鉻鐵礦氧化焙燒動(dòng)力學(xué)

李小斌, 齊天貴, 彭志宏, 劉桂華, 周秋生

(中南大學(xué) 冶金科學(xué)與工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410083)

鉻鐵礦氧化焙燒動(dòng)力學(xué)

李小斌, 齊天貴, 彭志宏, 劉桂華, 周秋生

(中南大學(xué) 冶金科學(xué)與工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410083)

用于鉻鹽生產(chǎn)的傳統(tǒng)無(wú)鈣焙燒過(guò)程存在鉻氧化率低的問(wèn)題，嚴(yán)重影響鉻的生產(chǎn)效率和回收率。為強(qiáng)化鉻鐵礦氧化焙燒過(guò)程，對(duì)鉻氧化過(guò)程的動(dòng)力學(xué)規(guī)律及其氧化反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：鉻鐵礦氧化焙燒過(guò)程，鉻的氧化反應(yīng)分為初期和后期兩個(gè)階段，初期鉻氧化速率快，后期鉻氧化速率慢，在優(yōu)化條件下，鉻(Ⅲ)的氧化率可達(dá)99%以上；兩個(gè)階段鉻的氧化反應(yīng)均符合收縮未反應(yīng)核動(dòng)力學(xué)模型且受表面化學(xué)反應(yīng)控制，鉻氧化反應(yīng)初期和后期的表觀反應(yīng)活化能分別為68.7和231.8 kJ/mol；反應(yīng)初期是鉻鐵礦直接與碳酸鈉和氧氣發(fā)生反應(yīng)生成鉻酸鈉，而后期則是鉻鐵礦與反應(yīng)初期生成的鐵酸鈉和氧氣發(fā)生反應(yīng)生成鉻酸鈉。

鉻鐵礦；鉻酸鈉；氧化焙燒；動(dòng)力學(xué)

Abstract:The traditional lime-free roasting process used for manufacturing chromate from chromite ore has low oxidation rate which impact the chromate production efficiency and chromium recovery rate seriously. To intensify the oxidation roasting process of chromite ore, the oxidation kinetics and its mechanism were studied. The results show that there are two stages for the oxidation roasting process of chromite ore. The oxidation reaction is very rapid in the initial stage but quite slow in the later stage. The oxidation rate of chromium(Ⅲ) in chromite ore can reach more than 99%under the optimized conditions. The whole oxidation process of chromite ore follows the shrinking unreacted core model,and the surface chemical reaction is the controlling step. The apparent activation energies of the initial and later stages are 68.7 and 231.8 kJ/mol, respectively. And the sodium chromate is produced by the reaction of chromite with sodium carbonate and oxygen in the initial stage, whereas sodium chromate is formed by the reaction of chromite with sodium ferrite formed in the initial stage and oxygen in the latter stage.

Key words:chromite ore; sodium chromate; oxidation roasting; kinetics

鉻鐵礦氧化焙燒法幾乎是鉻鹽生產(chǎn)的唯一方法，其中分為有鈣焙燒法和無(wú)鈣焙燒法，它們都是將鉻鐵礦與純堿在高溫氧化條件下進(jìn)行焙燒，使礦石中的鉻轉(zhuǎn)化為水溶性的鉻酸鈉經(jīng)浸出等后續(xù)處理獲得鉻鹽產(chǎn)品[1?3]。有鈣焙燒法由于在焙燒爐料中加入了大量的含鈣填料，生產(chǎn)過(guò)程鉻回收率低，鉻渣排放量大且含有可致癌的高毒性鉻酸鈣，環(huán)境污染嚴(yán)重[4?5]；無(wú)鈣焙燒法使用返渣代替含鈣填料，鉻渣排放量大大降低且不含高毒鉻酸鈣，逐步成為鉻鹽生產(chǎn)的主要方法。但在無(wú)鈣焙燒過(guò)程中，鉻氧化速度慢、爐內(nèi)鉻的轉(zhuǎn)化率僅75%左右，使得大量返渣在焙燒系統(tǒng)循環(huán)，嚴(yán)重影響鉻的生產(chǎn)效率和回收率，鉻污染問(wèn)題也未得到徹底解決[6?7]。

