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钠系铬盐清洁工艺应用基础研究
其他题名Applied fundamental research on the sodium-containing chromium salts clean production technology
张洋
学位类型博士
导师张懿
2010-05-25
学位授予单位中国科学院研究生院
学位专业化学工艺
关键词铬酸钠 氢氧化钠 硝酸钠 机械活化 清洁工艺
摘要中国科学院过程工程研究所研发出亚熔盐液相氧化法生产铬盐的原创性清洁工艺,并实现了钾系铬盐的产业化。由于钾系铬盐的主要产品为氧化铬,市场容量有限,有必要进一步开发出钠系铬盐清洁工艺,以促进该技术在行业的推广。本文以铬铁矿分解过程强化为切入点,从反应介质强化与机械活化两个方面进行了钠系铬盐清洁工艺的应用基础研究。论文主要取得如下进展: (1) 本文首次研究了NaOH-NaNO3二元熔盐介质替代钾系亚熔盐作为铬铁矿分解的液相介质。热力学研究表明铬铁矿在300~900K范围内在NaOH-NaNO3介质中发生氧化分解的热力学趋势很大。中间产物NaNO2在主反应温度下能被氧气氧化再生,为实现氧气在反应系统中的高效传递和反应提供了基础。 (2) 研究了铬铁矿在NaOH-NaNO3-O2体系中的分解规律与动力学,证实了NaNO3首先被还原为中间产物亚硝酸钠,亚硝酸钠又被氧气氧化成硝酸钠的规律。铬铁矿的浸出过程符合未反应核收缩模型,其控制步骤为通过产物层的扩散控制,实验条件下的浸出动力学方程为。工艺研究表明,NaNO3浓度具有最优区间,提高反应温度,增大初始液固比,以及降低铬铁矿的粒度都能明显提高铬铁矿的浸出速率。在反应温度400°C、初始液固比4:1、NaNO3含量25%以及铬铁矿粒度-300目的最优工艺条件下,经过120min的反应后,铬转化率可达到99%。 (3) 研究了机械活化对铬铁矿浸出的强化作用,结果表明机械活化能够明显强化铬铁矿在NaOH熔盐中的浸出,活化10min的铬铁矿于450°C经过200min的浸出后,铬浸出率高达95%,而未活化铬铁矿的铬浸出率只有34%。铬铁矿结构研究表明,机械活化能够使晶粒尺寸降低,晶格发生明显的畸变,从而导致晶格常数增大。宏观浸出动力学结果表明,机械活化能够降低铬铁矿浸出的表观活化能,机械活化10min的铬铁矿浸出表观活化能为164.2 kJ/mol,活化时间延长至45min后,其表观活化能降低至113.3 kJ/mol。 (4) 研究了NaNO3-Na2CrO4-H2O、NaOH-NaNO3-Na2CrO4-H2O以及NaOH-Na2CO3-Na2CrO4-H2O体系的相平衡,为铬酸钠的结晶分离工艺设计提供了理论基础。结果表明,蒸发结晶与冷却结晶分别是实现铬酸钠与硝酸钠析出的有效方法,碳酸钠与铬酸钠的分离可通过分步蒸发结晶实现。 (5) 研究提出了钠系铬盐清洁生产工艺,根据NaNO3的用量提出了两个工艺流程,并对钠系铬盐清洁工艺进行了技术经济评价,结果表明钠系铬盐清洁工艺的主要资源能源指标、环境指标均优于无钙焙烧工艺。
其他摘要A novel clean process for chromic salts based on the sub-molten salt technology has been proposed by the Institute of Process Engineering, Chinese Academy of Sciences, and a demonstration plant for the production of potassium-containing chromium salts has been built in China and runs well. Though, it can only produce Cr2O3, which has limited market demand than sodium-containing products in industries. It is necessary to propose the clean prosess for sodium-containg chromium salts to extend the application of clean process. In this thesis, the applied fundamental research on the sodium-containg chromium salts clean production technology is proposed from the angles of the regulation of reaction media and mechanical activation. The following achievements and progress were exhibited
页数173
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/1616
专题研究所(批量导入)
推荐引用方式
GB/T 7714
张洋. 钠系铬盐清洁工艺应用基础研究[D]. 中国科学院研究生院,2010.
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