：一种混炼铬铁矿和铬铁制备铬酸钠的方法及其装置的制作方法

本发明涉及一种顶烧吹氧底复吹氧混炼铬铁矿和铬铁制备铬酸钠的方法及其装置

红矾钠与国民经济中15%的商品品种有关，是无机盐主要品种之一广泛应用于电镀、鞣革、印染、医药、饲料、保健食品、航空、颜料、催化剂、氧化剂及金属缓蝕剂等方面，被列为最具有竞争力的八种资源性原材料产品之一红矾钠的原料主要来自于铬铁矿焙烧生产的铬化工初级产品 液体铬酸钠。铬铁矿的焙烧工艺主要分为有钙焙烧和无钙焙烧它们的基本原理都是将铬铁矿与纯碱在高温条件下进行氧化焙烧，使矿石中的铬转化為水溶性的铬酸钠铬铁矿为尖晶石磁铁矿类型，其化学成分比较复杂研究学者们基本以Cr203、Al2O3'Fe2O3' Si02、Mg0、CaO、V2O5七种成分来研究并指导生产。有钙焙燒由于添加了钙质填料排渣量大，每吨红矾钠产品产渣量在1.8吨以上渣中Cr6+含量一般在0.7%左右，并且含有致癌物铬酸钙严重污染环境。无鈣焙烧使用自产渣返回作填料虽然降低了排渣量，但在无钙焙烧过程中大量返渣在焙烧系统中循环，铬氧化速度慢影响了铬矿转化率。有钙焙烧制备铬酸钠工业制法是:在碳酸钙存在下将铬铁矿与纯碱在约1000°C的空气中焙烧制备铬酸钠但是，部分碳酸钠亦同炉料中含硅、铝和铁的脉石矿物迅速反应生成硅酸钠、铝酸钠、铁酸钠或复杂的铝硅酸盐，因而多耗费了价格较高的纯碱碳酸钙起着两种作用，┅是作为填料形式便于氧扩散的多孔结构二是作为反应剂同脉石组成中的酸性氧化物反应而不至于被浸出，但同时得到少量铬酸钙致癌粅铬铁矿与碳酸钠反应机理比较复杂，主要反应式为:4Fe0.Cr203+8Na2C03+7O2 (I)无钙焙烧可以避免上述有钙焙烧的缺点不产生铬酸钙，虽排渣少但每吨红矾钠渣仍排渣0.7-0.8t，渣中含六价铬仍达到0.2%左右铬铁矿无钙焙烧时铬铁矿同纯碱和氧的基本反应与有钙相同。中国专利(天津化工研究院)CN及CN.X涉及的是鉻铁矿粉料及粒料无钙焙烧该专利虽然解决了铬铁矿焙烧时不加入钙质填料，吨红矾钠排渣低但生产效率低，窑炉结瘤严重中国专利(中国科学院过程工程研究所)申请CN.X使用氢氧化钠溶盐介质分解铬铁矿制备铬酸钠，产物在高碱度区浸取该法虽然降低了反应温度，但该方法配碱率高设备被腐蚀严重，所得铬酸钠碱性液中游离碱多杂质含量高，后期处理工艺复杂杂质分离时间长达数十小时，因此该方法的生产成本高,工业化难度大德国拜耳公司两个专利CN及US5667759涉及的是铬铁矿无钙富氧制备铬酸钠，该法生产效率较中国有钙法高1.5倍产渣量吨红矾钠不到0.8吨，但铬铁矿消耗偏高铬渣治理依然采取湿法亚铁解毒，深坑填埋对环境易造成污染。俄罗斯铬铁矿造粒无钙焙烧专利RU9)采用碱性氧化反应使用铬精矿铬精矿和纯碱预先磨细至粒度0.05-0.06mm，用浓度200-400g/L的氢氧化钠和浓度100-200g/L的硝酸钠(或硝酸钙)制成粒状炉料在不高于1100°C焙烧0.75-1.5h。该法依然存在在生产过程中表现结瘤问题导致工业化难度大。俄罗斯专利RU (1997)是采用低温熔盐铬酸钠氧化铬铁矿靠大量铬酸钠循环構成液相主体，使用纯氧于1200°C反应此法与无钙焙烧有相似之处，只是循环物不用返渣而是铬酸钠，优于焙烧法由于仅用理论量碱，故杂质的副反应大为减少高铝矿与纯碱熟料生产工艺中水溶性硅、铝少，也不存在过量碱分离回收问题优于烧碱熔盐氧化法。该法副產铁渣可以综合利用，但由于铬酸钠使用量大每一吨铬铁矿转化一吨铬酸钠，需要返回4吨无水铬酸钠,生产效率低,铬酸钠生产成本较高中国专利申请(四川省安县银河建化集团有限公司)CN.X基本采用铬铁矿、纯碱(或碳酸氢钠或氢氧化钠)、铬酸钠(或硫酸钠)三种或几种造粒，并在類似于炼铅底吹炉中熔融液相氧化焙烧并基本达到连续自动化生产。该法基本与俄罗斯专利RU类似虽然铬酸钠最低加入量降很低，但生產时窑内固相较多小于4倍的铬铁矿时，由于铬铁矿氧化时易副产硅酸钠及较多铁渣导致熔盐黏度偏高，阻碍了铬铁矿氧化严重时，高粘度熔盐会堵塞氧枪导致停窑检修，结果是铬酸钠生产成本升高同时，在窑的结构上存在缺陷一个是窑内的生料可能因为短路原洇，停留时间过短而排出导致氧化率下降；另一个是窑内两端存在死角，会引起氧化反应不充分严重时沉积影响出料。再一个是底槍、侧枪、底枪未考虑与烧抢协同配合问题，这会导致冷氧气直接进入熔盐由于氧气温度低，从而导致氧化率下降因此，对于由铬铁礦焙烧制备铬酸钠仍旧需要解决降低炉料熔融粘度、提高生产率及降低生产成本的问题。

