張漢泉，路漫漫，付金濤

（武漢工程大學(xué) 資源與土木工程學(xué)院，湖北 武漢 430073）

鉻渣是一種強(qiáng)毒性的危險(xiǎn)廢棄物。鉻渣中含有水溶性和酸溶性的Cr（Ⅵ），對(duì)人、畜及農(nóng)作物都具有極大的危害［1-3］。鉻渣隨意丟棄會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，并且也是一種資源浪費(fèi)。因此，鉻渣的處理和綜合利用是急需解決的環(huán)境問(wèn)題［4］。

目前，國(guó)內(nèi)外處理鉻渣的方法有六大類：酸性還原法、堿性還原法、碳還原法、干式還原法、微生物解毒法和固化-穩(wěn)定化處理法［5-6］。近年來(lái)，降低能耗、以廢治廢，成為處理處置鉻渣的發(fā)展方向［7］。

本工作采用干式還原法在多級(jí)還原焙燒爐中處理鉻渣，最終產(chǎn)物為高品位鐵精砂及無(wú)毒鉻渣，是鉻渣無(wú)害化、資源化處理的有效途徑。

1 干式還原法處理鉻渣的機(jī)理

將過(guò)量的煤粉與鉻渣混合，在多級(jí)還原焙燒爐中于高溫條件下，煤粉與O2發(fā)生反應(yīng)生成CO，CO和未反應(yīng)完的煤粉與鉻渣中的Na2CrO4和CaCrO4發(fā)生還原反應(yīng)［8］，將有毒的Cr（Ⅵ）還原為無(wú)毒的Cr（Ⅲ）。主要反應(yīng)如下［9］。

2 干式還原法處理鉻渣的工藝過(guò)程及參數(shù)

干式還原法處理鉻渣的工藝流程見(jiàn)圖1。干式還原法處理鉻渣的工藝參數(shù)見(jiàn)表1。

將粒徑為0.05～1.00 mm、含濕量小于等于15%（w）的鉻渣與粒徑小于3 mm的煤粉充分混合，煤粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%～3%。在密閉條件下，通過(guò)給料器均勻送入多級(jí)還原焙燒爐中，完成如下過(guò)程［10-11］。

1）脫水干燥。脫水干燥主要發(fā)生在焙燒爐第一層，物料在外力的作用下不停翻動(dòng)，保持無(wú)氧或微量氧狀態(tài)，在250～300 ℃條件下脫水干燥5～10 min。

圖1 干式還原法處理鉻渣的工藝流程

表1 干式還原法處理鉻渣的工藝參數(shù)

2）預(yù)熱、焙燒。預(yù)熱主要發(fā)生在焙燒爐第二層和第三層。脫水干燥后的物料在翻動(dòng)狀態(tài)下，在由焙燒層排出的CO氣氛中，于350～500 ℃條件下，預(yù)熱10～15 min；預(yù)熱后的物料在翻動(dòng)狀態(tài)下，于500～700 ℃下焙燒20～40 min；于700～900 ℃下繼續(xù)保溫，焙燒和保溫主要發(fā)生在第四層至第八層。

3）冷卻。焙燒后的物料在第九層至第十層中降溫，保持CO氣氛，利用余熱繼續(xù)發(fā)生還原反應(yīng)，然后冷卻。

4）冷卻后的物料溫度仍達(dá)200～300 ℃，在料封和水封的雙重保護(hù)下排入水池淬冷，以避免被重新氧化。

5）對(duì)淬冷后的物料進(jìn)行擦磨，擦磨后的物料進(jìn)入磁選設(shè)備中進(jìn)行磁分離，得到鐵精砂和處理后鉻渣。

3 應(yīng)用試驗(yàn)

采用3種鉻渣作為原料進(jìn)行應(yīng)用試驗(yàn)。試樣1：粒徑小于1 mm，Cr（Ⅵ）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.09%，鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28.5%；試樣2：粒徑小于0.5 mm，Cr（Ⅵ）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.78%，鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32.5%；試樣3：粒徑小于1 mm，Cr（Ⅵ）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.68%，鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.5%。3種鉻渣試樣的多級(jí)還原焙燒工藝條件及產(chǎn)品品質(zhì)見(jiàn)表2。

由表2可見(jiàn)，3種鉻渣試樣經(jīng)多級(jí)還原焙燒—磁分離后，鉻渣中的Cr（Ⅵ）質(zhì)量濃度為0.05～0.18 mg/L，低于HJ/T301—2007標(biāo)準(zhǔn)中的要求（0.50 mg/L）［12］，可作為建材原料加以利用。磁分離得到的鐵精砂產(chǎn)品中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于50%（采用GB/T 6730.5—2007標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定［13］），鐵回收率大于70%。目前設(shè)計(jì)的多級(jí)還原焙燒爐單爐處理鉻渣能力為150 kt/a，標(biāo)煤消耗為35 kg/t，處理成本約為60元/t。

表2 3種鉻渣試樣的多級(jí)還原焙燒工藝條件及產(chǎn)品品質(zhì)

4 結(jié)論

a）在多級(jí)還原焙燒爐中于高溫條件下，將過(guò)量的煤粉和鉻渣混合與O2反應(yīng)后，經(jīng)冷卻、擦磨、磁分離后可得到鐵精砂和處理后鉻渣。3種鉻渣試樣經(jīng)多級(jí)還原焙燒—磁分離后，鉻渣中的Cr（Ⅵ）質(zhì)量濃度為0.05～0.18 mg/L，低于HJ/T301—2007標(biāo)準(zhǔn)中的要求（0.50 mg/L），可作為建材原料加以利用。磁分離得到的鐵精砂產(chǎn)品中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于50%，鐵回收率大于70%。

b） 目前設(shè)計(jì)的多級(jí)還原焙燒爐單爐處理鉻渣能力為150 kt/a，標(biāo)煤消耗為35 kg/t，處理成本約為60元/t。

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