CN104512931A - 加压液相氧化法铬铁矿分解方法及用于加压液相氧化法铬铁矿分解的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种加压液相氧化法铬铁矿分解方法，包括储存于料浆槽中的铬铁矿与反应介质混合浆料经隔膜泵连续送入多级预热装置中预热，预热后的浆料进入多级加热装置升温至反应温度并送入多级鼓泡塔反应器内反应，自最后一级鼓泡塔反应器排出的反应后浆料经多级闪蒸后其压力降至常压或接近常压，温度降至150℃以下，并储存于反应后浆料接收槽中，其中多级闪蒸装置产生的二次蒸汽被送入多级预热装置中加热混合浆料，自最后一级鼓泡塔顶部排出的气体经脱水、脱碱并增压后循环利用。本发明以鼓泡塔作为液相氧化反应器，实现了反应过程的整体连续；采用管道化加热，节省空间与投资，且充分利用了过程产生的二次蒸汽，提高了能源利用率。
Description
技术领域
本发明涉及湿法冶金领域，尤其涉及加压液相氧化法铬铁矿分解方法及分解装置。
背景技术
铬盐产品广泛应用于冶金、材料、电镀、制革、印染、颜料、木材防腐、催化剂、氧化剂、火柴及金属缓蚀剂等方面，涉及国民经济15%的商品品种，在国民经济和日常生活中的作用不可替代。目前，铬盐产品的主要生产原料为铬铁矿，因此发明创造由铬铁矿经一定的分解过程转化为铬盐产品的方法具有必要性。
铬铁矿分解的传统方法为有钙焙烧法。有钙焙烧基本过程为铬铁矿同纯碱和石灰石、白云石等钙质填料的混合物送入回转窑，在空气中于1100℃焙烧，矿石中的三价铬与纯碱结合并被空气氧化成六价的铬酸钠，用水浸取，浸取液经过滤，滤液即铬酸钠碱性液。碱液进一步加工成红矾钠或其下游产品，浸取后的残渣即为铬渣。有钙焙烧法方法简单，但是铬渣量大且毒性高，铬渣中含有的致癌物铬酸钙环境污染严重。为解决有钙焙烧法的缺陷，20世纪50年代德国首先开发成功无钙焙烧新方法，并先后在英国、美国、日本、哈萨克斯坦等国采用无钙焙烧方法生产铬盐产品。无钙焙烧法的方法流程和主要设备与有钙焙烧法相似，最大区别是不使用钙质填料，无钙焙烧法排渣量由有钙焙烧法的2.5～3吨/吨产品降低至0.8吨/吨产品。但是由于无钙焙烧法铬渣中仍含有高毒性的酸溶性六价铬盐—铬黝方石，因此无钙焙烧法仍无法解决铬渣的污染问题。
为彻底解决铬铁矿分解生产铬盐产品过程中的污染问题，CN101817561A提出了铬铁矿加压浸出清洁生产铬酸钠的方法，该方法提出将铬铁矿在氢氧化钠溶液中与氧气等氧化性气体进行加热氧化反应，在氢氧化钠浓度为30%wt～80%wt，氢氧化钠与铬铁矿的质量比为2:1～10:1，反应温度为180℃～320℃，氧化性气体分压为0.1MPa～5MPa的条件下反应0.5～10小时，铬铁矿中铬的转化率可达到99%以上。该方法铬的利用率高，无高毒性铬渣产生，属清洁生产方法，有效解决了铬盐生产过程中的资源浪费及环境污染问题。
发明内容
本发明提供加压液相氧化法铬铁矿分解方法，以实现铬铁矿加压浸出清洁生产铬酸盐技术路线的工业生产装置。
本发明提供了一种加压液相氧化法铬铁矿分解方法，所述方法中的主要装置包括料浆槽、隔膜泵、多级预热装置、多级冷凝水储槽、浆料加热装置、多级鼓泡塔反应器、多级闪蒸装置、反应后浆料接收槽及水冷器等。
该方法的具体流程为：
1）浆料进入隔膜泵的进口，经隔膜泵加压并送入多级预热装置中预热，预热用蒸汽来自多级闪蒸装置，预热后的蒸汽冷凝水存至冷凝水槽；
2）预热后的浆料进入浆料加热装置升温至反应温度并送入多级鼓泡塔反应器内反应，氧气或富氧空气自全部或部分鼓泡塔反应器的底部通入反应器中使铬铁矿充分分解，反应浆料在多级鼓泡塔反应器中停留一段时间后自最后一级鼓泡塔反应器排出。优选的，所述鼓泡塔反应器可以为塔式反应器或釜式反应器。
