碳素铬铁中元素有效分离及综合利用研究

论文摘要

铬盐工业在我国国民经济中占有重要地位,产品涉及国民经济约15%的商品品种。但是我国现行的生产工艺落后,有钙焙烧法和无钙焙烧法会产生相当多的铬渣,成为毒性重金属主要污染源。基于以上现状,本课题提出以碳素铬铁为原料,经过硫酸浸出,Na2S除重金属,草酸沉铁,制备出氧化铬的方法,副产品草酸亚铁还可以用作生产锂离子电池正极材料磷酸铁锂的原料,提高资源利用率,具有重大的社会和经济价值。研究了各种因素对实验效果的影响,最佳参数分别如下：硫酸浸出铬铁合金,合金粉粒径过200目,硫酸过量10%,浓度9mol/L反应温度80℃,搅拌速度300r/min,反应6h,铬的浸出率96.2%,铁的浸出率为95.5%；Na2S除重金属,反应终止pH=4.0,反应时间t=1.5h, Na2S添加量13.2g/L,反应温度20℃,铬离子浓度50g/L,除重金属后镍、钻、锰的含量分别为0.0075g/L、0.0042g/L、0.0847g/L；草酸除铁,在15-20℃时,草酸加入过量20%,反应终点pH为4,除铁后溶液含铁为0.195g/L,除铁率达到98.5%。采用控制结晶法制备氢氧化铬,温度80℃,反应pH为8,氢氧化铬沉积率达到99%,经过高温煅烧,可以制得结晶性能良好的三氧化二铬,纯度达到98.9%,满足冶金级的要求。以副产品草酸亚铁为原料制备的磷酸铁锂,颗粒细小,粒度均匀,已除重金属的磷酸铁锂0.1C最高容量为152.9mAh/g,未除重金属的磷酸铁锂0.1C最高容量为138.6mAh/g。活性炭净化沉淀尾液的研究中,100目活性炭、300目活性炭、300目改性活性炭吸附后的溶液中铬残留量分别为0.1032mg/L0.0801 mg/L、0.0262mg/L,达到国家排放标准。活性炭再生性能依然比较理想,可以重复使用5次以上。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 铬的概况
• 1.2.1 铬的物理性质
• 1.2.2 铬的化学性质
• 1.2.3 铬的资源
• 1.2.4 铬盐在国民经济中所占的地位
• 1.3 铬盐工业发展简史
• 1.4 铬盐生产工艺的国内外现状
• 1.4.1 铬酸钠生产工艺
• 1.4.2 氧化铬生产工艺
• 1.5 湿法冶金中除铁及重金属研究现状
• 1.5.1 除铁方法
• 1.5.2 除重金属方法
• 1.6 论文选题思路及主要研究内容
• 第二章 实验原料和方法
• 2.1 引言
• 2.2 实验原料及实验仪器
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 实验仪器
• 2.3 实验方法及思路
• 2.3.1 硫酸浸出铬铁合金
• 2.3.2 铬铁浸出液净化除杂
• 2.3.3 制备磷酸铁锂
• 2.3.4 制备氢氧化铬及三氧化二铬
• 2.3.5 滤液净化
• 2.4 材料表征
• 2.4.1 激光衍射粒度分析
• 2.4.2 粉末比表面积的测定
• 2.4.3 X射线衍射分析
• 2.4.4 差热-热重分析
• 2.5 元素分析部分
• 2.5.1 铬元素的测定
• 2.5.2 铁元素的测定
• 2.5.3 镍、钴、锰、钙、镁的测定
• 第三章 硫酸浸出铬铁合金粉的研究
• 3.1 前言
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 浸出时间的影响
• 3.2.2 浸出温度的影响
• 3.2.3 硫酸浓度的影响
• 3.2.4 合金粒度的影响
• 3.2.5 搅拌速度的影响
• 3.2.6 浸出动力学分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 浸出液除铁、镍、钴、锰
• 4.1 引言
• 4.2 硫化物沉淀法除重金属
• 2S投入量对重金属除去效果的影响'>4.2.1 Na₂S投入量对重金属除去效果的影响
• 4.2.2 反应终点pH对重金属除去效果的影响
• 4.2.3 温度对重金属除去效果的影响
• 4.2.4 反应时间对重金属除去效果的影响
• 4.2.5 溶液浓度对重金属除去效果的影响
• 2S除重金属最佳参数'>4.2.6 Na₂S除重金属最佳参数
• 4.3 草酸亚铁沉淀法除铁
• 4.3.1 草酸除铁原理
• 4.3.2 草酸加入量对除铁率的影响
• 4.3.3 终点pH对除铁率的影响
• 4.3.4 温度对除铁率的影响
• 4.3.5 制备草酸亚铁的形貌及纯度
• 4.4 本章小结
• 第五章 三氧化二铬及磷酸铁锂的制备
• 5.1 引言
• 5.2 并流控制结晶法制备氢氧化铬
• 5.2.1 pH对沉淀率的影响
• 5.2.2 温度对沉淀率的影响
• 5.2.3 PAM对滤液絮凝的影响
• 5.3 煅烧氢氧化铬制备三氧化二铬
• 5.3.1 煅烧温度的确定
• 5.3.2 三氧化二铬的品质
• 5.4 草酸亚铁制备磷酸铁锂
• 5.4.1 磷酸铁锂的品质
• 5.4.2 磷酸铁锂的电化学性能
• 5.5 本章小结
• 第六章 活性炭净化沉淀尾液的研究
• 6.1 引言
• 6.2 实验原理及吸附剂制备
• 6.2.1 吸附剂的制备及流程图
• 6.2.2 计算公式
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 pH对吸附性能的影响
• 6.3.2 活性炭投入量对吸附性能的影响
• 6.3.3 温度对吸附性能的影响
• 6.3.4 吸附动力学研究
• 6.2.5 浓度对吸附性能的影响
• 6.3.6 解吸及再利用实验
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文