[发明专利]由铬矿石制备碱金属铬酸盐的一种方法和装置

说明书

本发明涉及铬矿石的氧化解聚，也就是说，通过三价铬化合物，特别是含三价铬的矿石的氧化而制备六价铬化合物。

从含三价铬的天然矿石(下文中的矿石是指铬铁矿)中提取三价铬包括：使矿石中的三价铬氧化成六价铬，然后浸取以提取呈六价铬可溶性盐形式的六价铬。

铬铁矿氧化解聚的一般方法包括：磨碎矿石，然后在600—1500℃的温度，在有碳酸钠和/或氢氧化钠或其它碱金属的存在下使矿石氧化。

另外，在该混合物中加入稀释料，有时加氧化剂。通常用氧化亚铁和浸取残渣作稀释剂。

氧化反应所需高温是通过直接加热该混合物而达到的，也就是说，将待解聚物料放在与火焰及燃烧器的燃烧产物直接接触的位置，该燃烧产物通常用氧化所需的常压空气进行稀释。

为提高产率已提出各种操作方法或其组合。

例如，DE2557403和DE2607131涉及贫铬，特别是富硅石的铬铁矿的解聚；DE2542054提出多步法，它以最佳方式，进行三次热氧化循环(煅烧)而使铬铁矿中Cr₂O₃转化成水溶性铬酸盐的转化率提高到70—85％。

EP027868(A)描叙加料炉含有在水溶液中的造粒的矿石混合物，实际上它是用湿浸取残渣而得到的。

上述所有这些公知方法的主要缺点是：氧化气体中的O₂浓度不足以使矿石中的三价铬完全氧化，因为富含空气的燃烧烟雾中氧含量通常不超过其总量的8—10％左右。

另外，使燃烧和稀释气体直接与该混合物接触，结果会夹带来自加热炉的颗粒。由于这些颗粒含六价铬，而产生生态破坏，因此必须分离这些颗粒。

为改进炉内气氛性能，已进行各种尝试以增加氧化气体的氧含量。例如，JP75905(Nippon K.K)描叙在火焰直接加热旋转管式炉中注入含氧气体的方法。然而这种解决方法不仅没有提高产率，反而会增加夹带的颗粒，形成环状污垢。

自本世纪初以来已公知的另一种方法是(如我们引用的DE163814和DE171089)在较低的温度(400—700℃)下，用低助熔剂混合物(通常由于该混合物中存在大量碱金属氢氧化物而得到)进行铬矿石的氧化反应。一般来说，将含氧气体注入熔池或将氧给体(如氮酸醇盐、氧化锰、氧化铅及类似物)加入混合物中有助于氧化反应。

现有技术存在的另一个问题是由于在矿石煅烧温度下，在反应过程中生成的铬酸盐会熔融。

现已发现，该熔融铬酸盐一开始分散在反应器所含物料中，且被该物料所吸收。当铬酸盐(Na₂CrO₄)占装入反应器物料总量的百分重量过量时，铬铁矿的脉石不再吸收它并保持熔融的铬酸盐，它与反应器接触，形成环状污垢(在管式炉情况下)，从而产生不利后果。

铬铁矿通常含有大量铬氧化物，因而使铬酸盐重量大于“可吸收”的最大百分数(对于干相中的公知方法来说，通常不高于40％)。

这事实促使人们通过各种途径去寻找不同的解决办法，以能得到经济合理的铬和碱金属化合物的转化率。

第一种解决办法(一种最广泛采用的办法)是将一种或多种不含铬或铬含量很低的“稀释”料加到待氧化解聚的混合物中，从而保持或“吸收”该熔融铬酸盐。

为此，通常用先前氧化解聚得到的余土(earths)。

这种解决办法的缺点是每次处理的物料量比理想情况(只含矿石和碱)要多得多。

第二种解决办法如US3963824所述，将磨碎的铬铁矿分散在低助熔剂碱金属盐的熔池中，在反应器中间接加热，在搅拌情况下注入氧。该方法的主要缺点是会消耗大量碱金属盐，该碱金属盐与矿石的比率在5∶1至20∶1之间变化，这使该方法实质上不能适用于工业生产，因为其成本太高。

另一种方法如US3295954所述，用“二元”混合物，也就是说，只含铬铁矿或碱，进行氧化解聚，而且该混合物处于静止状态。为此，将该混合物制成块状，放在特定容器内，送入间接加热的炉内，炉内有流动的空气流。这种方法即使在无稀释料的情况下，也能避免熔融铬酸盐从矿石中逸出，从而使矿石中铬转化率达90％左右。

该方法的缺点是它要求氧化过程中，该混合物处于绝对静止状态。由于该方法会产生上述环状污垢现象，从而不能用连续反应器如旋转炉。因此，该方法不仅难以实施，显然也不经济。

本发明目的是提供在控制条件下，使含三价铬化合物的物料氧化解聚的方法，其产率高，而且不会生成环状污垢。

本发明第二个目的是用含三价铬的矿石中所含的铬化合物在短时间内转化的方法进行氧化解聚。