為解決無(wú)鈣焙燒過(guò)程存在的問(wèn)題，人們對(duì)鉻鐵礦焙燒過(guò)程進(jìn)行了大量研究，但對(duì)于鉻鐵礦的氧化機(jī)理至今仍未形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。ANTONY等[8]通過(guò)研究不同氣氛下鉻鐵礦的焙燒過(guò)程認(rèn)為，當(dāng)焙燒溫度較低時(shí)，亞鉻酸鈉可能是鉻鐵礦氧化焙燒過(guò)程的中間體，而在較高溫度下鉻鐵礦可直接生成鉻酸鈉。紀(jì)柱等[9,10]通過(guò)研究不同配堿量條件下鉻鐵礦氧化焙燒過(guò)程物相的變化，提出鉻鐵礦氧化時(shí)，鉻鐵尖晶石中的亞鐵首先被氧化成赤鐵礦，進(jìn)而尖晶石中的Cr3+被氧化脫離晶格形成鉻酸鈉。他認(rèn)為在現(xiàn)行無(wú)鈣焙燒條件下，有少部分碳酸鈉生成硅酸鈉、鋁酸鈉等，而大部分碳酸鈉直接同鉻鐵礦反應(yīng)生成鉻酸鈉。VILAS等[11]認(rèn)為鉻鐵礦氧化焙燒過(guò)程形成的 Na2CrO4-Na2CO3低共熔體對(duì)鉻氧化機(jī)理會(huì)產(chǎn)生重要影響，在較高的焙燒溫度下，Na2CrO4-Na2CO3低共熔體嚴(yán)重阻礙鉻鐵礦的氧化反應(yīng)，而氧氣在共熔體中的擴(kuò)散是鉻鐵礦氧化焙燒后期反應(yīng)的控制步驟。

基于以上鉻鐵礦氧化焙燒機(jī)理，人們?cè)岢隽算t鐵礦兩段焙燒法[12]、球團(tuán)焙燒法[13]等強(qiáng)化鉻鐵礦氧化焙燒的方法，但由于對(duì)鉻氧化反應(yīng)機(jī)理缺乏明確而統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，這些方法都沒(méi)有真正解決鉻鐵礦氧化焙燒過(guò)程存在的問(wèn)題。為強(qiáng)化鉻鐵礦的氧化焙燒過(guò)程，本文作者前期對(duì)鉻鐵礦的氧化焙燒過(guò)程進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，由此提出了采用添加劑強(qiáng)化鉻鐵礦氧化焙燒的技術(shù)[14]，在較為寬松的條件下使鉻礦物幾乎完全氧化。因此，本文作者對(duì)此過(guò)程中鉻的氧化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行研究，以期為鉻鹽生產(chǎn)過(guò)程提供理論指導(dǎo)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

鉻鐵礦取自國(guó)內(nèi)某鉻鹽廠，主要礦物組成為鉻鎂(鐵)尖晶石和少量橄欖石(見(jiàn)圖1)，鉻鐵礦的主要化學(xué)組成列于表1，實(shí)驗(yàn)用碳酸鈉為分析純?cè)噭?/p>

表1 鉻鐵礦的化學(xué)組成Table 1 Chemical composition of chromite ore (mass fraction, %)

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備和儀器如下：多功能礦物混合機(jī)，長(zhǎng)沙索拓科學(xué)儀器設(shè)備有限公司；SX2?5?12型馬弗爐，長(zhǎng)沙華新合金機(jī)電有限公司；SHY?14?13型管式爐，長(zhǎng)沙中華電爐廠；V?0.12/8型空氣壓縮機(jī)，天津空氣壓縮機(jī)有限公司；STA 409 PC型同步熱分析儀，德國(guó)耐馳儀器制造有限公司。

圖1 鉻鐵礦的XRD譜Fig.1 XRD pattern of chromite ore

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

鉻鐵礦和碳酸鈉分別用振動(dòng)磨磨細(xì)至全部過(guò)孔徑為62 um的分樣篩，再用孔徑為45 um的分樣篩篩分磨細(xì)后的物料，使實(shí)驗(yàn)用鉻鐵礦和碳酸鈉的粒度均在45~62 μm之間。將磨細(xì)后的鉻鐵礦、碳酸鈉和添加劑按一定比例稱量，裝入混料瓶中，在對(duì)輥式礦物混料機(jī)上混合2 h，使物料混合均勻；混合物料用水噴霧造球，球團(tuán)直徑約4~6 mm，將球團(tuán)在300 ℃的馬弗爐中烘干1 h后得到干球團(tuán)物料。每次取10 g干球團(tuán)物料放入條形坩堝中，放入一定溫度的管式氣氛爐內(nèi)，通入壓縮空氣進(jìn)行氧化焙燒；焙燒熟料磨細(xì)混勻后，采用硫酸亞鐵銨容量法分析熟料中的六價(jià)鉻和總鉻的含量，計(jì)算鉻的氧化率，利用EPD1700型X射線衍射儀分析熟料物相。

