Fundamental Research of Multiple Medium Separation Applied to the Chromate Cleaner Production Process

针对我国传统铬盐行业存在的资源利用率低和环境污染严重等问题，中国科学院过程工程研究所提出了亚熔盐非常规介质处理铬铁矿等两性金属矿物资源的新原理、新方法，并形成了亚熔盐法铬盐清洁工艺与集成技术。与传统铬盐生产工艺相比，新技术不仅大幅度提高了铬铁矿资源的利用率，显著降低了反应温度，而且实现了废弃物源头减量与全组分深度综合利用。多元体系分离过程是亚熔盐法铬盐清洁工艺的重要组成部分，涉及浸出液净化、产品精制和循环介质净化等多个分离过程。本文以亚熔盐法铬盐清洁工艺相关分离问题为切入点，对亚熔盐复杂体系分离过程的关键问题进行了深入的应用基础研究，提出了杂质组分脱除与目标产品提纯的新方法，进一步优化了铬盐清洁工艺集成技术。 本论文在以下几个方面取得了创新性进展： （1）研究了铬铁矿中V、Mn、Al、Si等伴生元素在钾系亚熔盐介质中高效反应与中间体浸出过程中的溶解及积累行为，发现循环介质中的V是干扰铬酸钾晶体和铬渣重力分级分离的主要原因，浸出液中的Mn严重影响铬酸钾晶体产品色泽，进一步完善了钾系铬盐清洁工艺伴生组分行为研究理论体系。 （2）针对浸出液中Al、Si、Mn的净化分离需求，提出了采用某种醇类还原剂快速除Mn的新方法及添加CaO脱除Al、Si的净化新方法，并系统研究了Al、Si、Mn脱除的工艺参数。浸出液经净化后，可达到SiO2＜1g/L，Al＜5g/L，Mn＜0.003g/L的工艺要求。以上净化分离方法已成功应用于工业生产。 （3）针对循环介质中铝脱除难题，通过研究 在KOH-K2CO3-H2O体系中的赋存状态，提出了加钙除铝的净化方法，系统研究并获得了循环介质除铝净化分离的最佳工艺参数，在此条件下，铝脱除率可达94.1%；通过研究V在循环介质中的相平衡规律，确定了循环介质冷却结晶分离V的方法，V的脱除率可达69.2%，满足了介质高效循环利用的工艺要求。 （4）系统测定了KOH-K2CrO4-H2O体系的蒸汽压，获得蒸汽压与体系组分及温度的关系： 运用上述方程，获得了浸出液蒸发结晶过程溶液沸点与体系成分及铬酸钾晶体分离效率的关系，为铬酸钾中间体分离工艺优化、工程设计与操作调控提供了重要的理论依据。 （5）针对钠系铬盐清洁工艺过程，研究了40℃和80℃时NaOH-Na2CrO4- NaNO3-H2O体系的溶解度，提出了钠系铬盐清洁工艺中铬酸钠的蒸发结晶分离方法，并研究了铬酸钠蒸发结晶分离条件。在适当条件下可获得合格铬酸钾晶体，结晶率达89%，为钠系铬盐清洁工艺研发提供了重要的理论依据

亚熔盐溶出一水硬铝石型铝土矿过程中赤泥的铝硅行为

对NaOH亚熔盐溶出一水硬铝石型铝土矿过程中赤泥的Al，Si行为进行了研究，通过实验研究了溶出过程的反应温度、碱矿比、添加CaO等主要因素对赤泥成分和物相结构的影响．结果表明，在相同碱矿比下，温度越高越有利于Al2O3的溶出．在碱矿比为2、反应温度为180℃、反应时间为2h的条件下，一水硬铝石完全溶出，赤泥中硅主要以Na8Al6Si6KO24（0H）2（H2O）2和Na9Al9Si15KO48（H2O）27的钠铝硅酸盐形式存在．亚熔盐溶出过程中添加CaO并不能抑制Si进入溶出液中，甚至会降低Al2O3的溶出率．但添加CaO可以减少碱的损耗，适于处理中等品位的铝土矿

亚熔盐溶出一水硬铝石型铝土矿过程中赤泥的铝硅行为

对NaOH亚熔盐溶出一水硬铝石型铝土矿过程中赤泥的Al,Si行为进行了研究,通过实验研究了溶出过程的反应温度、碱矿比、添加CaO等主要因素对赤泥成分和物相结构的影响.结果表明,在相同碱矿比下,温度越高越有利于Al2O3的溶出.在碱矿比为2、反应温度为180℃、反应时间为2h的条件下,一水硬铝石完全溶出,赤泥中硅主要以Na8Al6Si6O24(OH)2(H2O)2和Na9Al9Si15O48(H2O)27的钠铝硅酸盐形式存在.亚熔盐溶出过程中添加CaO并不能抑制Si进入溶出液中,甚至会降低Al2O3的溶出率.但添加CaO可以减少碱的损耗,适于处理中等品位的铝土矿

