鉻鐵合金含鉻粉塵中鉻資源化利用試驗(yàn)研究

諶 戡，李 聰，顧建強(qiáng)，何小芬，田志強(qiáng)

(1.四川久遠(yuǎn)環(huán)境技術(shù)有限公司，四川 綿陽 621000； 2.四川銀河科城環(huán)保有限責(zé)任公司，四川 綿陽 621000)

前 言

鉻鐵合金生產(chǎn)企業(yè)在原料粉碎及煅燒過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的含鉻化合物粉塵。該粉塵屬于《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄2021》中HW21含鉻廢物，廢物代碼：314-002-21。該含鉻粉塵對(duì)人體有毒害作用主要對(duì)皮膚及呼吸器官的損害，當(dāng)含鉻粉塵隨風(fēng)飄散到農(nóng)田內(nèi)，會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)生不同程度的枯萎或死亡[1]。對(duì)于生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含鉻粉塵，企業(yè)通常采取維持生產(chǎn)設(shè)施負(fù)壓和機(jī)械除塵裝置的方式進(jìn)行防治[2]。目前收集的含鉻粉塵常采用直接循環(huán)回收或固化/穩(wěn)定化工藝生產(chǎn)水泥或黏土磚進(jìn)行最終的處置[3]。直接循環(huán)回收可將粉塵中的有價(jià)金屬直接回收利用，但含鉻粉塵中含有揮發(fā)性物質(zhì)，這類物質(zhì)會(huì)在煙道中循環(huán)富集，導(dǎo)致尾氣管損壞或堵塞，從而影響企業(yè)生產(chǎn)；固化/穩(wěn)定化工藝具有運(yùn)輸費(fèi)用低，二次污染少，資金投入低等優(yōu)點(diǎn)，但含鉻粉塵中含有約15%～30%的Cr2O3和0.1%～0.5%的六價(jià)鉻，采用該方法處置，粉塵中的鉻并未得到資源化利用，而我國(guó)是鉻礦產(chǎn)資源嚴(yán)重短缺的國(guó)家，因此固化/穩(wěn)定化工藝將造成鉻資源的浪費(fèi)。

為解決鉻鐵合金含鉻粉塵處置過程中存在的鉻資源浪費(fèi)問題，以鉻鐵礦無鈣焙燒工藝為理論基礎(chǔ)[4-5]，采用“氧化焙燒+中性液真空多級(jí)洗滌”方法回收含鉻粉塵中鉻，通過分析總鉻回收率以及分離出的鉻渣中總鉻含量評(píng)判含鉻粉塵中鉻回收效果。在試驗(yàn)過程中探究不同提鉻返渣投加量、純堿投加量、反應(yīng)溫度對(duì)含鉻粉塵中鉻回收效果的影響，為鉻鐵合金含鉻粉塵中鉻資源化利用提供一定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)所用含鉻粉塵來源于福建某特殊鋼材廠，成份指標(biāo)見表1。碳酸鈉、氫氧化鈉購于天津大茂化學(xué)試劑廠，提鉻返渣來源于四川某化學(xué)公司。

表1 含鉻粉塵成份指標(biāo) Tab.1 Composition index of chromium containing dust (%)

1.2 試驗(yàn)方法

按配比稱取含鉻粉塵、純堿、提鉻返渣，充分?jǐn)嚢璧玫缴?；將生料送至高溫爐內(nèi)煅燒，控制燒成段溫度，煅燒2h，獲得熟料；將熟料進(jìn)行濕法研磨至粒徑約100目；將研磨后的熟料采用等量中性液真空多級(jí)洗滌，經(jīng)固液分離后取樣分析，根據(jù)總鉻回收率、處理后鉻渣總鉻含量獲得最佳處理?xiàng)l件。

1.3 分析方法

六價(jià)鉻按照《固體廢物六價(jià)鉻的測(cè)定二苯碳酰二肼分光光度法》進(jìn)行測(cè)定，總鉻按照《固體廢物總鉻的測(cè)定火焰原子吸收分光光度法》進(jìn)行測(cè)定，浸出液總鉻按照《固體廢物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 提鉻返渣投加量影響

將含鉻粉塵、純堿、提鉻返渣按表2進(jìn)行配比，燒成帶溫度1 000℃，煅燒時(shí)間2h，研磨粒徑100目，濾液中鉻酸鈉的濃度控制在200g/L左右，試驗(yàn)效果見圖1。

表2 不同提鉻返渣投加量的生料配比Tab.2 Ratio of raw meal with different dosage of chromium recovery slag (%)

圖1 不同提鉻返渣投加量下鉻回收效果對(duì)比Fig.1 Comparison of chromium recovery effect under different dosage of chromium recovery slag

由圖1可知，當(dāng)提鉻返渣投加量從10%增加到25%時(shí)，總鉻回收率增加明顯，處理后鉻渣中總鉻含量降低明顯；當(dāng)提鉻返渣投加量大于20%時(shí)，總鉻回收率大于70%，處理后鉻渣中總鉻含量低于5%；當(dāng)提鉻返渣投加量從25%增加到30%時(shí)，總鉻回收率和處理后鉻渣中總鉻含量變化不大；分析其原因，提鉻返渣的投加可降低物料的熔鹽量，增加物料的疏松度，利于氧化反應(yīng)，但提鉻返渣中總鉻含量為7%～9%，從表2可知，生料中總鉻含量隨著提鉻返渣投加量增加而降低，經(jīng)濟(jì)效益也將逐漸降低；因此提鉻返渣最佳投加量為20%～25%。