2 結(jié)果與討論

2.1 焙燒溫度和時(shí)間對(duì)鉻氧化率的影響

為研究鉻鐵礦氧化焙燒動(dòng)力學(xué)，對(duì)不同焙燒溫度和時(shí)間下，鉻鐵礦中鉻氧化率的變化規(guī)律進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出，溫度對(duì)鉻氧化率的影響較大，溫度越高，鉻氧化速率越快、氧化率越高。在研究溫

圖2 不同焙燒溫度和時(shí)間對(duì)鉻氧化率的影響Fig.2 Effects of roasting temperature and duration time on oxidation rate of chromium(Ⅲ) in chromite ore

度范圍內(nèi)(1 223~1 373 K)，鉻鐵礦中的鉻在0~20 min內(nèi)的氧化速率很快，而后期反應(yīng)速率較慢，如在1 323 K下，鉻在0~20 min的氧化率達(dá)到90.34%，而20~100 min的氧化率僅增加 9.15%，即鉻的氧化過(guò)程可分為初期的快速氧化階段和后期的緩慢氧化階段。

2.2 鉻氧化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

鉻鐵礦氧化焙燒過(guò)程可看作致密固體鉻鐵礦和碳酸鈉與空氣中氧氣之間進(jìn)行的氣?固反應(yīng)，高溫條件下反應(yīng)生成的鉻酸鈉可能包裹在鉻鐵礦與碳酸鈉混合物料的表面，阻礙氧氣的擴(kuò)散。因此，鉻鐵礦氧化焙燒過(guò)程的反應(yīng)符合有產(chǎn)物層生成的收縮未反應(yīng)核動(dòng)力學(xué)模型。

根據(jù)收縮未反應(yīng)核模型，鉻鐵礦的氧化過(guò)程需經(jīng)過(guò)以下步驟：O2傳質(zhì)通過(guò)固體表面邊界層的外擴(kuò)散步驟，O2擴(kuò)散通過(guò)鉻酸鈉等生成物層到達(dá)反應(yīng)界面的內(nèi)擴(kuò)散步驟和 O2與鉻鐵礦等發(fā)生氧化反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)步驟，其中速度最慢的步驟將成為鉻氧化過(guò)程的控制步驟。若假設(shè)鉻鐵礦為粒度和表面化學(xué)活性均一的球形顆粒，且在氧化過(guò)程中固態(tài)試樣的體積變化不大，根據(jù)氣?固反應(yīng)的收縮未反應(yīng)核動(dòng)力學(xué)模型，反應(yīng)受外擴(kuò)散、內(nèi)擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)控制時(shí)，鉻的氧化率x與氧化焙燒時(shí)間t之間應(yīng)分別滿足式(1)、(2)和(3)所示的特征線性函數(shù)關(guān)系，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是否滿足這些線性關(guān)系可判斷反應(yīng)的控制步驟[15]。為明確鉻氧化過(guò)程的控制步驟，將1323K下鉻鐵礦氧化焙燒過(guò)程中鉻的氧化率分別代入上述3個(gè)公式的左端并對(duì)時(shí)間作圖，結(jié)果如圖3所示。由圖 3(a)可以看出，鉻鐵礦氧化焙燒過(guò)程鉻的氧化率按照收縮未反應(yīng)核模型進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，各種控制模型的特征函數(shù)與焙燒時(shí)間之間都不呈現(xiàn)單一的線性關(guān)系，它們均在反應(yīng)時(shí)間為15~20 min范圍內(nèi)發(fā)生偏移，使特征函數(shù)與時(shí)間之間的關(guān)系曲線分為反應(yīng)初期和反應(yīng)后期兩段。這說(shuō)明隨著鉻鐵礦氧化過(guò)程的進(jìn)行，反應(yīng)的控制步驟或反應(yīng)機(jī)理發(fā)生了變化。