3）排出的反应后浆料经多级闪蒸降温降压。
优选的，将鼓泡塔反应器排出的反应后浆料经多级闪蒸后其压力降至常压或接近常压，温度降至150℃以下，并储存于反应后浆料接收槽中。
优选的，最后一级鼓泡塔反应器上部排出的混合气经脱水、脱碱并增压后重新通入鼓泡塔反应器中。
优选的，反应后浆料接收槽及第一级冷凝水槽的蒸汽送入水冷器中冷却。
所述浆料包括来自外界的铬铁矿和反应介质。
所述混合气包括氧气或富氧空气、水蒸汽及碱蒸汽。
优选的，所述浆料储存于浆料槽内，并由浆料槽底部出口的泥浆泵打入隔膜泵的进口。
优选的，所述的多级闪蒸装置、多级预热装置及多级冷凝水储槽的级数n为1～15。
优选的，所述的多级鼓泡塔反应器的级数m为1～12。
优选的，所述的反应介质为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或上述二者的混合物。
本发明还提供了加压液相氧化法铬铁矿分解装置，包括料浆槽、隔膜泵、多级预热装置、多级冷凝水储槽、浆料加热装置、多级鼓泡塔反应器、多级闪蒸装置、反应后浆料接收槽及水冷器，浆料储存于浆料槽内，并由浆料槽底部出口的泥浆泵打入隔膜泵的进口，经隔膜泵加压并送入多级预热装置中预热，预热用蒸汽来自多级闪蒸装置，预热后的蒸汽冷凝水存至冷凝水储槽，预热后的浆料进入浆料加热装置升温至反应温度并送入多级鼓泡塔反应器内反应，反应浆料在多级鼓泡塔反应器中停留一段时间后自最后一级鼓泡塔反应器排出，经闪蒸装置降温降压，并储存于反应后浆料接收槽中。
优选的，所述反应器为塔式反应器或釜式反应器。
本发明所述的加压液相氧化法铬铁矿分解方法具有以下优点：
（1）隔膜泵为整个方法的唯一动力源，节省成本，实现了方法的连续化；
（2）采用管道化加热，节省空间与投资；
（3）以塔式反应器或釜式反应器作为液相氧化反应器，强化了气液固多相体系的混合，实现了反应过程的整体连续；
（4）充分利用了过程产生的二次蒸汽，提高了能源利用率。
附图说明
图1、加压液相氧化法铬铁矿分解方法的流程图。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅用于帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
参见图1的分解方法的流程图，铬铁矿及反应介质组成的浆料以10m3/h的流量由浆料槽底部出口的泥浆泵打入隔膜泵的进口，浆料中氢氧化钠与铬铁矿的质量比为5:1，氢氧化钠浓度为60%wt，浆料经隔膜泵加压至4.5MPa并连续送入级数为15级的多级预热装置中预热，预热用蒸汽来自多级闪蒸装置，预热后的蒸汽冷凝水存至冷凝水槽，预热后的浆料进入浆料加热装置升温至240℃并送入级数为12级的多级鼓泡塔反应器内反应，氧气自全部鼓泡塔反应器的底部通入反应器中使铬铁矿充分分解，反应浆料在多级鼓泡塔反应器中停留一段时间后自最后一级鼓泡塔反应器排出，自鼓泡塔反应器排出的反应后浆料经级15级闪蒸后其压力降至常压，温度降至150℃以下，并储存于反应后浆料接收槽中，其中浆料接收槽及第一级冷凝水槽的蒸汽送入水冷器冷却后待用。对反应后浆料取样分析，测得铬铁矿中铬的转化率为99%。
实施例2
铬铁矿及反应介质组成的浆料以2m3/h的流量由浆料槽底部出口的泥浆泵打入隔膜泵的进口，浆料中氢氧化钠与铬铁矿的质量比为10:1，氢氧化钠浓度为60%wt，浆料经隔膜泵加压至4.5MPa并连续送入级数为1级的预热装置中预热，预热用蒸汽来自多级闪蒸装置，预热后的蒸汽冷凝水存至冷凝水槽，预热后的浆料进入浆料加热装置升温至240℃并送入级数为1级的鼓泡塔反应器内反应，氧气自鼓泡塔反应器的底部通入反应器中使铬铁矿充分分解，反应浆料在鼓泡塔反应器中停留一段时间后自鼓泡塔反应器排出，自鼓泡塔反应器排出的反应后浆料经1级闪蒸后其压力降至常压，温度降至150℃以下，并储存于反应后浆料接收槽中，其中浆料接收槽及第一级冷凝水槽的蒸汽送入水冷器冷却后待用。对反应后浆料取样分析，测得铬铁矿中铬的转化率为99%。
