铬为重要的战略资源,铬化合物及含铬材料具有广泛的应用领域。铬酸钠作为制备其它铬化工产品的重要中间体,目前主要采用铬铁矿钠化氧化焙烧法生产。由于焙烧过程中低熔点物质熔融会产生液相,通常需加入一定量的返渣对液相进行稀释,以保证回转窑的正常运行,但返渣的加入也在一定程度上降低了工艺过程的热利用率和生产效率。因此,在不影响焙烧设备正常运行的前提下,减少返渣加入量是目前铬铁矿钠化氧化焙烧工艺亟需解决的技术难题。本论文采用引入添加剂的方法,代替返渣的使用,提高铬铁矿钠化氧化焙烧过程中铬转化率,同时降低反应过程中熔融液相比例。论文以焙烧熟料中铬和铝的浸出率、熟料烧结特性为考察指标,探究了不同添加剂对铬铁矿钠化氧化焙烧过程的影响规律,遴选出了效果最佳的添加剂和工艺参数,并深入分析了该添加剂对铬铁矿钠化氧化焙烧过程的作用机理。本论文取得的主要进展如下:(1)研究了引入添加剂后铬铁矿在Na2CO3介质中氧化焙烧过程的热力学。通过计算不同添加剂Fe2O3、MnO2、TiO2、C03O4、CuO以及NiO存在条件下,铬铁矿主要成分FeCr2O4、MgCr2O4、FeAl2O4和MgAl2O4与Na2CO3在氧化焙烧过程中可能发生化学反应的吉布斯自由能,明确各反应的热力学趋势,掌握相关反应路径及物相变化。根据热力学计算结果,加入添加剂后,将促进含铬尖晶石中的Cr3+转化为Na2CrO4,并阻碍含铝尖晶石中的铝转化为Na2O·Al2O3。(2)考察了不同添加剂的加入对850 ℃～1000℃焙烧温度条件下铬铁矿钠化氧化焙烧过程的影响。根据焙烧熟料浸出实验的结果,Fe2O3能促进铬的浸出,同时抑制铝的浸出;MnO2则同时抑制铝和铬的浸出;TiO2能够抑制铝的浸出,并在焙烧温度小于900℃时促进铬的浸出;Co3O4、CuO和NiO则在不同温度范围内对铬和铝的浸出产生不同影响。进一步研究表明,铬铁矿无钙焙烧工艺产出的铬渣和铬铁矿液相氧化工艺产出的铬渣虽然含有55%～70%的Fe2O3,但二者均不能完全代替Fe2O3添加剂在铬铁矿钠化氧化焙烧过程中所起的作用。(3)优化了采用Fe2O3添加剂的铬铁矿钠化氧化焙烧工艺参数,并深入研究了 Fe2O3添加剂的作用机理。以熟料中铬和铝浸出率及熟料烧结特性为指标,通过单因素实验,获得的铬铁矿钠化氧化焙烧最佳工艺参数为:配碱率1.1、Fe2O3用量30%、焙烧温度900℃～950 ℃。在最优工艺条件下,经过2.5 h～3.0 h的反应,熟料中铬的浸出率达到97%、铝的浸出率约24%,铬渣中Cr2O3含量约1%,获得的熟料疏松无烧结。通过热重分析以及物相分析,研究了Fe2O3添加剂存在条件下铬铁矿钠化氧化焙烧过程的反应机理。在反应初期,铬铁矿和Fe2O3均未与Na2CO3发生反应,铬铁矿中的Fe2+发生氧化生成Fe3+,引起铁铬尖晶石的晶格畸变,增强了铬、铝、铁组分的活性。反应中期,铬铁矿中铬、铝、铁组分和Fe2O3添加剂与Na2CO3同时发生反应,分别生成Na2CrO4、Na2O·Al2O3和Na2O·Fe2O3,由于Na2O·Fe2O3生成量较多抑制了Na+的扩散,所以Na2CrO4和Na2O·Al2O3的生成受到阻碍。反应后期,Na2O·Al2O3和Na2O·Fe2O3与铬尖晶石反应生成Na2CrO4和铁铝等尖晶石,由于Na2O·Al2O3和Na2O·Fe2O3的快速分解及铁铝等尖晶石的生成提高了Na+和O2扩散速率,所以促进了Na2CrO4的生成。