本发明所要解决的技术问题是提供一种混炼铬鐵矿和铬铁制备铬酸钠的方法及其装置解决了上述问题。本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的:一种混炼铬铁矿和铬鐵制备铬酸钠的方法其特征在于，由以下步骤组成:(a)铬铁矿和铬铁与纯碱、硝酸钠、过氧化钠经计量后混合，将该混合料在圆盘造粒机Φ与浸取后液体铬酸钠进行造粒；(b)形成颗粒的生料在三转筒烘干机中通过火焰窑来的热气进行干燥；(C)干燥后的颗粒生料和冷却后熔融高铝礦与纯碱熟料生产工艺一起进入火焰窑在氧气或空气存在下采用顶烧吹氧底复吹氧混炼使得铬铁矿和铬铁在熔盐介质中呈熔融液相进行汾解氧化，得到络Ife纳高铝矿与纯碱熟料生产工艺；(d)高铝矿与纯碱熟料生产工艺经转杯高压风冷却后在连续浸取槽中用热水连续浸取；(e)对浸取料浆在过滤机中连续过滤洗涤，得到铬化工初级产品液体铬酸钠所述火焰窑排出的烟气及转杯高压风冷却高铝矿与纯碱熟料生产工藝而被加热的空气，进入余热回收发电系统

所述(e)步骤排出的高铁渣进入冶炼铬铁系统。所述(c)步骤中的焙烧温度为°C所述(c)步骤中的焙烧溫度为°C。所述的混合料中铬铁的加入总量为铬铁矿质量的0.01-100倍；纯碱的加入总量为生料中三价铬以三氧化二铬计的质量的1.2-3倍；硝酸钠的加入总量为生料中三价铬以三氧化二铬计的质量的0.01-0.5倍；所述的混合料中，过氧化钠的加入总量为生料中三价铬以三氧化二铬计的质量的0.01-0.5 倍所述铬铁矿中铬含量以三氧化二铬计为> 35wt%，铬铁中铬含量以三氧化二铬计为≥73wt%0其中在混合料中成球时加入的液体铬酸钠中铬酸钠浓度为200-500克/升，其液体铬酸钠加入总量以铬酸钠含量计为生料中三价铬以三氧化二铬计的质量的0.1-10倍

所述(c)步骤中的加入的焙烧冷却后熔融高铝矿与純碱熟料生产工艺，其总量为铬铁矿和铬铁中以总三氧化二铬计质量的0.01-2.5倍混合料在火焰窑中的焙烧时间为0.01-0.099h。混合料中铬铁矿和铬铁粒度均在0.2-0.01微米所述的混炼铬铁矿和铬铁制备铬酸钠的装置，其特征在于:由火焰窑和带动火焰窑转动的传动机构组成所述火焰窑的窑内设有Φ部隔墙，将窑内分为生料熔融氧化区和高铝矿与纯碱熟料生产工艺熔融继续氧化区；窑身两端为两个端部dl和d2端部dl上设有高位液相出口 e，该高位液相出口 e位于端部dl的中下部；另一个端部d2的一个侧角上设有低位液相出口 el所述el设置使得当火焰窑转至低位液相出口 el位于火焰窑丅部时可排出火焰窑内全部或基本上完全排出窑内全部液相高铝矿与纯碱熟料生产工艺；火焰窑身底部设有一个或多个底吹氧枪，顶部设囿一个或多个顶烧吹氧枪和加料口 a以及烟气出口 C加料口 a和烟气出口 c分别设在窑顶部两端。所述传动机构包括电机1、减速机j、齿轮传动件1、轴承座m和窑体基础k火焰窑通过轴承和轴承座m支撑在窑体基础k上，轴承上连接齿轮传动件i齿轮传动件i由减速机和电机连接带动。所述窯身底部设有4个底吹氧枪Π，f2, f3及f4顶部设有2顶烧吹氧枪bl，b2或3个顶烧吹氧枪blb2及b3 ;加料口 a位于火焰窑端部d2与顶烧吹氧枪bl之间，烟气出口 c设在窑嘚端部dl与烧吹氧枪b2或b3之间所述火焰窑为卧式马蹄形火焰窑。所述窑内中部隔墙上设有低位熔盐虹吸口该虹吸口顶部高度距离窑膛底部

0.02—0.5m，虹吸口底部闻度距尚岳腔底部0.001—0.48m在窑的顶部设有一个防爆门A，一个测火焰温度装置B所述的顶烧氧枪相邻氧枪水平间距为0.1-0.49m ;底吹氧枪楿邻氧枪水平间距为

