铬铁矿氧化焙烧(oxidizing roasting of chromite)

由铬铁矿、纯碱和填充料组成的炉料，在高温通空气常压下进行焙烧，使铬尖晶石中的铬转化为水溶性铬酸盐的过程。也称钠化氧化焙烧。

简史   早期采用铬铁矿和硝酸钾氧化剂在坩埚内熔融的方法，后来用空气中的氧作氧化剂以及用钾碱代替了钾硝，接着又发展到用石灰作填充料的氧化焙烧工艺。到19世纪80年代，以纯碱代替了钾碱，采用转底炉氧化焙烧，转底炉又经改进成为环底炉，大型炉底面积已达165m²，月生产重铬酸钠达1000t。20世纪初，又改用回转窑，使生产力大为提高；为了改善炉料性能，又添加白云石填料，形成了当今普遍采用的回转窑加钙氧化焙烧工艺。

原理   石灰石和白云石经粉碎，与纯碱和干燥的铬浸出渣按一定比例充分混合，混合料在回转窑内进行一次或多次氧化焙烧，焙烧温度为1373～1423K，炉料在回转窑内的停留时间为2～4h，发生的主要反应为：

同时发生其他反应，生成多种化合物，其中主要有铁酸盐，硅酸盐和铝酸盐等。铬尖晶石中的铬在焙烧中转化为水溶性铬酸钠，其转化速度随温度升高、料层中的氧浓度增大而加快，但最高焙烧温度受到炉料烧结强度的限制，一般尾气中氧体积浓度控制在7％～10％之内。

填充料的作用   在高温下，Na₂CO₃、Na₂CrO₄变为液相，因此，氧化焙烧是一个有气、液、固参与的复杂的多相反应过程。液相润湿固相，加快了反应速度，颗粒表面包裹过厚的液相后会阻止氧的内扩散，甚至使炉料烧结、结团和结窑，不利于反应进行完全。加入填充料可以分散液相，改善炉料的透气性，减薄颗粒表面的液层厚度，加快氧化速度。因此，填充料也称“稀释剂”。石灰石(或石灰)是最常用的填充料，它还有加快铬尖晶石转化反应速度，与铝、硅等生成水难溶化合物从而固定铝、硅和代替部分纯碱的作用。白云石也是常用的钙质填充料，它提供的MgCO₃在焙烧中变为MgO，使炉料能经受更高的焙烧温度而不会结团结窑。浸出渣烘干返回作填充料可以减少排渣量和利用渣中残存的铬，提高铬的收率。用铬铁矿本身作填充料时，要采用多次焙烧工艺。即先加入部分纯碱进行第一次焙烧，经浸出后的渣再加纯碱进行下次焙烧。这种焙烧工艺可以减少排渣量，降低浸出液的碱度，但能耗增加。填充料不能过量，否则会使液相过分分散，不利于铬尖晶石的转化，降低了设备的生产能力。钙质炉料往往采用复合填充料，一组典型的配料为：铬铁矿(45％Cr₂O₃)100份，纯碱(98％Na₂CO₃)65份，石灰石40份，白云石100份，铬渣(35％Cr₂O₃)100份。

设备   反射炉的进出料和翻料都是手工操作，劳动强度大，焙烧料质量低；采用气体为燃料的环底炉，水冷螺旋出料，机械化程度较高，但静止薄料层，设备能力较低；现今大多数采用等径回转窑，窑内衬粘土铬ge砖。年生产能力为3000t铬酸钠的回转窑，内径为1.9m，长12m，倾斜度3.5％，转速为0.6r／min。燃料为重油或天然气，窑尾有换热器；用煤作燃料时，尖晶石的转化率较低。

回转窑的机械化程度高，混合料用螺旋给料机定量连续给料，经溜管加入回转窑，借助回转窑的转动，炉料向前移动，1073K左右的焙烧料直接经窑头箱下料口落入接料器，冷却或直接倒入浸出器浸出。873K左右的烟气经换热器换热及多级除尘，由引风机通过烟囱排空。

制粒焙烧   混合料在圆盘制粒机上制粒，粒径为3～5mm，粒料加快回转窑的氧化焙烧速度。此法的优点是铬尖晶石的转化率高，过程操作稳定和设备生产能力大。日本电工株式会社的德岛厂已实现工业化生产，中国完成了低钙焙烧中间试验。无钙焙烧正处在试验阶段。