2.2 純堿投加量影響

將含鉻粉塵、純堿、提鉻返渣按表3進(jìn)行配比，燒成帶溫度1 000℃，煅燒時(shí)間2h，研磨粒徑100目，濾液中鉻酸鈉的濃度控制在200g/L左右，試驗(yàn)效果見圖2。

表3 不同純堿投加量的生料配比Tab.3 Raw meal ratio of different soda dosage (%)

圖2 不同純堿投加量下鉻回收效果對(duì)比Fig.2 Comparison of chromium recovery effect under different dosage of soda ash

由圖2可知，當(dāng)純堿投加量從10%增加到25%時(shí)，總鉻回收率增加明顯，處理后鉻渣中總鉻含量降低明顯；當(dāng)純堿投加量大于20%時(shí)，總鉻回收率大于70%，處理后鉻渣中總鉻含量低于5%；當(dāng)純堿投加量從25%增加到30%時(shí)，總鉻回收率和處理后鉻渣中總鉻含量變化不大；分析其原因，純堿作為鉻回收氧化反應(yīng)的重要物料，總鉻回收率隨其投加量增加而增加，當(dāng)投加量過大時(shí)，將造成窯內(nèi)掛壁、爐瘤或結(jié)圈，從而影響氧化反應(yīng)；因此純堿最佳投加量為20%～25%。

2.3 反應(yīng)溫度影響

生料按純堿∶提鉻返渣∶含鉻粉塵=20%∶20%∶60%進(jìn)行配比，燒成帶溫度分別控制在900℃、1 000℃、1 100℃、1 200℃、1 300℃，煅燒時(shí)間2h，研磨粒徑100目，濾液中鉻酸鈉的濃度控制在200g/L左右，試驗(yàn)效果見圖3。

圖3 不同反應(yīng)溫度下鉻回收效果對(duì)比Fig.3 Comparison of chromium recovery effect under different reaction temperatures

由圖3可知，當(dāng)反應(yīng)溫度從900℃增加到1 200℃時(shí)，總鉻回收率增加明顯，處理后鉻渣中總鉻含量降低明顯；當(dāng)反應(yīng)溫度大于1 000℃時(shí)，總鉻回收率大于70%，處理后鉻渣中總鉻含量低于5%；當(dāng)反應(yīng)溫度從1 200℃升高到1 300℃時(shí)，總鉻回收率降低，處理后鉻渣中總鉻含量升高；分析其原因，當(dāng)溫度從1 200℃升高到1 300℃，在高溫條件下，熟料板結(jié)不利于后期水浸溶出，回收率將降低，因此最佳反應(yīng)溫度為1 000～1 200℃。

3 結(jié) 論

3.1 當(dāng)純堿投加量為20%，提鉻返渣投加量從10%逐漸增加至30%，余量為含鉻粉塵，總鉻回收率隨著提鉻返渣投加量增加而增大，鉻渣中總鉻含量隨提鉻返渣投加量增加而降低，當(dāng)提鉻返渣投加量大于20%時(shí)，總鉻回收率大于70%，處理后鉻渣中總鉻含量低于5%，當(dāng)提鉻返渣投加量大于25%時(shí)，總鉻回收率和鉻渣中總鉻含量變化不大。

3.2 當(dāng)提鉻返渣投加量為20%，純堿投加量從10%逐漸增加至30%，余量為含鉻粉塵，總鉻回收率隨著純堿投加量增加而增大，鉻渣中總鉻含量隨純堿投加量增加而降低，當(dāng)純堿投加量大于20%時(shí)，總鉻回收率大于70%，處理后鉻渣中總鉻含量低于5%，當(dāng)純堿投加量大于25%時(shí)，總鉻回收率和處理后鉻渣中總鉻含量變化不大。

3.3 當(dāng)生料按純堿∶提鉻返渣∶含鉻粉塵=20%∶20%∶60%進(jìn)行配比，燒成帶溫度從900℃增至1 300℃，總鉻回收率隨著溫度增加而增大，處理后鉻渣中總鉻含量隨穩(wěn)定增加而降低，當(dāng)溫度大于1 200℃時(shí)，總鉻回收率逐漸降低，處理后鉻渣中總鉻含量逐漸增加。

3.4 綜合考慮處理效果及運(yùn)行成本，確定提鉻返渣最佳投加量20%～25%；純堿最佳投加量20%～25%；反應(yīng)最佳溫度為1 000～1 200℃，處理后總鉻回收率達(dá)70%以上，分離出的鉻渣中總鉻含量低于5%。從處理效果來看，采用“高溫氧化+中性液真空多級(jí)洗滌”方法對(duì)含鉻粉塵進(jìn)行處理，能夠?qū)崿F(xiàn)含鉻粉塵中鉻資源化利用，對(duì)于降低含鉻粉塵的存量及緩解鉻資源短缺具有重要的意義。