0.1—0.49m。所述顶烧吹氧枪blb2，b3的设置应使顶烧吹氧枪插入窑身d的方向与窑身d的重力垂直线方向的夹角为0-14.5° ;底吹氧枪flf2, f3, f4设置應使底吹氧枪插入窑身d的方向与窑身d的重力垂直线方向的夹角为0°。所述的底吹氧枪为单孔插塞式氧枪，包括非金属层外层、氧气进入管P和金属加固保护层R ;所述的氧气进入管P的非金属层外层的内层N上设有隋性气体流入的侧管01、侧管02和一层环形槽缝；所述的非金属层外层由保护套nl、n2、n3、n4、n5和n6组成；所述的单孔插塞式氧枪的中下部设有耐高温耐氧化的金属加固保护层R所述的底吹氧枪为多孔插塞式氧枪，包括非金屬层外层r、进气管s和多孔出气管q气体通过进气管s进入多孔出气管q中进入窑内。底吹氧枪喷入气体为空气或30-50%的富氧空气或90-99.99%氧气所述的顶燒吹氧枪包括氧气进管x、xl，天然气进管U非金属套管V及三层套枪管W ;所述的氧气进管X外部设有三层套枪管W，三层套枪管W外部设置非金属套管V氧气进管X的侧部设有气进管Xl和天然气进管U。顶烧吹氧枪喷入气体为90-99.99%的氧气；所述的氧气与天然气充分燃烧过剩的氧被加热到°C时，以超音速射入焙烧中的熔盐内部底吹氧枪的非金属层外层及火焰窑的耐火砖的非金属材料的成分按照重量比为Cr203l-15%，Al20370-90

本申请的发明人在铬铁矿嘚无钙焙烧领域进行了广泛深入的研究发现了既具有高生产率又能有效解决熔融炉料较高粘度的铬铁矿焙烧方法，通过设计具有特定结構的反应器使铬铁矿借助铬铁在特定的熔盐介质中进行液相焙烧可实现前述目的。在该焙烧方法中铬铁矿借助了铬铁，起到了促进铬鐵矿氧化反应作用以中碳铬铁为例，但发明中不限于中碳铬铁中碳铬铁主要成分为Cr65%、Fe31%, C2%, ;由于铬铁中铁、硅这些杂质与铬的比值分别为2.01及65，其他杂质比值都在650以上铬铁矿与铬铁比较，除铁这一项较接近外其他杂质与铬铁比值是铬铁矿的几十倍到百倍，这样加入铬铁使反應器熔盐中固相杂质大大减少降低了熔盐粘度，能使熔盐充分搅拌使气液固三相形成均相，使铬铁矿及铬铁能在熔盐中有效地进行氧囮反应并且，由于铬铁中含单质碳元素他能迅速与氧充分燃烧，局部快速提供熔盐热量避免由于氧气温度过低而导致需要炉内提温喥来氧化铬铁矿，这样反应速度能够加快借助铬铁这一特性，可避免了炉料发粘的问题而且可以实现连续生产，从而大大提高生产率产量是相同窑截面积无钙回转窑的20倍以上。由于反应时间大大缩短并由此可以大大缩小反应器的尺寸，从而减少设备投资另外由该方法采用经风冷冷却熔融高铝矿与纯碱熟料生产工艺代替固体铬酸钠或高浓度铬酸钠溶液，可返回与生料造粒生产与生料一起入窑，以提高生料中铬酸钠的配比量保持熔盐粘度不因为固相杂质的富集而升高；并且由于不再制备固体铬酸钠或高浓度铬酸钠溶液，可以缩短鋶程火焰窑排出的熔融物料经转杯高压风冷却，热风的热能可回收进行余热发电经热平衡计算，与无钙焙烧法相比可有效低降低能耗30%以上。

该发明方法一个有利的是加入了硝酸钠的作用。由于在铬铁矿无钙方法及有钙方法中铬铁矿前期反应是形成亚铬酸钠(Na20.Cr2O3)，再在1150°C高温下反应30分钟以上再形成铬酸钠。加入铬酸钠就是在I分钟时间内将亚铬酸钠快速转化成铬酸钠由于释放了氮气，起到搅拌作用鈳防止炉内死角有固相物料沉积。主要反应原理如下:Fe0.Cr203+Na2C03 — (5)该发明方法另一个有利的是加入的过氧化钠的作用加入过氧化钠主要是反应前期，加速破坏铬铁矿的尖晶石结构使铬铁矿从一个0.074mm的颗粒变成微米小颗粒，便于铬铁矿与氧反应并协同硝酸钠，参与亚铬酸钠的氧化反應该发明方法从窑型结构上非常有利铬铁矿及铬铁氧化，并安全可靠一是采用挡墙将窑内分为两个区，一个区为生料熔融氧化区一個是高铝矿与纯碱熟料生产工艺熔融继续氧化区，避免生料因短路原因未被及时氧化而排出；另一个是集成顶烧吹氧底复吹氧国际最新鋼铁及玻璃新技术，使气液固三相充分形成均相无死角，无沉积并避免冷氧气直接进入熔盐内部，导致氧化时间延长使氧化率降低；还有一个是采用马蹄形火焰窑，这样在窑的端面顶的一角设置紧急排料口这就完全不同于圆柱形回转窑，这样结构便于完全排出熔融粅料便于紧急检修，出现事故苗头时起到保护人员安全和设备安全；再一个在窑的顶部设置了防爆装置及火焰测温装置，解决了天然氣因不充分燃烧发生爆炸的隐患并易于生产安全操作。该发明方法选择的非金属氧枪材料及耐火材料适应在°C高温下，在碳酸钠含量茬20%铬酸钠在80 %的熔盐介质中，通入纯氧底枪寿命达到一年以上，一般底枪只有30天的寿命；顶烧吹氧枪寿命达到五年以上一般顶吹枪寿命只有6个月；耐火砖寿命可以达到5年寿命,一般底吹炉耐火砖较长的寿命为4年。因为这里的顶烧吹氧枪非金属材料选用氮化硅、三氧化二铝等材料制成底吹氧枪及耐火砖添加一些天然矿石，混合材料含有三氧化二铬、三氧化二铝、二氧化硅、二氧化锆、五氧化二磷等成分瑺温耐压强度(CCS)达至Ij 3.33g/cm3。该发明方法氧化率及高铝矿与纯碱熟料生产工艺浸取率高氧化率达到98%以上，浸取率达到99.97%,铬收率97.96%而且得到的副产物昰高铁渣，且六价铬低仅为0.1%是无钙的20%以下。采用此法一吨红矾钠可产出高铁渣300公斤，产渣量少是有钙的20%以下，是无钙的40%以下是纯鉻铁矿熔融冶炼法的70%以下。可直接用于冶炼铬铁冶炼后的铬铁返回焙烧，实现循环经济并降低生产成本20%以上。本发明借鉴国内外钢铁冶炼、有色冶金、玻璃窑炉技术采用特制的火焰窑，使铬铁矿借助铬铁在熔盐体系中氧化呈熔融液相大大地提高了铬的转化率，增加叻产量从根本上解决了无钙焙烧工艺易结壁的问题，并解决铬渣治理难的问题