Claims (12)
1.加压液相氧化法铬铁矿分解方法，包括：
1）浆料进入隔膜泵的进口，经隔膜泵加压并送入多级预热装置中预热，预热用蒸汽来自多级闪蒸装置，预热后的蒸汽冷凝水存至冷凝水槽；所述浆料包括铬铁矿和反应介质；
2）预热后的浆料进入浆料加热装置升温至反应温度并送入多级鼓泡塔反应器内反应，氧气或富氧空气自全部或部分鼓泡塔反应器的底部通入反应器中使铬铁矿充分分解，反应浆料在多级鼓泡塔反应器中停留一段时间后自最后一级鼓泡塔反应器排出；
3）排出的反应后浆料经多级闪蒸降温降压。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的反应介质为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或上述二者的混合物。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，鼓泡塔反应器排出的反应后浆料经多级闪蒸后其压力降至常压或接近常压，温度降至150℃以下，并储存于反应后浆料接收槽中。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2）最后一级鼓泡塔反应器上部排出的混合气经脱水、脱碱并增压后重新通入反应器中。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的多级闪蒸装置、多级预热装置及多级冷凝水储槽的级数n为1～15。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的多级鼓泡塔反应器的级数m为1～12。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，反应后浆料接收槽及第一级冷凝水槽的蒸汽送入水冷器中冷却。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浆料储存于浆料槽内，并由浆料槽底部出口的泥浆泵打入隔膜泵的进口。
9.一种用于加压液相氧化法铬铁矿分解的装置，其特征在于，所述装置包括料浆槽、隔膜泵、多级预热装置、多级冷凝水储槽、浆料加热装置、多级鼓泡塔反应器、多级闪蒸装置、反应后浆料接收槽及水冷器，浆料储存于浆料槽内，并由浆料槽底部出口的泥浆泵打入隔膜泵的进口，经隔膜泵加压并送入多级预热装置中预热，预热用蒸汽来自多级闪蒸装置，预热后的蒸汽冷凝水存至冷凝水储槽，预热后的浆料进入浆料加热装置升温至反应温度并送入多级鼓泡塔反应器内反应，反应浆料在多级鼓泡塔反应器中停留一段时间后自最后一级鼓泡塔反应器排出，经闪蒸装置降温降压，并储存于反应后浆料接收槽中。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述鼓泡塔反应器为塔式反应器或釜式反应器。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述的多级闪蒸装置、多级预热装置及多级冷凝水储槽的级数n为1～15。
12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述的多级鼓泡塔反应器的级数m为1～12。
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