由氢氧化铬渣制取超细碳化铬的研究

摘要

碳化铬粉体性能优异,如化学稳定性强、硬度高、耐磨耐蚀性能好、熔点高,与钴、镍等金属润湿性好等,使其在冶金工业、电子工业、耐高温涂层等领域得以广泛应用。本论文以铬铁矿经无钙焙烧工艺所产生的氢氧化铬渣为原料,研究提出一种超细碳化铬粉体制备方法,即氢氧化铬渣经碱浸脱铝后煅烧制备氧化铬中间产品,基于氧化铬中间产品,采用碳热还原法成功制取超细碳化铬粉体。本文的主要研究内容如下:
　　研究了氢氧化铬渣中铝碱浸行为及浸出动力学,对铝浸出过程的控制性步骤进行了分析。结果发现温度对铝浸出过程有明显影响,只有当温度提高至373 K后,才能取得明显的铝浸出效果,铝浸出率可达94.07％。在343~373 K温度范围内,铝浸出反应表观活化能为62.38 kJ/mol,浸出过程受界面化学反应控制,动力学方程遵循粒径缩小收缩反应芯模型。
　　基于单因素实验,考察了氢氧化钠用量、液固比、反应温度、搅拌速度、反应时间等对氢氧化铬渣中杂质铝脱除效果及碱浸渣中铬主含量的影响。结果表明,在浸出温度373 K、[NaOH]ini.=150 g/L、L/S=7/1(mL/g)、搅拌速度400 r/min、保温3.5 h等条件下,氢氧化铬渣中铝脱除率可达92.69%。碱浸渣经三级逆流洗涤脱碱后,在1223 K温度条件下煅烧1.5 h,所得氧化铬中间产品的铬的主含量可达到97.23%。
　　为提高碱浸液循环使用效率,采用石灰沉淀法脱除碱浸液中的铝。基于单因素实验,分别考察了石灰用量、反应温度、反应时间等对铝脱除效果的影响。结果表明,在石灰用量按CaO/Al质量比3:1计及常温反应3 h条件下,碱解液脱铝效果较好,铝脱除率可达96.93%。
　　基于氧化铬碳热还原热力学及动力学分析,以氧化铬中间产品为原料,研究了碳源、混料方式、热还原温度及时间等因素对制取超细碳化铬的影响。当以炭黑作碳源,其用量按理论量过量2%计,氧化铬与炭黑经高性能球磨机研磨5 min混匀后,然后置入高温气氛管式炉中,按1 L/min的流量通入氩气将管内空气排空,进而在1373 K温度条件下反应2 h。经扫描电镜(SEM)及X射线衍射(XRD)分析可知,所制超细碳化铬产品指标优于商品碳化铬。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景及研究意义

1.2 铬渣资源化途径及处理现状

1.3 氧化铬粉体的性能及应用

1.4 氧化铬粉体的制备方法

1.5 碳化铬粉体的性能及应用

1.6 超细碳化铬粉体的制备方法

1.7 课题的研究内容、研究目标

1.8 课题拟解决的关键问题及创新之处

第二章 实验原料、设备及方法

2.1 实验原料

2.2 实验仪器及设备

2.3 实验步骤与方法

2.4 有关计算公式及铬滴定方法

第三章 氢氧化铬渣中无定形铝盐碱浸动力学

3.1 前 言

3.2 铝的浸出行为

3.3 浸出过程控制性步骤

3.4 小 结

第四章 氢氧化铬渣碱浸脱铝及氧化铬中间产品制取

4.1 前 言

4.2 氢氧化铬渣水洗预处理

4.3 氢氧化铬渣碱脱铝工艺

4.4 煅烧温度对氧化铬中间产品颜色性能的影响

4.5 碱浸液石灰沉铝

4.6 小 结

第五章 由氧化铬中间产品制取超细碳化铬

5.1 前 言

5.2 碳热还原反应原理

5.3 炭黑与氧化铬的混料方式

5.4 碳源与还原温度

5.5 碳量

5.6 碳热还原时间

5.7 碳化铬产品粒度表征

5.8 小 结

第六章 结 论

参考文献