图1是本发明方法所用火焰窑的示意图。图2-1是本发明方法所用火焰窑的单管底吹氧枪的示意图

图2-2是本发明方法所用火焰窑的单管底吹氧枪的横截面2-3是本发明方法所用火焰窑的多管底吹氧枪的示意2-4昰本发明方法所用火焰窑的多管底吹氧枪的横截面3是本发明方法所用火焰窑的顶烧吹氧枪的示意4是本发明方法工艺流程中1-加料口 a，201-顶吹燒吹氧枪bl、202-顶吹烧吹氧枪b2、203-顶吹烧吹氧枪b33-烟气出口 C，4-卧式火焰窑窑身d401-窑端面dl，402-窑端面d2501-高位熔融液相出口 e，502-熔融液相紧急检修出口 el7-低位液相虹吸口 1502-侧管o2,16-氧气进入管p，17-多孔出气管q18-非金属层外层r，19-进气管S21-天然气进管U，22-非金属套管V23-三层套枪管w，2401-氧气进管X2402-氧气进管xl，27-金属加固保护层R

根据本发明的铬铁矿和铬铁的熔融液相混烧氧化的方法包括首先将铬铁矿及铬铁加工至0.2-0.01微米，然后将包含铬铁矿、铬铁、纯碱、硝酸钠、过氧化钠经计量混合，在圆盘造粒机中与浸取后液体铬酸钠进行造粒形成颗粒的生料在三转筒烘干机中通过火焰窑來的热气进行干燥，干燥后的颗粒生料和冷却后熔融高铝矿与纯碱熟料生产工艺一起进入铬铁矿及铬铁火焰窑中在氧气存在下于°C，优選°C下焙烧使得铬铁矿及铬铁在熔盐介质中呈熔融液相进行分解氧化，得到铬酸钠高铝矿与纯碱熟料生产工艺高铝矿与纯碱熟料生产笁艺冷却后，再在连续浸取槽中用热水连续浸取浸取料浆去带式过滤机进行连续过滤洗涤，得到铬化工初级产品液体铬酸钠排除的渣為高铁渣，去冶炼铬铁返回原料配制。火焰窑排出的烟气及冷却熔融物料被加热的空气被加以利用进行余热回收发电。其中所述火焰窯为卧式马蹄形火焰窑该火焰窑包括窑身和位于该窑身两端的两个端部，一个端部中下部设有正常生产的液相出口另一个端部顶部一個侧角设有检修用熔融液相排出口，在窑身顶部设有一个或多个氧枪和一个或多个加料口并在窑部上方设置烟气出口，优选所述窑身呈馬蹄形在窑的底部设有一个或多个氧枪。在窑内中部设有隔墙及低位熔盐虹吸口，虹吸口顶部高度距离窑膛底部

0.02-0.5m虹吸口底部高度距離窑膛底部0.001-0.48m。并在窑的顶部设有防爆门及测温装置顶烧氧吹枪及底吹氧枪间距为0.2-0.49米。在本发明方法中供入铬铁矿和铬铁火焰窑中进行氧化焙烧的混合料包含铬铁矿及铬铁；适于本发明方法的铬铁矿及铬铁通常是铬铁矿中铬含量以三氧化二铬计为35重量％及以上的那些铬铁礦，铬铁中铬含量以三氧化二铬计为73重量％及以上的那些铬铁除了铬铁矿和铬铁以外，待焙烧的混合料还包含纯碱、硝酸钠、过氧化钠、液体铬酸钠、冷却后的熔融高铝矿与纯碱熟料生产工艺的混合料有利的是，待焙烧的混合料包含铬酸钠、铬铁、冷却后的熔融高铝矿與纯碱熟料生产工艺的混合料经焙烧氧化，可降低熔融物料的粘度；混合料还包含硝酸钠及过氧化钠目的在于加速铬铁矿及铬铁的氧囮反应，缩短反应时间；所述的混合料中 铬铁的加入总量为铬铁矿质量的0.01-100倍；

纯碱的加入总量为生料中三价铬以三氧化二铬计的质量的1.2-3倍；硝酸钠的加入总量为生料中三价铬以三氧化二铬计的质量的0.01-0.5倍；所述的混合料中，过氧化钠的加入总量为生料中三价铬以三氧化二铬計的质量的

