亚熔盐清洁生产技术与资源高效利用

　　本书展示了我国清洁生产与资源优化循环的理念、目标、内涵、研究方法和技术创新特色；涵盖了我国化工冶金基础制造业绿色化升级与清洁生产技术创新的国家需求，绿色制造/清洁生产技术从化学分子尺度到设备放大系统集成多尺度的设计原理、科学内涵和方法，绿色过程模拟、集成与优化;着重介绍了亚熔盐化工冶金新原理与清洁生产关键共性技术，铬化工行业、氧化铝行业、钛白行业、稀有金属铌和钽的清洁生产技术与工艺，钒渣亚熔盐法钒铬高效提取分离技术，工业固废资源化利用;后提出了过程制造业绿色化的升级转型技术路线图。 本书可供环境工程、化学工程、能源工程等领域的科研人员、工程技术人员和管理人员参考，也可供高等学校相关专业师生参考。

　　张懿：中国科学院过程工程研究所，中国工程院院士，中国科学院过程工程研究所首席研究员、博士生导师、所技术委员会主任、国家环境咨询委员会委员、国家重大科技基础设施建设中长期规划专家组成员、国家科学技术奖评审专家、国家人事部及中国科学院“先进集体”首席、国家中青年有突出贡献专家、何梁何利科学与技术进步奖获得者、湿法冶金清洁生产技术国家工程实验室技术委员会主任、绿色过程工程院重点实验室学术委员会主任、中科院首届“十大女杰”、《中国科学》E辑编委、《中国环境科学》编委。张懿院士是我国清洁生产研究领域主要开拓者之一。20世纪80年代开创了资源材料化学化工与环境工程交叉综合研究的过程污染控制新方向，建立了系列新技术和示范工程，在海内外产生重要影响。九十年代开拓了清洁工艺-绿色化学化工过程研究新方向，主持我国首次清洁生产工艺国家项目，在资源高效清洁转化-多级循环利用集成技术和绿色过程工程领域取得了重要原创性成果和产业化应用突破。在国内外首次提出的亚熔盐高效清洁反应/分离新系统和新过程，已拓展为处理多种矿物资源的普适性新理论和共性技术。运用化学工程的原理及方法强化传统环境工程技术，也取得系统性理论和工程应用成果。对资源环境过程工程交叉学科建设和我国传统产业的绿色化升级和循环经济模式建设做出了开创性贡献。研究成果获得国家技术发明二等奖、三等奖各1项，国家科技进步二等奖、三等奖各1项，省部级科技奖5项，发表论文300多篇（SCI收录160余篇），专著合著13部。获授权国家发明专利46项，培养博、硕士研究生60余名。