圖3 1323K下不同動(dòng)力學(xué)控制模型函數(shù)與時(shí)間之間的關(guān)系Fig.3 Relationships between different model functions and oxidation time at 1 323 K: (a) Whole process; (b) Initial stage;(c) Later stage. Curve 1—F(x)=x; Curve 2—F(x)=1+2(1?x)?3(1?x)2/3, Curve 3—F(x)=1? (1?x)1/3

為明晰鉻鐵礦氧化過(guò)程的動(dòng)力學(xué)規(guī)律，將1 323 K下鉻鐵礦氧化反應(yīng)初期(0~10 min)和后期(20~100 min)的鉻氧化率數(shù)據(jù)分別帶入各控制模型的特征函數(shù)并利用最小二乘法將特征函數(shù)對(duì)焙燒時(shí)間進(jìn)行線性回歸分析，數(shù)據(jù)處理結(jié)果如圖3(b)和(c)所示。由圖3(b)和(c)可以看出，鉻氧化反應(yīng)初期和后期的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)均符合化學(xué)反應(yīng)控制模型，其特征函數(shù)F(x)=1? (1?x)1/3與時(shí)間t之間線性相關(guān)系數(shù)最大，這說(shuō)明在1 323 K溫度下，鉻鐵礦氧化過(guò)程初期和后期均受化學(xué)反應(yīng)控制。為得到各階段鉻氧化的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，分析鉻氧化反應(yīng)過(guò)程機(jī)理，分別將不同溫度下氧化反應(yīng)初期和后期鉻氧化率帶入化學(xué)反應(yīng)控制模型的特征函數(shù)F(x)=1?(1?x)1/3，并將F(x)對(duì)時(shí)間t作圖，結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同溫度下1? (1?x)1/3與時(shí)間的關(guān)系Fig.4 Relationship between 1? (1?x)1/3and time at different roasting temperatures: (a) Initial stage; (b) Later stage

由圖4可知，在1 223~1 373 K的溫度范圍內(nèi)，鉻鐵礦氧化焙燒初期和后期鉻的氧化率和焙燒時(shí)間之間分別符合式(3)所示的直線關(guān)系，說(shuō)明在該溫度范圍內(nèi)，鉻氧化過(guò)程均符合收縮未反應(yīng)核動(dòng)力學(xué)的化學(xué)反應(yīng)控制模型。根據(jù)直線的斜率可以求出各焙燒溫度下氧化反應(yīng)初期和后期的表觀反應(yīng)速率常數(shù)k，如表 2所列。由表2中數(shù)據(jù)可以看出，反應(yīng)初期的表觀速率常數(shù)比后期的大，二者相差一個(gè)數(shù)量級(jí)，這說(shuō)明在研究溫度范圍內(nèi)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行鉻的氧化反應(yīng)機(jī)理發(fā)生了變化。

表 2 不同溫度下鉻氧化反應(yīng)前期和后期的表觀反應(yīng)速率常數(shù)kTable 2 Apparent reaction rate constant of chromium oxidation at different roasting temperatures

根據(jù)不同溫度下得到的鉻氧化反應(yīng)初期和后期的表觀速率常數(shù)，可由阿倫尼烏斯公式計(jì)算各反應(yīng)階段的表觀反應(yīng)活化能，即

式中：k為表觀反應(yīng)速率常數(shù)；Ea為表觀反應(yīng)活化能，J/mol；R為摩爾氣體常數(shù)，R=8.314 J/mol；T為絕對(duì)溫度，K；A為指前因子。

將不同焙燒溫度下鉻氧化反應(yīng)初期和后期的反應(yīng)速率常數(shù)分別以lnk對(duì)1/T作圖，結(jié)果如圖5所示。由圖中直線的斜率可求出氧化反應(yīng)初期和后期的表觀反應(yīng)活化能分別為68.7和231.8 kJ/mol，這進(jìn)一步證明鉻的氧化反應(yīng)過(guò)程受化學(xué)反應(yīng)控制，且反應(yīng)初期和后期的反應(yīng)機(jī)理不同。

2.3 鉻氧化反應(yīng)機(jī)理分析

鉻鐵礦氧化焙燒過(guò)程中，鉻鐵尖晶石與碳酸鈉和氧氣之間可能的主要反應(yīng)如下：

為弄清鉻鐵礦氧化焙燒過(guò)程的反應(yīng)機(jī)理，對(duì)鉻鐵礦在1 323 K溫度下不同焙燒時(shí)間得到的熟料進(jìn)行了物相分析，不同焙燒時(shí)間熟料的XRD譜如圖6所示。