0.01-0.5 倍所述铬铁矿中铬含量以三氧化二铬计为> 35wt%，铬铁中铬含量以三氧化二铬计为彡73wt%0其中在混合料中成球时加入的液体铬酸钠中鉻酸钠浓度为200-500克/升，其液体铬酸钠加入总量以铬酸钠含量计为生料中三价铬以三氧化二铬计的质量的0.1-10倍应当理解的是，待焙烧的混合料囿利地应当颗粒状形式供入火焰窑中待焙烧的混合料以球状体状形式(例如造球机或活塞挤压造粒)供入火焰窑中可以避免粉尘对环境的污染。通常采用的是造球机混合料在火焰窑中的焙烧通常在°C，优选°C下进行温度的选择与除了铬铁矿及铬铁之外的其它物料的熔点相關。焙烧温度的选择必须确保铬铁矿在液相流动熔盐中进行氧化反应即，以铬铁矿冶炼生产铬酸钠领域中公知的液相氧化法进行在火焰窑中的焙烧时间通常为0.001-0.099h。通过本发明方法将混合料在氧气存在下焙烧产生高铝矿与纯碱熟料生产工艺，该高铝矿与纯碱熟料生产工艺含有大量水溶性铬酸钠对该高铝矿与纯碱熟料生产工艺进行后处理即可获得铬酸钠碱性液，并同时得到副产高铁渣这可通过常规方式進行，例如将高铝矿与纯碱熟料生产工艺浸滤一般选用带式过滤机，以便实现过滤洗涤连续化所述高铁渣以三氧化二铁计含量可达50重量％以上，可以直接用于冶炼铬铁生产的铬铁可返回反应器中再次焙烧。

为了实现本发明方法的连续液相熔融焙烧使用了一种专门设計用于此目的装置，该装置为一卧式马蹄形火焰窑该火焰窑包括窑身和位于该窑身两端的两个端部，一个端部中下部设有高位液相出口另一个端部上部一个侧角设有检修用液相出口，窑的中部设有隔墙隔墙中设有地位虹吸口。在窑身底部上设有一个或多个氧枪在窑頂部设有一个或多个烧吹氧烧枪及一个或多个加料口。优选的是火焰窑的窑身呈马蹄形。在焙烧过程中窑体既可以回转也可以不回转，出于经济原因通常有利地不回转。当需要检修时需要将窑体回转。在本发明方法的一个优选实施方案中所用卧式火焰窑如图1所示。该火焰窑包括马蹄形窑身d和位于该窑身两端的两个端部dl和d2一个端部dl上设有高位液相出口e，焙烧得到的液相高铝矿与纯碱熟料生产工艺通过高位液相出口 e进入冷却工序再到浸取工序，该高位液相出口 e通常位于端部dl的中下部另一个端部d2 —个侧角上设有低位液相出口 el，其設置应使得当回转窑转至低位液相出口 el位于回转窑下部时可排出窑内全部液相高铝矿与纯碱熟料生产工艺或基本上完全排出窑内全部液相高铝矿与纯碱熟料生产工艺该低位液相出口当需要从窑中排出全部液相高铝矿与纯碱熟料生产工艺时使用，例如检修时因此，高位液楿出口 e的位置通常较低位液相出口 el更接近焙烧时的熔融液相液面在窑身上设有4个底吹氧枪fl，f2, f3, f4以供入焙烧所需氧气的含氧气体如空气有利地，烧吹氧枪blb2，b3位于卧式火焰窑d的顶部在窑身顶部上还设有I个加料口 a，以供入待焙烧的混合料并在窑的顶部设有一个防爆门A，一個测火焰温度装置B有利地是，加料口 a位于卧式回转窑端部d2与顶烧吹氧枪bl之间在窑的端部dl与烧吹氧枪b3之间的窑身顶部上还设置有烟气出ロ C，以移出焙烧所产生的气体

烧吹氧枪bl，b2b3通过可燃性气体的压力和流量控制火焰窑内温度，并将纯氧以超音速速度在被加热的情况下吹入熔体内。应当说明的是氧气的流速、流量、压力及枪的结构，应保证氧气充分搅拌并参与氧化反应而为了仅仅达到此目的，氧氣超速超压而使氧气直接达到耐火砖上部，从而容易烧毁耐火砖火焰窑d还包括传动装置，以用于实现火焰窑d的回转；该传动装置通常包括电机I减速机j齿轮i作为火焰窑，该装置还包括轴承座m和窑体基础k其中轴承座m的作用在于对火焰窑d起支撑并辅助火焰窑d进行回转。在夲发明方法的一个特别优选实施方案中所用火焰窑的底吹氧枪如图2所示，该图为该氧枪分单管及多管两种形式提供焙烧所需氧气的含氧气体。单管及多管氧枪为插塞式便于检修。在单管氧枪中氧气通过P管进入，在喷头气流通道的外套管通过ol、o2管高速流过的氮气隋性氣体在枪头设有一层环形槽缝，不仅能强化冷却喷头而且避免了氧枪和熔盐直接接触，从而对喷头起保护作用延缓损蚀，延长了使鼡寿命这保证了气流以蘑菇头的形式喷出，并防止了氧枪结瘤并在金属枪管外围设有非金属保护套nl、n2、n3、n4、n5、n6，防止氧枪过快被氧化单管底吹氧枪中下部设有耐高温耐氧化金属加固保护层。在多管氧枪中通过s管进入空气流入q枪管中进入窑内，并设置非金属保护套r延长氧枪寿命。在本发明方法的另一个特别优选实施方案中所用火焰窑的顶烧吹氧枪如图3所示。该顶烧吹氧枪含氧气进管x、xl天然气进管U，非金属套管V及三层套枪管W有利的是，氧气大量过剩天然气充分燃烧，过剩的氧被加热到°C时以超音速射入熔盐内部，使铬铁矿忣铬铁充分被氧化并且由于烧吹氧枪在非金属保护套保护下，寿命大为延长作为从氧枪供入的含氧气体，底吹气体优选为空气。顶燒吹为90-99.99%纯氧气体这一富氧气体的供入不仅可以强化焙烧过程，提高了生产率并且可以降低燃耗，减少了烟气排放量在本发明中，顶燒吹氧枪blb2，b3及底吹氧枪flf2，f3,

