氧化铬和金属铬车间设计(engineering design of chromium oxide and metal chromeplant)

以铬矿粉为原料，采用湿法冶金制取氧化铬，进而用铝热法冶炼成金属铬的车间设计。氧化铬除用于冶炼金属铬外，还可用作耐光、耐热涂料，磨料，玻璃、陶瓷的着色剂，以及化学合成的催化剂等。金属铬主要采用湿法铝热法生产，也可用电解法生产，称电解铬。但电解铬耗电多、价格高、市场需求少，故产量不多。金属铬和电解铬主要用于冶炼高温合金、电阻合金和精密合金等。车间设计主要包括产品方案与设计规模、工艺流程、设备选择、车间组成与布置、特殊要求和主要技术经济指标等。

简史   世界金属铬的工业性生产，开始于20世纪20～30年代，中国第一家氧化铬和金属铬生产车间于20世纪60年代在湖南设计建成。当时采用的是重铬酸钠还原法生产氧化铬工艺，该工艺耗酸量大、工艺流程长、对厂房设备腐蚀严重、生产成本亦较高。60年代后期湖南铁合金厂等单位试验成功使用氢氧化铬沉淀一煅烧法生产氧化铬的新工艺，随后各厂相继按此新工艺进行了技术改造。1990年，中国共有三家铁合金厂建有氧化铬和金属铬生产车间，金属铬的年生产能力共达3500t，且还有一个电解铬试验性生产车间。

产品方案与设计规模   金属铬产品主要化学成分为：Cr>98～99％，C<0．05～0．02％，Fe<0．80～0．35％，Si<0．40～0．25％，Al<0．80～0．30％，Cu<0．06～0．02％，S<0．03～0．02％，P<0．01％，Pb<0．001～0．0005％，Sn、Sb、Bi、As均<0．001％。电解铬的纯度更高，Cr>99％。中国氧化铬和金属铬车间的一般设计规模为800～1500t／a(以金属铬的生产能力计)。

工艺流程   分为氧化铬生产和金属铬冶炼两部分。

(1)氧化铬生产。铬矿和白云石经破碎、磨细成粉，配入纯碱和返回残渣，混料后送入回转窑，在窑内经1100～1150℃高温氧化钠化焙烧，使铬矿中的铬转化成为水溶性的铬酸钠。窑气净化回收的窑尘返回配料，废气排入大气。出窑熟料冷却后用洗渣液浸取，获得浓度合格的铬酸钠溶液；渣用清水洗涤后，部分返回配料，多余部分送渣场或综合利用。合格铬酸钠溶液加还原剂(硫化钠溶液或硫磺浆)，使之形成氢氧化铬沉淀，沉淀物脱水、洗涤、甩干送煅烧；沉淀废液及其洗液送综合利用。氢氧化铬在煅烧窑中，脱水分解成为氧化铬，继续进行高温(1300～1350℃)煅烧，脱去部分杂质硫和铅等。形成重结晶的带金属亮点的墨绿色冶炼用的氧化铬。有的即可作为商品氧化铬(俗称“铬绿”)出售。氧化铬生产工艺流程示于图1。

(2)金属铬冶炼。常用铝热法进行冶炼，即以铝作还原剂，还原氧化铬，从而生产金属铬。铝经熔化、喷吹粒化成铝粒，发热剂硝石经烘干粉碎成硝石粉，然后与冶炼用氧化铬按配比进行配料、混料做成炉料。再用下部点火法进行冶炼，即先往简式熔炼炉中放入部分混合炉料，通过点火剂引燃，使炉料开始反应，‘随之将炉料陆续加入炉内，保持反应平稳进行，直至全部炉料加完，反应也随之结束。静置一定时间(一般每炉20h左右)后，拔除炉筒，除去上部渣盖，金属锭经喷砂精整、破碎、称量和包装，成品出厂。其工艺流程见图2。

