干式還原法處理鉻渣的機理及應用

張漢泉，路漫漫，付金濤

（武漢工程大學 資源與土木工程學院，湖北 武漢 430073）

鉻渣是一種強毒性的危險廢棄物。鉻渣中含有水溶性和酸溶性的Cr（Ⅵ），對人、畜及農作物都具有極大的危害［1-3］。鉻渣隨意丟棄會對周圍環境造成嚴重的污染，并且也是一種資源浪費。因此，鉻渣的處理和綜合利用是急需解決的環境問題［4］。

目前，國內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-穩定化處理法［5-6］。近年來，降低能耗、以廢治廢，成為處理處置鉻渣的發展方向［7］。

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

1 干式還原法處理鉻渣的機理

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

2 干式還原法處理鉻渣的工藝過程及參數

干式還原法處理鉻渣的工藝流程見圖1。干式還原法處理鉻渣的工藝參數見表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，煤粉質量分數為2%～3%。在密閉條件下，通過給料器均勻送入多級還原焙燒爐中，完成如下過程［10-11］。

1）脫水干燥。脫水干燥主要發生在焙燒爐第一層，物料在外力的作用下不停翻動，保持無氧或微量氧狀態，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

2）預熱、焙燒。預熱主要發生在焙燒爐第二層和第三層。脫水干燥后的物料在翻動狀態下，在由焙燒層排出的CO氣氛中，于350～500 ℃條件下，預熱10～15 min；預熱后的物料在翻動狀態下，于500～700 ℃下焙燒20～40 min；于700～900 ℃下繼續保溫，焙燒和保溫主要發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，利用余熱繼續發生還原反應，然后冷卻。

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

5）對淬冷后的物料進行擦磨，擦磨后的物料進入磁選設備中進行磁分離，得到鐵精砂和處理后鉻渣。

3 應用試驗

采用3種鉻渣作為原料進行應用試驗。試樣1：粒徑小于1 mm，Cr（Ⅵ）質量分數為2.09%，鐵質量分數為28.5%；試樣2：粒徑小于0.5 mm，Cr（Ⅵ）質量分數為1.78%，鐵質量分數為32.5%；試樣3：粒徑小于1 mm，Cr（Ⅵ）質量分數為1.68%，鐵質量分數為12.5%。3種鉻渣試樣的多級還原焙燒工藝條件及產品品質見表2。

由表2可見，3種鉻渣試樣經多級還原焙燒—磁分離后，鉻渣中的Cr（Ⅵ）質量濃度為0.05～0.18 mg/L，低于HJ/T301—2007標準中的要求（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品中鐵的質量分數大于50%（采用GB/T 6730.5—2007標準方法測定［13］），鐵回收率大于70%。目前設計的多級還原焙燒爐單爐處理鉻渣能力為150 kt/a，標煤消耗為35 kg/t，處理成本約為60元/t。

表2 3種鉻渣試樣的多級還原焙燒工藝條件及產品品質

4 結論

a）在多級還原焙燒爐中于高溫條件下，將過量的煤粉和鉻渣混合與O2反應后，經冷卻、擦磨、磁分離后可得到鐵精砂和處理后鉻渣。3種鉻渣試樣經多級還原焙燒—磁分離后，鉻渣中的Cr（Ⅵ）質量濃度為0.05～0.18 mg/L，低于HJ/T301—2007標準中的要求（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品中鐵的質量分數大于50%，鐵回收率大于70%。

b） 目前設計的多級還原焙燒爐單爐處理鉻渣能力為150 kt/a，標煤消耗為35 kg/t，處理成本約為60元/t。

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［13］ 中鋼集團馬鞍山礦山研究院. GB/T 6730.5—2007鐵礦石 全鐵含量的測定 三氯化鈦還原法［S］. 北京：中國標準出版社，2007.