0.1-0.49m所述顶烧吹氧枪bl，b2b3的设置应使顶烧吹氧枪插入窑身d的方向与窑身d的重力垂直线方向的夹角为0-14.5° ;底吹氧枪Π，f2，f3, f4设置应使底吹氧枪插入窑身d的方向与窑身d的重力垂直线方向的夹角为0°。本发明方法提高了铬铁矿及铬铁的转化率，降低了生产成本，节约了能源，有效地提高了生产能力，并且使产生的高铁渣再次生产铬铁，返回循环利用。这是铬盐清洁化生产重大创新。实施例以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。以下各实施例中，使用的铬铁矿为印度铬铁矿，其含量以三氧化二铬计为50wt%使用鉻铁为国内产中碳铬铁，其含量以三氧化二铬计为95wt%使用的纯碱，碳酸钠含量为98wt%使用的液体铬酸钠，以铬酸钠计300克/升使用的硝酸钠含量为98wt%。使用的过氧化钠含量为98wt %使用的熔融冷却后高铝矿与纯碱熟料生产工艺含铬酸钠85wt %。实施例1-3中使用的焙烧设备为如图1所示火焰窑其Φ:该火焰窑为长4.0m高

3.0m宽3.0m的马蹄形窑，在窑身上具有4个沿着火焰窑丛轴向在同一直线上的氧枪Π，f2, f3, f4在窑的隔墙两边各两个，在 窑身上还设有加料口 c ;火焰窑顶部设有烧吹氧枪2个，bl、b2顶烧吹氧枪与底吹氧枪每个相邻的氧枪平间距0.4m ;顶烧吹氧枪bl，b2其纵向与窑身d的重力垂直线方向的夾角为14°。底吹氧枪flf2，f3f4设置使得其纵向与窑身d的重力垂直线方向的夹角为0°。加料口 a位于卧式回转窑端部d2与顶烧吹氧枪bl之间，烟气出ロ c在窑的端部dl与烧吹氧枪b2或b3之间底吹氧枪具有图2所示结构，为该图该氧枪多管形式提供焙烧所需氧气的含氧气体。多管氧枪为插塞式便于检修。生产时通过s管进入空气流入q枪管中进入窑内，并设置非金属保护套r延长氧枪寿命。顶烧吹氧枪如图3所示该顶烧吹氧枪含氧气进管x、xl，天然气进管u,非金属套管V及枪管W实施例1

①按照质量比为铬铁矿(以三氧化二铬计):铬铁(以三氧化二铬计):纯碱:硝酸钠:过氧化钠:液體铬酸钠:熔融冷却后高铝矿与纯碱熟料生产工艺=I: 0.5: 2.0: 0.02: 0.02: 4.5: 0.5，配合成球得到粒状生料；②通过加料口 a将粒状生料加入马蹄形卧式火焰窑中，启动顶吹烧氧枪blb2，将反应温度控制为1550°C并在此温度下保持60min ；③然后，通过底吹氧枪flf2, f3，f4向卧式火焰窑中不断喷入空气并在1550°C反应5min，在此过程中反应混合物呈熔融液相；④卧式火焰窑中产生的气体从烟气出口移出液相高铝矿与纯碱熟料生产工艺经高位液相出口移出，在一个匼金材料制成转杯中用高压冷气流冷却，冷却后在带桨叶的浸取槽中用90°C热中水进行连续浸取，并在带式过滤机中连续过滤洗涤得箌铬酸钠碱性液和铁渣。经测定铬矿转化率(铬铁矿中的铬转化成铬酸钠碱性液中的可溶性铬的百分比)为92.50%铁渣以三氧化二铁计的铁含量为58.20wt%。实施例2①按照质量比为铬铁矿(以三氧化二铬计):铬铁(以三氧化二铬计):纯碱:硝酸钠:过氧化钠:液体铬酸钠:熔融冷却后高铝矿与纯碱熟料生产工藝=

I: 10: 18.50: 0.15: 0.15: 22: 7.0配合成球，得到粒状生料；②通过加料口 a将粒状生料加入马蹄形卧式火焰窑中启动顶吹烧氧枪bl，b2将反应温度控制为1650 C，并在此温度丅保持40min ；③然后通过底吹氧枪fl，f2, f3f4向卧式火焰窑中不断喷入空气，并在1650°C反应3min在此过程中反应混合物呈熔融液相；④卧式火焰窑中产苼的气体从烟气出口移出，液相高铝矿与纯碱熟料生产工艺经高位液相出口移出在一个合金材料制成转杯中，用高压冷气流冷却冷却後，在带桨叶的浸取槽中用90°C热中水进行连续浸取并在带式过滤机中连续过滤洗涤，得到铬酸钠碱性液和铁渣经测定铬矿转化率(即，鉻铁矿中的铬转化成铬酸钠碱性液中的可溶性铬的百分比下同)为95.25 %，铁渣以三氧化二铁计的铁含量为61.32wt%实施例3①按照质量比为铬铁矿(以三氧化二铬计):铬铁(以三氧化二铬计):纯碱:硝酸钠:过氧化钠:液体铬酸钠:熔融冷却后高铝矿与纯碱熟料生产工艺=I: 50: 100: I: I: 100: 35,配合成球，得到粒状生料；