钒酸钾钙化沉钒法制备钒酸钙

针对钾系亚熔盐法分解钒渣的中间产品钒酸钾,提出通过添加CaO实现钒酸钾中钾、钒分离,并同步实现钾再生循环的新方法,考察了各工艺参数对钙化沉钒的影响,得到钙化沉钒的最佳工艺条件.结果表明,在KOH浓度140g/L及CaO添加量为理论计算量的1.2倍、反应温度90℃、反应时间2h的最佳工艺条件下,钒酸钾中钒转化率达95.9%以上,生成的钙化产物为Ca10V6O25,可直接用于钒铁冶炼,钾生成KOH返回用于分解钒渣

钒酸钾钙化沉钒法制备钒酸钙

针对钾系亚熔盐法分解钒渣的中间产品钒酸钾,提出通过添加CaO实现钒酸钾中钾、钒分离,并同步实现钾再生循环的新方法,考察了各工艺参数对钙化沉钒的影响,得到钙化沉钒的最佳工艺条件.结果表明,在KOH浓度140g/L及CaO添加量为理论计算量的1.2倍、反应温度90℃、反应时间2h的最佳工艺条件下,钒酸钾中钒转化率达95.9%以上,生成的钙化产物为Ca10V6O25,可直接用于钒铁冶炼,钾生成KOH返回用于分解钒渣

钒酸钾钙化沉钒法制备钒酸钙

针对钾系亚熔盐法分解钒渣的中间产品钒酸钾,提出通过添加CaO实现钒酸钾中钾、钒分离,并同步实现钾再生循环的新方法,考察了各工艺参数对钙化沉钒的影响,得到钙化沉钒的最佳工艺条件.结果表明,在KOH浓度140g/L及CaO添加量为理论计算量的1.2倍、反应温度90℃、反应时间2h的最佳工艺条件下,钒酸钾中钒转化率达95.9%以上,生成的钙化产物为Ca10V6O25,可直接用于钒铁冶炼,钾生成KOH返回用于分解钒渣

微气泡强化磷酸介质中Fe~(2+)高效氧化研究

为实现酸性介质中Fe~(2+)的高效分离,工业中常采用双氧水氧化法将Fe~(2+)转化为溶解度更低的Fe~(3+)而实现铁的析出,该方法双氧水利用率低,经济性差,亟待开发酸性介质中新型的Fe~(2+)低成本高效氧化法。基于微气泡在酸性介质中可爆裂生成活性氧原理,本工作开发了微气泡强化氧化Fe~(2+)技术,研究了曝气头尺寸、反应温度、酸浓度等对微气泡强化氧化Fe~(2+)及羟基自由基生成的影响,确定了反应的最佳条件为90℃、30wt%H_3PO_4、0.22μm孔径曝气头,在上述条件下,30 min Fe~(2+)氧化率可达约99%,与现行H_2O_2氧化效果相当,大大降低工艺经济成本。同时,本工作对微气泡强化Fe~(2+)氧化的机理进行了研究,确定了微气泡爆裂生成的主要活性氧为羟基自由基,并研究了曝气头尺寸、反应温度、酸浓度等对羟基自由基生成的影响,获得了酸性介质中羟基自由基生成的调控规律

铬盐清洁生产工艺中铝硅的脱除

研究铬盐清洁生产工艺中铝硅的脱除。理论计算表明:CaO加入浸出液中不会有致癌物铬酸钙的生成。结果表明:在反应温度为70-90℃时,添加适量的CaO,浸出液中的铝硅可以脱除到要求值。无铁渣存在时脱铝硅产物为Ca2.93Al1.97Si0.64O2.56(OH)9.44,有铁渣存在时为Ca3AlFe(SiO4)(OH)8。铁渣的存在可以加速铝硅脱除反应的速度,提高铝硅的脱除率,而溶液中K2CO3的浓度对CaO脱除铝硅的影响不大

铬盐清洁生产工艺中铝硅的脱除

研究铬盐清洁生产工艺中铝硅的脱除。理论计算表明：CaO加入浸出液中不会有致癌物铬酸钙的生成。结果表明：在反应温度为70-90℃时,添加适量的CaO,浸出液中的铝硅可以脱除到要求值。无铁渣存在时脱铝硅产物为Ca2.93Al1.97Si0.64O2.56（OH）9.44,有铁渣存在时为Ca3AlFe（SiO4）（OH）8。铁渣的存在可以加速铝硅脱除反应的速度,提高铝硅的脱除率,而溶液中K2CO3的浓度对CaO脱除铝硅的影响不大

新型钒材料研究进展

作为国家重要的战略金属资源,钒及其化合物被广泛用于冶金、航空航天、化工等领域。近年来,随着资源、能源及环境压力的逐步增大,储能及环境领域中新型钒材料研究越发活跃,一大批具备高性能的钒系电极材料、钒颜料、钒系催化剂涌现出来,然而,钒材料的高成本成为其最终实现工业化的一大障碍。纳米技术、生物医药技术的发展与完善使低成本制备高性能新型钒系复合材料成为可能,使新型钒材料在具备高性能的同时自身对环境友好,制备及使用成本大幅下降,使钒材料应用领域得以极大拓展,显示出巨大的发展和应用前景