎａ：邋Ａ１：邋Ｓｉ＝２．１１：９：１２．２９：１１．７７，接近于Ｍｇｉ．５Ｎａ９Ａｌ｜２Ｓｉｉ２0４８超酸鹽相；其中Ｍｇ逡逑含量偏高，可能是因為少量的尖晶石相存在；Ｂ微區(qū)位于亮色相和暗灰色相的結合部，逡逑成分復雜，屬于尖晶石和枉酸鹽的混合物。本試驗沒有發(fā)現(xiàn)ＸＲＤ結果觀察到的逡逑ＮａＡｌＳｉ0４相

此時氧氣在共烙體中的擴散過程是培燒后期反應的瓶頸所在。為考察溫度對培燒逡逑后期產物中絡氧化率的影響，在理論Ｎａ２Ｃ0３添加量、炫燒時間３０邋ｍｉｎ的條件下對盾燒逡逑后期產物進行培燒，其結果如圖２．４所示。逡逑邐１３０逡逑５０－（ａ）邐？逡逑■邋２５邋＾逡逑＾４０．邋？＿＿Ｉ逡逑１邐■邋２０邋名逡逑一邋３０邋－邐■－邋Ｃｒ邋ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ邋ｒａｔｉｏ邐：逡逑？邐▲邋－邋Ｃｈｒｏｍｉｕｍ邋ｃｏｎ化ｎｔ邋ｏｆ邋ｒｅｓｉｄｕｅ邐？逡逑Ｉ邐．邋１５邋§逡逑＞２０．邋－逡逑Ｓ邐Ａ邐Ｓ逡逑古邋１０邋－邐，邐－１０邐屋逡逑■邋。逡逑。逡逑0１邐ｉ邐邐邐１邐邐邐＞邐邐邐１邐邐邐＞邐邋邋１邐１邐５逡逑於０邐１０００邐１０５０邐１１００邐１１５０邐１２００逡逑Ｔｅｍｐｅｒａ邋ｔｕｒｅ／‘Ｃ逡逑圖２．４不同培燒溫度對麼燒后期產物中絡氧化率的影響逡逑由圖２．４可知，隨著培燒溫度的升高，Ｃｒ氧化率不斷升高；當巧燒溫度超過１１５（ＴＣ逡逑時，Ｃｒ氧化率幾乎不變，最高Ｃｒ氧化率僅為拍．６８％。Ｂｒｏｗｎ等認為在有Ｓｉ0２存在逡逑時，Ｓｉ0２先和Ｎａ２Ｃ0３生成Ｎａ２0Ｓｉ0２，邋Ｎａ２0Ｓｉ0２進一步與打２0３反應生成侃２燈0４，當逡逑１９逡逑

【參考文獻】

相關期刊論文 前3條

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相關碩士學位論文 前2條

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本文編號：2831804