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铬是我国重要资源,其铬盐产品具有广泛用途。铬盐传统生产工艺存在资源能源利用率低、铬渣排放量大、环境污染严重等问题,绿色清洁生产工艺的开发是环境可持续发展的必由之路。中国科学院过程工程研究所研发了铬铁矿亚熔盐液相氧化法制铬盐清洁生产工艺,从源头上解决了铬渣的环境污染问题,在提高铬收率的基础上大幅度降低了反应温度和能源消耗,实现了真正意义上的绿色可持续发展。该清洁工艺以苛性碱为反应介质,氧化浸出后的铬盐通过稀释、过滤、结晶达到铬碱分离的目的从而制备铬盐产品。为降低能耗和简化铬碱分离工艺步骤,本文以高浓度碱性条件下的铬盐为原料,通过引入分离介质,采用沉淀转化的方式将液相中的铬酸根转移至固相中,实现了铬酸根与高浓度氢氧根的高效、低成本分离;沉淀中间体经转化后制备铬盐产品,与上述清洁生产工艺良好衔接。本论文主要取得了以下创新进展:(1)确定了通过引入氢氧化钡分离铬碱的过程为放热反应,标准吉布斯自由能随反应温度的升高而缓慢减小,反应平衡常数随温度的升高而降低;对模拟铁矿液相氧化浸出液混合体系进行系统实验,工艺研究表明,反应温度60℃、70℃,碱浓度50%、60%(质量分数),反应时间120min、物料配比1:1(铬酸钠与氢氧化钡的摩尔比)、未稀释条件下,铬酸钠的转化率达到92%以上,分离效果良好。氢氧化钡分离铬的反应为一级反应,反应过程的表观活化能Ea=6.87kJ/mol,反应动力学方程是-7)9)(1-(3)=6),其中k=A·e-6870/RT,A=0.06min-1。(2)固液反应球磨通过撞击-剥离固体反应物表面的生成物颗粒,从而强化沉淀中间体铬酸钡转化制备重铬酸钠的反应过程;通过工艺优化,在铬酸钡转化率几乎一致时,所需反应时间从传统模式下的400min缩短至120min。(3)正交实验结果表明,反应条件对铬酸钡转化率的影响程度为:时间>反应温度>转速;对铬酸钡水热转化制备重铬酸钠的固液多相反应过程进行研究,结果表明反应的控制步骤为产物层扩散,反应过程的表观活化能Ea=17.53kJ/mol,反应动力学方程是1-3(1-)2?3+2(1-)=6),其中k=A·e-17530/RT,A=0.29min-1。(4)在铬碱分离较优工艺条件下,实际铬铁矿液相氧化浸出液中铬酸钠转化率达到89%,与模拟结果相差3%,分离效果良好;在铬的转化较优工艺条件下,铬酸钡的转化率达到88%,与模拟结果相差5%,转化效果良好。(5)对硫酸钡水洗解毒工艺研究表明,在水洗温度40℃、液固比20:1(溶液体积与硫酸钡质量比,ml/g)、水洗时间120min、水洗次数3次,此时硫酸钡中Cr(Ⅵ)含量降为1 mg·kg-1。