[发明专利]一种氢氧化钾溶液中电化学分解铬铁矿提取铬的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电化学分解铬铁矿提取铬的方法，特别涉及一种氢氧化钾溶液中电化学分解铬铁矿提取铬的方法。

背景技术

铬铁矿是一种尖晶石构型的矿物，是目前唯一可供开采的铬矿石。铬铁矿成分复杂，主要成分为铁、镁和铬的氧化物，通式可表示为(Fe,Mg)Cr₂O₄。铬铁矿的产地主要为巴西和古巴，生产国则主要是印度、伊朗、巴基斯坦、阿曼、津巴布韦、土耳其和南非，共占世界产量的80%。对中国而言，铬铁矿主要存在于四川、西藏、甘肃、青海等省份，是我国的短缺矿种，储量少，产量低，每年消费量的80％以上依靠进口。

铬铁矿主要用于冶金工业、耐火材料和化学工业中。在冶金工业，铬铁矿主要用于生产铬铁合金和金属铬。其中铬铁合金作为钢的添加料生产多种高强度、抗腐蚀、耐磨、耐高温、耐氧化的特种钢，如不锈钢、耐酸钢、耐热钢、滚珠轴承钢、弹簧钢、工具钢等；金属铬主要用于与钴、镍、钨等元素冶炼特种合金。这些特种钢和特种合金是航空、宇航、汽车、造船，以及国防工业生产枪炮、导弹、火箭、舰艇等不可缺少的材料。在耐火材料上，铬铁矿用来制造铬砖、铬镁砖和其他特殊耐火材料。在化学工业上，铬铁矿主要用来于生产重铬酸钠，进而制取其他铬化合物，用于颜料、纺织、电镀、制革等工业，还可制作催化剂和触媒剂等。

以铬铁矿为原料生产铬盐产品的方法主要有有钙焙烧法和无钙焙烧法。其中有钙焙烧法是铬盐传统生产方法，在国外已逐步被淘汰，至今我国大多数铬盐厂依然采用此法。有钙焙烧法是将铬铁矿与纯碱和钙质填料混合均匀后，于1100-1200℃的回转窑内通空气进行氧化焙烧，熟料经冷却、粉碎和水浸得到300g/L的铬酸钠碱性液。碱性液经中和除铝、浓缩、硫酸酸化和二次酸性蒸发脱除芒硝，再经冷却结晶得产品重铬酸钠（亦称红矾钠）。有钙焙烧法铬转化率仅76%，三废排放量大，每吨红矾钠产品约排放2.0-3.0吨高毒铬渣，铬渣含铬量高（为4-5%），难于解毒和综合利用，中间产物铬酸钙为致癌物，此外还排放大量含铬废气，环境污染严重。

为解决有钙焙烧法重污染问题，国外开发出无钙焙烧法，该法不用局外填料，而是将浸洗后渣进行分选，所得粗渣（含未反应的铬铁矿及镁铁矿）作填料返回焙烧，而将含硅、铝高的细渣排出，即利用返渣全部取代含钙填料，以达到减少排渣量的目的。无钙焙烧法的铬转化率可达90%，铬渣排出量在工业化装置中是最小的，为0.8吨/吨红矾钠，渣中六价铬含量低，减少了污染，同时控制了致癌物铬酸钙的生成，但并未彻底解决铬渣污染问题。

CN1418823、CN102275992A、CN85102681、CN1579947、CN101066779等分别就有钙焙烧或无钙化焙烧工艺进行优化改进，一定程度上提高了铬转化率同时减少铬渣排放，但以上工艺与传统焙烧法在焙烧原理、操作过程及操作温度方面基本相同，无法避免焙烧温度过高、能耗大等传统工艺的问题，且仅能部分降低而非从本质上解决铬渣污染问题。

CN102643977A提出一种铬铁矿的熔融液相焙烧方法。将包含铬铁矿，选自纯碱、碳酸氢钠、硫酸钠和氢氧化钠中的一种或多种和任选的铬酸钠的混合料在卧式回转窑中在氧气存在下于350-1500℃下熔融液相焙烧，得到铬酸钠。该方法使铬铁矿在熔盐体系中呈熔融液相，大大地提高了铬转化率，增加了产量，从根本上解决了无钙焙烧工艺易结壁的问题，但该法操作温度依然较高，且设备较为复杂。

CN85100396提出连续多段逆流流态化浸出铬铁矿碱性焙烧熟料的方法和设备。根据广义流态化的原理，把流态化塔、螺旋输送器和提升塔紧密组合成一组浸出单元，以铬酸钠熟料为原料，物料在浸出系统中仅停留1h，浸出率就可达99%。但该方法机械化程度要求较高，设备投资大。

US7968066B2提出一种碱金属铬酸盐的生产方法，将铬铁矿与碱金属氢氧化物混合后加热至200-550℃，在氧化剂存在条件下进行氧化溶出反应，获得碱金属氢氧化物、碱金属铬酸盐及富铁尾渣混合料浆，对上述料浆进行稀释、固液分离、结晶等操作后可获得合格的铬酸盐产品。此法相对于传统焙烧法操作温度降低约700℃，铬回收率提升至近100%，但其操作温度依然较高，且碱液循环蒸发浓缩环节能耗依然较大。