干式还原法处理铬渣的机理及应用

张汉泉，路漫漫，付金涛

（武汉工程大学 资源与土木工程学院，湖北 武汉 430073）

铬渣是一种强毒性的危险废弃物。铬渣中含有水溶性和酸溶性的Cr（Ⅵ），对人、畜及农作物都具有极大的危害［1-3］。铬渣随意丢弃会对周围环境造成严重的污染，并且也是一种资源浪费。因此，铬渣的处理和综合利用是急需解决的环境问题［4］。

目前，国内外处理铬渣的方法有六大类：酸性还原法、碱性还原法、碳还原法、干式还原法、微生物解毒法和固化-稳定化处理法［5-6］。近年来，降低能耗、以废治废，成为处理处置铬渣的发展方向［7］。

本工作采用干式还原法在多级还原焙烧炉中处理铬渣，最终产物为高品位铁精砂及无毒铬渣，是铬渣无害化、资源化处理的有效途径。

1 干式还原法处理铬渣的机理

将过量的煤粉与铬渣混合，在多级还原焙烧炉中于高温条件下，煤粉与O2发生反应生成CO，CO和未反应完的煤粉与铬渣中的Na2CrO4和CaCrO4发生还原反应［8］，将有毒的Cr（Ⅵ）还原为无毒的Cr（Ⅲ）。主要反应如下［9］。

2 干式还原法处理铬渣的工艺过程及参数

干式还原法处理铬渣的工艺流程见图1。干式还原法处理铬渣的工艺参数见表1。

将粒径为0.05～1.00 mm、含湿量小于等于15%（w）的铬渣与粒径小于3 mm的煤粉充分混合，煤粉质量分数为2%～3%。在密闭条件下，通过给料器均匀送入多级还原焙烧炉中，完成如下过程［10-11］。

1）脱水干燥。脱水干燥主要发生在焙烧炉第一层，物料在外力的作用下不停翻动，保持无氧或微量氧状态，在250～300 ℃条件下脱水干燥5～10 min。

图1 干式还原法处理铬渣的工艺流程

表1 干式还原法处理铬渣的工艺参数

2）预热、焙烧。预热主要发生在焙烧炉第二层和第三层。脱水干燥后的物料在翻动状态下，在由焙烧层排出的CO气氛中，于350～500 ℃条件下，预热10～15 min；预热后的物料在翻动状态下，于500～700 ℃下焙烧20～40 min；于700～900 ℃下继续保温，焙烧和保温主要发生在第四层至第八层。

3）冷却。焙烧后的物料在第九层至第十层中降温，保持CO气氛，利用余热继续发生还原反应，然后冷却。

4）冷却后的物料温度仍达200～300 ℃，在料封和水封的双重保护下排入水池淬冷，以避免被重新氧化。

5）对淬冷后的物料进行擦磨，擦磨后的物料进入磁选设备中进行磁分离，得到铁精砂和处理后铬渣。

3 应用试验

采用3种铬渣作为原料进行应用试验。试样1：粒径小于1 mm，Cr（Ⅵ）质量分数为2.09%，铁质量分数为28.5%；试样2：粒径小于0.5 mm，Cr（Ⅵ）质量分数为1.78%，铁质量分数为32.5%；试样3：粒径小于1 mm，Cr（Ⅵ）质量分数为1.68%，铁质量分数为12.5%。3种铬渣试样的多级还原焙烧工艺条件及产品品质见表2。

由表2可见，3种铬渣试样经多级还原焙烧—磁分离后，铬渣中的Cr（Ⅵ）质量浓度为0.05～0.18 mg/L，低于HJ/T301—2007标准中的要求（0.50 mg/L）［12］，可作为建材原料加以利用。磁分离得到的铁精砂产品中铁的质量分数大于50%（采用GB/T 6730.5—2007标准方法测定［13］），铁回收率大于70%。目前设计的多级还原焙烧炉单炉处理铬渣能力为150 kt/a，标煤消耗为35 kg/t，处理成本约为60元/t。

表2 3种铬渣试样的多级还原焙烧工艺条件及产品品质

4 结论

a）在多级还原焙烧炉中于高温条件下，将过量的煤粉和铬渣混合与O2反应后，经冷却、擦磨、磁分离后可得到铁精砂和处理后铬渣。3种铬渣试样经多级还原焙烧—磁分离后，铬渣中的Cr（Ⅵ）质量浓度为0.05～0.18 mg/L，低于HJ/T301—2007标准中的要求（0.50 mg/L），可作为建材原料加以利用。磁分离得到的铁精砂产品中铁的质量分数大于50%，铁回收率大于70%。

b） 目前设计的多级还原焙烧炉单炉处理铬渣能力为150 kt/a，标煤消耗为35 kg/t，处理成本约为60元/t。

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［12］ 中国环境科学研究院固体废物污染控制技术研究所，HJ/T301—2007铬渣污染治理环境保护技术规范（暂行）［S］. 北京：中国环境科学出版社，2007.

［13］ 中钢集团马鞍山矿山研究院. GB/T 6730.5—2007铁矿石 全铁含量的测定 三氯化钛还原法［S］. 北京：中国标准出版社，2007.