由圖 6可以看出，在整個(gè)氧化焙燒過(guò)程中沒(méi)有Na2Cr2O4生成，這一方面說(shuō)明Na2CrO4生成過(guò)程并不一定經(jīng)過(guò)反應(yīng)式(6)生成Na2Cr2O4這一步驟，另一方面這也進(jìn)一步證明氧氣的擴(kuò)散不是鉻氧化反應(yīng)的控制步驟(氧氣不足時(shí)有Na2Cr2O4生成)。在氧化焙燒初期鉻鐵礦和 Na2CO3迅速被消耗，焙燒反應(yīng)前 20 min內(nèi)Na2CO3基本上反應(yīng)完全，鉻鐵礦中鉻的氧化率達(dá)到90%以上，主要生成物為 Na2CrO4、MgFe2O4、MgO和 NaFeO2；在氧化焙燒后期，氧化焙燒初期生成的NaFeO2逐步減少，熟料的XRD中，NaFeO2的特征峰逐漸減弱直至消失，鉻完全氧化后熟料的主要物相組成為Na2CrO4、MgFe2O4和MgO等。

將熟料的物相變化規(guī)律和鉻氧化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，熟料中 Na2CO3反應(yīng)完全的時(shí)間和氧化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征函數(shù)發(fā)生轉(zhuǎn)折的時(shí)間一致，此前Na2CO3逐漸被消耗生成Na2CrO4和NaFeO2，Na2CO3完全反應(yīng)后，NaFeO2逐漸減少，鉻氧化率緩慢升高。由此可推斷鉻的氧化反應(yīng)機(jī)理為：氧化焙燒初期，鉻鐵礦中的鉻尖晶石與碳酸鈉和氧氣通過(guò)反應(yīng)(5)迅速生成Na2CrO4，Na2CO3在參與鉻氧化反應(yīng)的同時(shí)與鉻鐵礦中的部分鐵化合物通過(guò)反應(yīng)式(7)生成 NaFeO2。由于鉻鐵礦氧化焙燒過(guò)程中Na2CrO4比NaFeO2更穩(wěn)定[11]，在氧化氣氛下NaFeO2可通過(guò)反應(yīng)式(8)與鉻鐵礦反應(yīng)生成Na2CrO4，當(dāng)焙燒過(guò)程中Na2CO3被消耗完時(shí)，氧化反應(yīng)初期生成的NaFeO2將代替Na2CO3與未反應(yīng)的鉻鐵礦反應(yīng)生成 Na2CrO4，使鉻的氧化反應(yīng)從反應(yīng)式(5)轉(zhuǎn)變?yōu)榉磻?yīng)速度較慢的反應(yīng)式(8)。

圖5 鉻氧化過(guò)程表觀反應(yīng)速率常數(shù)與溫度之間的關(guān)系Fig.5 Relationship between apparent reaction rate constant and temperature: (a) Initial stage; (b) Later stage

圖6 在1 323K下焙燒不同時(shí)間所得熟料的XRD譜Fig.6 XRD patterns of sinter obtained at 1 323K for different roasting times

為進(jìn)一步驗(yàn)證鉻鐵礦氧化焙燒后期鉻的氧化反應(yīng)機(jī)理，采用非定溫?zé)岱治龇椒▽?duì)鉻尖晶石與 NaFeO2和氧氣之間的氧化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中為保證鉻尖晶石與 NaFeO2的反應(yīng)環(huán)境與鉻鐵礦氧化焙燒后期的反應(yīng)環(huán)境相同，實(shí)驗(yàn)所用的原料為 NaFeO2和來(lái)自某廠的無(wú)鈣焙燒鉻渣。鉻渣含鉻9.2%(以Cr2O3計(jì))，其主要物相組成是鉻鐵(鎂)尖晶石、MgO和MgFe2O4，反應(yīng)環(huán)境與鉻鐵礦氧化焙燒后期基本相同。將鐵酸鈉與鉻渣的混合物，在空氣氣氛下，以15 K/min的升溫速度進(jìn)行熱重分析，根據(jù)熱重曲線可以計(jì)算出各溫度下鉻的氧化率。