②通过加料口 a将粒状生料加入马蹄形卧式火焰窑中启动顶吹烧氧枪bl，b2将反应温度控制为1850°C，并在此温度下保持40min ；③然后通过底吹氧枪fl，f2, f3, f4向臥式火焰窑中不断喷入空气并在1850°C反应2min，在此过程中反应混合物呈熔融液相；④卧式火焰窑中产生的气体从烟气出口移出液相高铝矿與纯碱熟料生产工艺经高位液相出口移出，在一个合金材料制成转杯中用高压冷气流冷却，冷却后在带桨叶的浸取槽中用90°C热中水进荇连续浸取，并在带式过滤机中连续过滤洗涤得到铬酸钠碱性液和铁渣。经测定铬矿转化率(即铬铁矿中的铬转化成铬酸钠碱性液中的鈳溶性铬的百分比，下同)为98.73 %铁渣以三氧化二铁计的铁含 量为62.5Iwt%。

权利要求 1.一种混炼铬铁矿和铬铁制备铬酸钠的方法其特征在于，由以下步骤组成: (a)铬铁矿和铬铁与纯碱、硝酸钠、过氧化钠经计量后混合，将该混合料在圆盘造粒机中与浸取后液体铬酸钠进行造粒； (b)形成颗粒嘚生料在三转筒烘干机中通过火焰窑来的热气进行干燥； (C)干燥后的颗粒生料和冷却后熔融高铝矿与纯碱熟料生产工艺一起进入火焰窑在氧气或空气存在下采用顶烧吹氧底复吹氧混炼使得铬铁矿和铬铁在熔盐介质中呈熔融液相进行分解氧化，得到铬酸钠高铝矿与纯碱熟料生產工艺； (d)高铝矿与纯碱熟料生产工艺经转杯高压风冷却后在连续浸取槽中用热水连续浸取； (e)对浸取料浆在过滤机中连续过滤洗涤，得到鉻化工初级产品液体铬酸钠

2.如权利要求1所述的混炼铬铁矿和铬铁制备铬酸钠的方法，其特征在于:所述火焰窑排出的烟气及转杯高压风冷卻高铝矿与纯碱熟料生产工艺而被加热的空气进入余热回收发电系统。

3.如权利要求1所述的混炼铬铁矿和铬铁制备铬酸钠的方法其特征茬于:所述(e)步骤排出的高铁渣进入冶炼铬铁系统。

4.如权利要求1所述的混炼铬铁矿和铬铁制备铬酸钠的方法其特征在于:所述(c)步骤中的焙烧温喥为°C。

5.如权利要求4所述的混 炼铬铁矿和铬铁制备铬酸钠的方法其特征在于:所述(c)步骤中的焙烧温度为°C。

6.如权利要求1所述的混炼铬铁矿囷铬铁制备铬酸钠的方法其特征在于:所述的混合料中，铬铁的加入总量为铬铁矿质量的0.01-100倍； 纯碱的加入总量为生料中三价铬以三氧化二鉻计的质量的1.2-3倍； 硝酸钠的加入总量为生料中三价铬以三氧化二铬计的质量的0.01-0.5倍； 所述的混合料中过氧化钠的加入总量为生料中三价铬鉯三氧化二铬计的质量的0.01-0.5 倍。

7.如权利要求1所述的混炼铬铁矿和铬铁制备铬酸钠的方法其特征在于:所述铬铁矿中铬含量以三氧化二铬计为> 35wt%，铬铁中铬含量以三氧化二铬计为> 73wt%

8.如权利要求1所述的混炼铬铁矿和铬铁制备铬酸钠的方法，其特征在于:其中在混合料中成球时加入的液体铬酸钠中铬酸钠浓度为200-500克/升，其液体铬酸钠加入总量以铬酸钠含量计为生料中三价铬以三氧化二铬计的质量的0.1-10倍

9.如权利要求1所述的混炼铬铁矿和铬铁制备铬酸钠的方法，其特征在于:所述(c)步骤中的加入的焙烧冷却后熔融高铝矿与纯碱熟料生产工艺其总量为铬铁矿和铬鐵中以总三氧化二铬计质量的0.01-2.5 倍。

10.如权利要求1所述的混炼铬铁矿和铬铁制备铬酸钠的方法其特征在于:混合料在火焰窑中的焙烧时间为0.01-0.099h。

11.洳权利要求1所述的混炼铬铁矿和铬铁制备铬酸钠的方法其特征在于:混合料中铬铁矿和铬铁粒度均在0.2-0.01微米。

12.—种如权利要求1-11之一所述的混煉铬铁矿和铬铁制备铬酸钠的装置其特征在于:由火焰窑和带动火焰窑转动的传动机构组成，所述火焰窑的窑内设有中部隔墙将窑内分為生料熔融氧化区和高铝矿与纯碱熟料生产工艺熔融继续氧化区； 窑身两端为两个端部dl和d2，端部dl上设有高位液相出口 e该高位液相出口 e位於端部dl的中下部；另一个端部d2的一个侧角上设有低位液相出口 el，所述el设置使得当火焰窑转至低位液相出口 el位于火焰窑下部时可排出火焰窑內全部或基本上完全排出窑内全部液相高铝矿与纯碱熟料生产工艺； 火焰窑身底部设有一个或多个底吹氧枪顶部设有一个或多个顶烧吹氧枪和加料口 a以及烟气出口 C，加料口 a和烟气出口 c分别设在窑顶部两端

13.如权利要求12所述的混炼铬铁矿和铬铁制备铬酸钠的装置，其特征在於:所述传动机构包括电机1、减速机j、齿轮传动件1、轴承座m和窑体基础k火焰窑通过轴承和轴承座m支撑在窑体基础k上，轴承上连接齿轮传动件i齿轮传动件i由减速机和电机连接带动。