设备选择   主要关键设备是氧化钠化焙烧设备和金属铬冶炼设备。焙烧设备常用回转窑．有时也采用多层焙烧炉。回转窑具有设备比较简单，且既可用于粉料焙烧，又可用于造球焙烧等优点，但占地稍大。多层炉易控制焙烧温度、物料不易结块、占地面积小，但结构较复杂、使用耐热部件多、维修工作量略大，只适用于粉料焙烧。冶炼金属铬一般采用铝热法。筒式熔炼炉的内衬常以金属铬冶炼产出的炉渣为衬里，既可用熔态直接铸成，又可用固态渣磨细后打结，还可用镁砖衬砌。

此外，原料磨细设备常用雷蒙磨或双室球磨机。熟料浸取一般采用槽浸，浸出合恪液及洗液分别贮存，合格液送还原沉淀，洗液供熟料浸取。在反应罐中对铬酸钠溶液进行还原以生成氢氧化铬。其固液分离则用离心机。氢氧化铬沉淀的脱水分解和高温煅烧常使用吲一台回转窑一次完成。金属锭的喷砂精整使用以压缩空气为动力的喷砂机。成品破碎常用落锤。

车间组成与布置   由原料制备、焙烧、化学处理、煅烧和冶炼等生产工段以及铝粒制备等辅助生产设施所组成。(1)原料制备工段常设于一独立的单层厂房内，包括进车间原料的贮存、破碎和粉碎，返渣的烘干和粉碎，配料、混料以及混合料送焙烧等设备和设施。(2)焙烧工段主要设备为回转窑，其窑头、窑尾常设于厂房内，窑身处的厂房一般可采用敞开式，即仅有顶盖而无外围结构。窑尾处除有物料入窑设备及灰箱外，还常有回收窑气余热设施及净化窑气的袋滤器或电除尘器，回收粉尘返配料设施等。窑头处除安设火箱及烧嘴外，窑下设熟料冷却设备。(3)化学处理工段设有熟料浸洗槽，溶液及洗液贮槽，还原剂制备设备，还原反应罐，离心机等设备。(4)煅烧工段主要有氢氧化铬沉淀的脱水分解和高温煅烧回转窑、窑气湿式净化回收设施，以及湿料喂料装置等设备。(5)冶炼工段安设有各种物料的配料仓和配料秤，硝石烘干、粉碎装置，混料机，熔炼炉及其排气净化设施，成品喷砂精整、破碎和称量包装设施等。冶炼工段的设计可见铁合金金属热法冶炼车问设计。各生产工段的具体布置，视场地条件而定。(6)主要辅助设施有铝粒制备设施、废液回收处理系统、渣场及残渣综合利用设施、锅炉房、空压站、燃料供应设施、化验室、修理设施、车间变电所和车间办公室等。有的公用设施，可按全厂性统一供应考虑设置。

特殊要求   氧化铬和金属铬车间设计中应特别注意：(1)浸取残渣中含有少量的水溶性六价铬，若渗入地下将污染地下水水质，故堆渣场应设不透水地坪，且有集水回收设施，多雨地区应加防雨栅，浸取残渣综合利用比较成功的是：作为炼制钙镁磷肥的原料，用于烧制青砖的配料，以及作炼铁烧结矿的配料等，应在设计中加以考虑。(2)在铝粒制备过程中，铝粒和铝尘都是易爆易燃源，因此设计中必须采取防明火防爆炸的措施，并且要设于独立的厂房中，与附近建构筑物之间，要按规范规定留有一定的安全间距。(3)沉淀氢氧化铬后的废液及其洗液，应视所用还原剂选用不同的综合利用方案。如用硫磺作还原剂，废液中主要为硫代硫酸钠，可考虑回收“海波”(俗称大苏打，主要化学成分为硫代硫酸钠Na2S2O3)；如用硫化钠作还原剂，废液中存在的氢氧化钠较多，可考虑回收纯碱，即碳酸钠，返回原料配料用。(4)冶炼炉渣主要成分为Al2O3，除自用作为熔炼炉衬外，可作为耐火材料及磨料等使用。

主要技术经济指标   中国氧化铬和金属铬车间设计主要技术经济指标见表。