1总论
1.1化工冶金制造业绿色化升级与清洁生产技术创新的国家需求2
1.2绿色制造/清洁生产技术设计原理、科学内涵和方法3
1.3亚熔盐化工冶金新原理与清洁生产关键共性技术7
1.3.1两性金属资源转化传统流程解析7
1.3.2熔盐/亚熔盐液相氧化取代高温钠化氧化焙烧新工艺主体思路8
1.3.3亚熔盐非常规介质的优异物理化学特性和计算分析9
1.3.4亚熔盐介质中活性氧生成机理与研究方法12
1.3.5亚熔盐铬盐清洁工艺典型案例解析15
1.3.6亚熔盐非常规介质活化机理17
1.3.7亚熔盐铬、铝、钒、钛、铌、钽、锆化工冶金共性技术平台19
1.4亚熔盐绿色过程模拟、集成与优化21
参考文献22
2铬化工清洁生产工艺与集成技术
2.1行业背景和现状28
2.1.1铬化合物产品概况28
2.1.2铬化合物生产方法28
2.2铬铁矿高效清洁转化的反应分离工艺创新34
2.2.1NaOH及NaOH-NaNO3熔盐体系铬化合物清洁生产技术34
2.2.2KOH亚熔盐体系铬化合物清洁生产技术68
2.3绿色产品工程104
2.3.1铬酸钾碳酸化法制备重铬酸钾104
2.3.2铬酸钾氢还原法制备氧化铬108
2.3.3高纯铬酸酐与硝酸钾联产工艺116
2.3.4电催化合成铬酸酐工艺125
2.3.5氨基酸铬螯合物的合成129
2.3.6三价铬高速电镀液的制备135
2.4铬化工清洁工艺富铁渣的资源化利用139
2.5过程设备量化放大与系统集成143
2.5.1钾系亚熔盐法铬盐清洁生产工艺全流程143
2.5.2典型过程装备设计、选型与应用145
2.6万吨/年铬化工清洁生产产业化示范工程及推广应用148
2.6.1示范工程概况148
2.6.2装置生产运行情况149
参考文献152
3氧化铝行业清洁生产技术与资源综合利用
3.1氧化铝行业清洁生产技术研究背景和意义160
3.2我国特色大宗难处理铝土矿资源转化的亚熔盐清洁工艺创新162
3.2.1集成工艺创新原理162
3.2.2亚熔盐介质强化溶出低品位一水硬铝石矿技术164
3.2.3中间产品高效结晶技术173
3.2.4高浓度铝酸钠溶液蒸发技术176
3.2.5亚熔盐处理铝土矿生产氧化铝万吨级示范工程180
3.3大宗赤泥固废的源头污染控制集成技术187
3.3.1拜耳法赤泥中物相的转化规律187
3.3.2铝硅高效分离技术192
3.3.3碱高效回收技术199
3.3.4赤泥综合利用技术200
3.4高铝粉煤灰亚熔盐高活性介质低温溶出关键技术203
3.4.1高铝粉煤灰提取氧化铝技术研究进展205
3.4.2高铝粉煤灰提铝及多组分综合利用技术介绍209
3.4.3亚熔盐法处理高铝粉煤灰的反应热力学分析211
3.4.4亚熔盐法处理高铝粉煤灰稀碱预脱硅工艺215
3.4.5亚熔盐法处理高铝粉煤灰溶出工艺219
3.4.6亚熔盐法处理高铝粉煤灰铝酸钠结晶工艺227
3.4.7亚熔盐法处理高铝粉煤灰脱硫排盐工艺232
3.4.8核心反应器的研制与优化设计239
3.4.9粉煤灰提取氧化铝万吨级示范工程246
参考文献251
4钛白行业的清洁生产技术
4.1钛白行业的技术发展现状分析260
4.1.1硫酸法260
4.1.2氯化法260
4.1.3盐酸法261
4.2亚熔盐分解钛资源的高效反应技术263
4.2.1KOH亚熔盐-钛铁矿/二氧化钛反应体系264
4.2.2NaOH亚熔盐-钛渣反应体系270
4.3分离纯化及钛白产品工程279
4.3.1分离纯化279
4.3.2煅烧285
4.3.3包覆290
4.4酸/碱介质循环回用技术293
4.4.1碱介质循环回用技术293
4.4.2酸介质循环295
4.5千吨级示范工程放大及系统集成298
4.5.1亚熔盐反应工序298
4.5.2离子交换、洗涤工序299
4.5.3钛液制备、精制及水解工序300
4.5.4偏钛酸洗涤、盐处理、煅烧工序301
4.5.5碱介质循环工序302
4.6小结303
参考文献303
5稀有金属铌、钽的清洁工艺技术
5.1铌钽行业的技术发展现状分析308
5.1.1铌和钽的性质与应用308
5.1.2铌钽资源状况309
5.1.3铌钽资源主要分解方法311
5.1.4铌和钽的主要分离方法315
5.1.5未来发展趋势317
5.2铌钽资源亚熔盐高效清洁分解反应技术318
5.2.1Nb2O5和Ta2O5在氢氧化钾亚熔盐中的溶解行为319
5.2.2铌钽原料在氢氧化钾亚熔盐中的宏观浸出动力学325
5.2.3铌钽铁矿氢氧化钾亚熔盐浸出工艺研究334
5.2.4机械活化强化铌钽矿氢氧化钾亚熔盐浸出工艺335
5.2.5结论341
5.3铌钽酸盐低酸度转型与分离技术341
5.3.1六铌(钽)酸钾结晶分离工艺342
5.3.2低浓度氢氟酸体系中MIBK萃取分离铌钽研究346
5.3.3结论354
5.4铌钽资源伴生组分综合利用355
5.4.1实验原料与方法358
5.4.2实验结果359
5.4.3结论367
5.5铌钽亚熔盐清洁工艺系统集成与应用前景367
5.5.1铌钽资源KOH亚熔盐清洁分解工艺流程367
5.5.2水合铌钽氧化物低酸萃取分离工艺流程369
5.5.3铌钽亚熔盐清洁生产工艺应用前景370
参考文献370
6钒渣亚熔盐法钒铬高效提取分离技术
6.1概述378
6.1.1传统钒渣提钒技术379
6.1.2亚熔盐介质强化溶出技术382
6.2亚熔盐法钒渣钒铬高效同步提取技术383
6.2.1钒渣颗粒矿物解析383
6.2.2钾系亚熔盐法钒渣处理新技术384
6.2.3钠系亚熔盐法钒渣提钒技术390
6.2.4钠系和钾系亚熔盐钒渣生产技术对比394
6.3钠系亚熔盐外场强化技术394
6.3.1化学场强化394
6.3.2电化学场强化401
6.3.3流场强化407
6.3.4添加活性剂强化409
6.3.5不同强化方法的比较412
6.4钒铬清洁相分离技术413
6.4.1钒酸钾的分离413
6.4.2钒酸钠的分离427
6.4.3铬酸钠的分离442
6.5钒酸盐的阳离子解离及碱介质循环447
6.5.1阳离子解离方法447
6.5.2钒酸盐钙化工艺448
6.5.3钒酸钙碳酸化457
6.5.4钒酸盐电解还原制备钒氧化物464
6.5.5两种阳离子解离方法比较466
6.6钒渣亚熔盐法钒铬共提千吨级示范工程467
6.6.1钒渣亚熔盐法钒铬共提工艺流程467
6.6.2千吨级示范工程现场467
参考文献469
7工业固废资源化利用
7.1亚熔盐法处理高铝粉煤灰联产硅酸钙保温材料利用技术472
7.1.1硅酸钠钙结构研究472
7.1.2硅酸钙类物质473
7.1.3硅酸钠钙分解影响因素研究475
7.1.4硅酸钙保温材料综合利用484
7.2高铝粉煤灰制备莫来石联产白炭黑综合利用技术487
7.2.1高铝粉煤灰制备铝硅耐火材料技术进展488
7.2.2高铝粉煤灰的矿相构成与组成分析研究490
7.2.3预脱硅反应过程工艺优化与机理研究492
7.2.4深度脱硅工艺研究与机理分析500
7.2.5莫来石制备与物性调控过程505
7.2.6高铝粉煤灰脱硅溶液制备白炭黑工艺509
7.2.7高铝粉煤灰制备莫来石联产白炭黑过程集成与工程示范513
7.2.8总结514
参考文献514
8过程制造业绿色化升级转型技术路线图预测
参考文献523