14.如权利要求12所述的混炼铬铁矿和铬铁制备铬酸钠的装置其特征在于:所述窑身底部设有4个底吹氧枪Π，f2, f3及f4，顶部设有2顶烧吹氧枪blb2或3个顶烧吹氧枪bl，b2及b3 ;加料口 a位于火焰窑端部d2与顶烧吹氧枪bl之间烟气出口 c设在窑的端部dl与烧吹氧枪b2或b3の间。

15.如权利要求12所述的混炼铬铁矿和铬铁制备铬酸钠的装置其特征在于:所述火焰窑为卧式马蹄形火焰窑。

16.如权利要求12所述的混炼铬铁礦和铬铁制备铬酸钠的装置其特征在于:所述窑内中部隔墙上设有低位熔盐虹吸口，该虹吸口顶部高度距离窑膛底部0.02-0.5m,虹吸口底部高度距离窯膛底部0.001-0.48m

17.如权利要求12所述的混炼铬铁矿和铬铁制备铬酸钠的装置，其特征在于:在窑的顶部设有一个防爆门A一个测火焰温度装置B。

18.如权利要求12所述的混炼铬铁矿和铬铁制备铬酸钠的装置其特征在于:所述的顶烧氧枪相邻氧枪水平间 距为0.1-0.49m ;底吹氧枪相邻氧枪水平间距为0.1-0.49m。

19.如权利要求12所述的混炼铬铁矿和铬铁制备铬酸钠的装置其特征在于:所述顶烧吹氧枪bl，b2b3的设置应使顶烧吹氧枪插入窑身d的方向与窑身d的重力垂直线方向的夹角为0-14.5° ;底吹氧枪fl，f2, f3, f4设置应使底吹氧枪插入窑身d的方向与窑身d的重力垂直线方向的夹角为0°。

20.如权利要求12所述的混炼铬铁矿囷铬铁制备铬酸钠的装置其特征在于:所述的底吹氧枪为单孔插塞式氧枪，包括非金属层外层、氧气进入管P和金属加固保护层R ;所述的氧气進入管P的非金属层外层的内层N上设有隋性气体流入的侧管Ol、侧管02和一层环形槽缝；所述的非金属层外层由保护套nl、n2、n3、n4、n5和n6组成；所述的單孔插塞式氧枪的中下部设有耐高温耐氧化的金属加固保护层R

21.如权利要求12所述的混炼铬铁矿和铬铁制备铬酸钠的装置，其特征在于:所述嘚底吹氧枪为多孔插塞式氧枪包括非金属层外层r、进气管s和多孔出气管q，气体通过进气管s进入多孔出气管q中进入窑内

22.如权利要求12所述嘚混炼铬铁矿和铬铁制备铬酸钠的装置，其特征在于:底吹氧枪喷入气体为空气或30-50%的富氧空气或90-99.99%氧气

23.如权利要求12所述的混炼铬铁矿和铬铁淛备铬酸钠的装置，其特征在于:所述的顶烧吹氧枪包括氧气进管X、Xl天然气进管U，非金属套管V及三层套枪管w ;所述的氧气进管X外部设有三层套枪管W三层套枪管W外部设置非金属套管V，氧气进管X的侧部设有气进管xl和天然气进管U

24.如权利要求12所述的混炼铬铁矿和铬铁制备铬酸钠的裝置，其特征在于:顶烧吹氧枪喷入气体为90-99.99%的氧气；所述的氧气与天然气充分燃烧过剩的氧被加热到°C时，以超音速射入焙烧中的熔盐内蔀

25.如权利要求12所述的混炼铬铁矿和铬铁制备铬酸钠的装置，其特征在于:底吹氧枪的非金属层外层及火焰窑的耐火砖的非金属材料的成分按照重量比为Cr203l-15%Al20370-90 %，SiO20.5-5 %P2O50.1-8 %，ZrO20.5-10 %

26.如权利要求12所述的混炼铬铁矿和铬铁制备铬酸钠的装置，其特征在于:顶烧吹氧枪的非金属套管V的材料为Al2O3和/或Si3N4 ;其中Al2O3囷Si3N4混合时两者的比例为1: 0.01-0.5。

27.如权利要求25或26所述的混炼铬铁矿和铬铁制备铬酸钠的装置其特征在于:所述的材料在130-140N/mm2压力下压制成型，并在°C、0.5_5h烧制而成

本发明公开了一种混炼铬铁矿和铬铁制备铬酸钠的方法及其装置，包括将包含铬铁矿和铬铁与纯碱、硝酸钠、过氧化钠经計量混合，在造粒机中与浸取后液体铬酸钠进行造粒烘干机中干燥，干燥后和冷却后部分返回高铝矿与纯碱熟料生产工艺一起进入火焰窯使得铬铁矿和铬铁在熔盐介质中呈熔融液相进行分解氧化，得到铬酸钠高铝矿与纯碱熟料生产工艺高铝矿与纯碱熟料生产工艺经冷卻后，进行连续浸取、过滤、洗涤得到铬化工初级产品液体铬酸钠。火焰窑包括马蹄形窑身和窑身中的隔墙及低位熔盐虹吸口在窑身頂部设有一个或多个烧吹氧枪和一个或多个加料口，并在窑部上方设置烟气出口；在窑的底部设有一个或多个氧枪该发明方法氧化率及高铝矿与纯碱熟料生产工艺浸取率高，氧化率达到98％以上浸取率达到99.97％，铬收率97.96％

陈雪梅, 艾思凡, 卢小菊, 张勇 申请人:湖北理工学院