根據(jù)熱分析動(dòng)力學(xué)分析方法，利用Coats-Redfern溫度積分法對(duì)熱分析數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，取反應(yīng)機(jī)理函數(shù)為F(x)=1?(1?x)1/3時(shí)，反應(yīng)活化能可根據(jù)式(10)確定[16]：

式中：x為鉻氧化率；T為絕對(duì)溫度，K；A為指前因子；R為摩爾氣體常數(shù)，R=8.314 J/mol；Ea為表觀反應(yīng)活化能，J/mol；β為升溫速度K/min；

在公式(5)中，對(duì)大部分化學(xué)反應(yīng)而言，Ea/(RT)?1,即(1?2RT/Ea)≈1，因此公式右端第一項(xiàng)幾乎為常數(shù)，則ln[(1?(1?x)1/3)/(1/3T2)]對(duì)1/T作圖將得到一條直線，其斜率為?Ea/R，由此可得到反應(yīng)的表觀活化能。將在1 273~1 473 K溫度范圍內(nèi)通過(guò)熱分析計(jì)算得到的鉻氧化率代入式(10)的左端，并對(duì)1/T作圖，結(jié)果如圖7所示。由圖7求出的鉻尖晶石與NaFeO2和氧氣反應(yīng)的表觀反應(yīng)活化能為237.3 kJ/mol，這與前述鉻鐵礦氧化焙燒動(dòng)力學(xué)分析過(guò)程求得的鉻氧化反應(yīng)后期的表觀反應(yīng)活化能基本相同。由此可進(jìn)一步確定，在氧化焙燒后期，鉻的氧化反應(yīng)機(jī)理是鉻鐵礦與 NaFeO2和氧氣發(fā)生反應(yīng)生成Na2CrO4。

圖7 ln[(1?(1?x)1/3)/(1/3T2)]與1/T關(guān)系圖Fig.7 Relationship between ln[(1?(1?x)1/3)/(1/3T2)] and reciprocal of temperature under constant heating rate

由以上鉻氧化動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)機(jī)理的分析可知，在鉻鐵礦氧化焙燒初期，鉻尖晶石直接與碳酸鈉發(fā)生氧化反應(yīng)，該階段的表觀反應(yīng)活化能低，反應(yīng)速度快，而在氧化焙燒后期，鉻的氧化是通過(guò)鉻尖晶石與鐵酸鈉發(fā)生氧化反應(yīng)進(jìn)行，該階段的表觀反應(yīng)活化能高，反應(yīng)速度慢且需要在較高溫度下才能使鉻氧化完全。因此，在研究強(qiáng)化鉻鐵礦氧化焙燒措施時(shí)，應(yīng)對(duì)鉻鐵礦氧化焙燒后期鉻的氧化反應(yīng)給予足夠重視。

3 結(jié)論

1) 鉻氧化焙燒過(guò)程中，溫度對(duì)鉻氧化速率的影響較大，溫度越高鉻氧化速率越快。氧化焙燒初期鉻氧化速率快，后期氧化速率慢。

2) 鉻氧化焙燒分為初期和后期兩個(gè)階段，均受化學(xué)反應(yīng)控制，鉻氧化反應(yīng)初期和后期的表觀反應(yīng)活化能分別為68.7和231.8 kJ/mol。

3) 鉻氧化焙燒初期和后期的反應(yīng)機(jī)理不同：氧化焙燒初期，鉻尖晶石與 Na2CO3和氧氣直接反應(yīng)生成Na2CrO4，Na2CO3在參與鉻氧化反應(yīng)的同時(shí)與鉻鐵礦中的鐵化合物反應(yīng)生成NaFeO2；氧化焙燒后期，鉻尖晶石與NaFeO2和氧氣發(fā)生反應(yīng)生成Na2CrO4。

REFERENCES

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(編輯 何學(xué)鋒)

Kinetics of chromite ore in oxidation roasting process

LI Xiao-bin, QI Tian-gui, PENG Zhi-hong, LIU Gui-hua, ZHOU Qiu-sheng
(School of Metallurgical Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)

TF111

A

1004-0609(2010)09-1822-07

湖南省科技重大專項(xiàng)資助項(xiàng)目(2009FJ1009)

2008-12-29；

2010-04-01

齊天貴，博士；電話：0731-88830453，Email：qtg_csu@163.com