[發明專利]一種氫氧化鉀溶液中電化學分解鉻鐵礦提取鉻的方法

有效

• 申請號: 201210592788.0
• 申請日: 2012-12-29
• 公開（公告）號: CN103060838A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 鄭詩禮;杜浩;王中行;王少娜;張懿
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C25B3/12
• 分類號: C25B3/12;C22B34/32
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

技術領域

本發明涉及一種電化學分解鉻鐵礦提取鉻的方法，特別涉及一種氫氧化鉀溶液中電化學分解鉻鐵礦提取鉻的方法。

背景技術

鉻鐵礦是一種尖晶石構型的礦物，是目前唯一可供開采的鉻礦石。鉻鐵礦成分復雜，主要成分為鐵、鎂和鉻的氧化物，通式可表示為(Fe,Mg)Cr₂O₄。鉻鐵礦的產地主要為巴西和古巴，生產國則主要是印度、伊朗、巴基斯坦、阿曼、津巴布韋、土耳其和南非，共占世界產量的80%。對中國而言，鉻鐵礦主要存在于四川、西藏、甘肅、青海等省份，是我國的短缺礦種，儲量少，產量低，每年消費量的80％以上依靠進口。

鉻鐵礦主要用于冶金工業、耐火材料和化學工業中。在冶金工業，鉻鐵礦主要用于生產鉻鐵合金和金屬鉻。其中鉻鐵合金作為鋼的添加料生產多種高強度、抗腐蝕、耐磨、耐高溫、耐氧化的特種鋼，如不銹鋼、耐酸鋼、耐熱鋼、滾珠軸承鋼、彈簧鋼、工具鋼等；金屬鉻主要用于與鈷、鎳、鎢等元素冶煉特種合金。這些特種鋼和特種合金是航空、宇航、汽車、造船，以及國防工業生產槍炮、導彈、火箭、艦艇等不可缺少的材料。在耐火材料上，鉻鐵礦用來制造鉻磚、鉻鎂磚和其他特殊耐火材料。在化學工業上，鉻鐵礦主要用來于生產重鉻酸鈉，進而制取其他鉻化合物，用于顏料、紡織、電鍍、制革等工業，還可制作催化劑和觸媒劑等。

以鉻鐵礦為原料生產鉻鹽產品的方法主要有有鈣焙燒法和無鈣焙燒法。其中有鈣焙燒法是鉻鹽傳統生產方法，在國外已逐步被淘汰，至今我國大多數鉻鹽廠依然采用此法。有鈣焙燒法是將鉻鐵礦與純堿和鈣質填料混合均勻后，于1100-1200℃的回轉窯內通空氣進行氧化焙燒，熟料經冷卻、粉碎和水浸得到300g/L的鉻酸鈉堿性液。堿性液經中和除鋁、濃縮、硫酸酸化和二次酸性蒸發脫除芒硝，再經冷卻結晶得產品重鉻酸鈉（亦稱紅礬鈉）。有鈣焙燒法鉻轉化率僅76%，三廢排放量大，每噸紅礬鈉產品約排放2.0-3.0噸高毒鉻渣，鉻渣含鉻量高（為4-5%），難于解毒和綜合利用，中間產物鉻酸鈣為致癌物，此外還排放大量含鉻廢氣，環境污染嚴重。

為解決有鈣焙燒法重污染問題，國外開發出無鈣焙燒法，該法不用局外填料，而是將浸洗后渣進行分選，所得粗渣（含未反應的鉻鐵礦及鎂鐵礦）作填料返回焙燒，而將含硅、鋁高的細渣排出，即利用返渣全部取代含鈣填料，以達到減少排渣量的目的。無鈣焙燒法的鉻轉化率可達90%，鉻渣排出量在工業化裝置中是最小的，為0.8噸/噸紅礬鈉，渣中六價鉻含量低，減少了污染，同時控制了致癌物鉻酸鈣的生成，但并未徹底解決鉻渣污染問題。

CN1418823、CN102275992A、CN85102681、CN1579947、CN101066779等分別就有鈣焙燒或無鈣化焙燒工藝進行優化改進，一定程度上提高了鉻轉化率同時減少鉻渣排放，但以上工藝與傳統焙燒法在焙燒原理、操作過程及操作溫度方面基本相同，無法避免焙燒溫度過高、能耗大等傳統工藝的問題，且僅能部分降低而非從本質上解決鉻渣污染問題。

CN102643977A提出一種鉻鐵礦的熔融液相焙燒方法。將包含鉻鐵礦，選自純堿、碳酸氫鈉、硫酸鈉和氫氧化鈉中的一種或多種和任選的鉻酸鈉的混合料在臥式回轉窯中在氧氣存在下于350-1500℃下熔融液相焙燒，得到鉻酸鈉。該方法使鉻鐵礦在熔鹽體系中呈熔融液相，大大地提高了鉻轉化率，增加了產量，從根本上解決了無鈣焙燒工藝易結壁的問題，但該法操作溫度依然較高，且設備較為復雜。

CN85100396提出連續多段逆流流態化浸出鉻鐵礦堿性焙燒熟料的方法和設備。根據廣義流態化的原理，把流態化塔、螺旋輸送器和提升塔緊密組合成一組浸出單元，以鉻酸鈉熟料為原料，物料在浸出系統中僅停留1h，浸出率就可達99%。但該方法機械化程度要求較高，設備投資大。

US7968066B2提出一種堿金屬鉻酸鹽的生產方法，將鉻鐵礦與堿金屬氫氧化物混合后加熱至200-550℃，在氧化劑存在條件下進行氧化溶出反應，獲得堿金屬氫氧化物、堿金屬鉻酸鹽及富鐵尾渣混合料漿，對上述料漿進行稀釋、固液分離、結晶等操作后可獲得合格的鉻酸鹽產品。此法相對于傳統焙燒法操作溫度降低約700℃，鉻回收率提升至近100%，但其操作溫度依然較高，且堿液循環蒸發濃縮環節能耗依然較大。