铬盐作为一种重要的化工产品,广泛应用于颜料、不锈钢、合金、耐火材等行业。目前主要采用铬铁矿无钙焙烧生产工艺制备铬盐,但该工艺存在铬资源利用率低、含Cr(Ⅵ)的铬渣污染严重等问题。开发铬盐清洁生产工艺,提高铬资源利用率和避免Cr(Ⅵ)的污染是解决当前问题的关键。铬铁矿酸溶氧化是一种极具发展潜力的清洁生产工艺,可从根本上避免Cr(Ⅵ)的产生。目前,研究集中于铬铁矿硫酸浸出工艺,存在硫酸难以循环利用、浸出液中铬铁离子分离困难等问题,致使铬铁矿硫酸浸出工艺还未实现产业化。为了解决铬铁矿硫酸浸出的缺点,本研究提出以盐酸作为酸性浸出剂,重点开展了铬铁矿盐酸浸出工艺及机理研究、铬铁矿盐酸多段浸出工艺、铬铁矿盐酸-氢氟酸混酸浸出工艺及机理研究。主要结论如下:(1)对铬铁矿盐酸浸出工艺的探究,得到较佳的浸出工艺条件为:铬铁矿粒径为45~75μm、氧化剂用量为理论量0.6倍、浸出时间为5 h、浸出温度为200℃、反应器中料球比为1 g/g、转速为30 rpm、浸出剂为浓盐酸、液固比为4m L/g。在此工艺条件下得到铬、铁、铝、镁的浸出率分别为55.59%、64.34%、50.09%、51.76%。(2)对铬铁矿盐酸浸出过程进行动力学分析发现,铬铁矿盐酸酸浸反应过程中的铬、铁、铝、镁的浸出过程均受界面化学反应速率步骤控制,其活化能分别为45.80 k J/mol、40.43 k J/mol、42.08 k J/mol、43.54 k J/mol;未添加氧化剂时铬、铁、铝、镁的活化能分别为47.16 k J/mol、42.81 k J/mol、43.29 k J/mol、48.79k J/mol,该活化能均大于添加氧化剂时各金属的浸出活化能,说明添加氧化剂后可以降低反应的活化能,促进反应的进行。(3)对铬铁矿盐酸浸出过程探究发现,在强酸性环境中,晶格内部Fe(Ⅱ)在氧化剂的作用下被氧化为Fe(Ⅲ),使尖晶石相发生畸变,稳定性遭到破坏,促进铬铁矿在盐酸溶液中的分解。在盐酸浸出过程中会产生稳定的Si O₂,对尖晶石有一定的包裹,从而阻碍各金属的进一步浸出。(4)为提高铬资源利用率,提出铬铁矿盐酸多级浸出试验。试验表明,在较佳的试验条件下,铬铁矿盐酸浸出经过三级循环浸出后,铬、铁、铝、镁的浸出率分别为91.98%、94.54%、76.62%、78.03%。对三段浸出后的铬渣进行分析,发现铬渣主要成分为Al₂O₃和Si O₂。(5)通过研究发现,HF可将硅质层破坏,使铬铁矿的尖晶石相裸露在强酸溶液中,从而提高各金属浸出的效率;随HF添加量的增加,铬、铁的浸出率不断增加,而铝、镁、硅随着HF添加量的增加呈现先增加后减少的趋势;对铬渣进行物相分析发现随HF添加量的增加,铬铁矿中尖晶石的衍射峰逐渐消失,逐渐出现含镁、铝的硅酸盐相和Si O₂等物相。(6)为将各金属离子浸出完全,对添加理论量的3倍HF时的铬铁矿盐酸浸出过程进行了探究。结果表明,在此条件下中铬、铁、铝、镁的浸出率分别为76.49%、83.92%、65.30%、59.93%,对其进行动力学分析,发现各金属元素浸出过程均符合缩核模型,且受界面化学反应控制;分析计算得到铬、铁、铝、镁浸出反应的活化能分别为46.63 k J/mol、39.60 k J/mol、41.93 k J/mol、45.59 k J/mol。铬渣最终物相成分主要为Si O₂。(7)为实现铬的最大浸出率,对添加理论量的10倍HF时的铬铁矿盐酸浸出过程进行了探究。结果表明,在此条件下,铬、铁、铝、镁的浸出率分别为91.74%、94.22%、16.82%、14.29%,在使铬的资源率最大化的同时将铝、镁等物质沉淀到铬渣中,简化了后续铬盐的分离提纯。进行了动力学分析,金属元素浸出过程均符合缩核模型,且受界面化学反应控制,分析计算得到铬、铁浸出反应的活化能分别为44.23 k J/mol、40.54 k J/mol;而计算得到铝、镁浸出反应的活化能分别为25.62 k J/mol、34.78 k J/mol,其反应控制步骤为混合控制。铬渣最终物相成分为Si O₂、Mg₂Si O₄、(Mg,Al)Si O₃和Al₂Si O₅。