氧化焙烧铬渣的浸出提铬工艺研究

师亚茹，苏 毅，向 鹏，张团慧

(昆明理工大学 化学工程学院，云南 昆明650500)

铬渣是一种非常危险的固体废弃物，由于它含有水溶性铬酸钠、酸溶性铬酸钙等有毒性六价铬化合物，因而会对生态环境造成巨大污染[1-3]。含六价铬的化合物具有强氧化性，与人体接触后会对人体皮肤和消化道产生强烈刺激性，引起皮炎等疾病，还可能导致皮肤过敏、肺癌等疾病，世界卫生组织已将六价铬化合物认定为致癌物质[4-5]。我国的铬盐及相关应用产业发展迅速，2000年铬盐产量就跃居全球第一，2007年至今的年产量多在30万～40万t，大约占全球产量的40%[6-15]。随着铬盐产业的壮大，铬盐生产及应用过程中的铬渣排放量也迅速增大。如何处理铬渣，怎样做到资源的循环利用引起了越来越多的企业和学者的重视。

作者重点研究了电镀铬渣氧化焙烧后铬渣的浸出提铬工艺，以期达到解毒铬渣和资源化利用铬的目的。

1 实验部分

1.1 实验原料

实验所用原料为云南某地电镀铬渣，采用GB/T 15555.8—1995固体废物总铬的测定硫酸亚铁铵滴定法分析铬渣中w(铬)＝6.07%。根据全元素分析结果可知铬渣中主要含有O、Ca、Zn、Fe、Cr、Si、Cu、S、Ni、Al和P等元素。

1.2 实验方法

将25 g铬渣与10 g碳酸钠和15 g硝酸钠研磨混合，装入陶瓷坩埚中，在高温箱式炉中高温煅烧，然后将冷却的焙烧渣碾磨、混合均匀，用水浸出，经过滤、洗涤并干燥至质量恒定，称量并研磨，分析其铬含量。

2 结果与讨论

在高温、碱性条件下，铬渣经氧化焙烧，可使难溶于水的Cr2O3氧化为溶于水的Cr O2－4，经水浸出进入水相，可制备铬产品，达到解毒铬渣和资源化利用铬的目的。

2.1 浸出液中ρ(碳酸钠)对铬浸出率的影响

碳酸钠浸出液浓度对铬浸出率影响的实验研究结果见图1。反应条件:V(浸出液)＝100 m L，浸出时间为2 h，浸出温度80℃，搅拌速度为300 r/min，用水洗涤三次(30 m L/次)，干燥滤渣至质量恒定。

由图1可知，随着浸出液中ρ(碳酸钠)的增加，铬浸出率呈现先减后增再减的趋势。当浸出液中不含碳酸钠时，铬浸出率达到最高，为92.17%。又由于实验原料在焙烧时已加入一定量的碳酸钠，浸出液中再加入碳酸钠反而不利于铬浸出。所以，根据研究结果直接用水做浸出液。

图1 浸出液中ρ(碳酸钠)对铬浸出率的影响

2.2 液固比对铬浸出率的影响

液固比对铬浸出率影响的实验研究结果见图2，反应条件:用水浸出，浸出时间为2 h，浸出温度80℃，搅拌速度为300 r/min，用水洗涤三次(30 m L/次)，干燥滤渣至质量恒定。

图2 液固比对铬浸出率的影响

由图2可知，随着液固比的增加，铬的浸出率呈现出先增大后趋于平稳的趋势。当液固比从3∶1增加到4∶1时，铬浸出率由85.21%上升到90.62%，上升了5.41%。当液固比继续增加到6∶1时，铬浸出率达到最大值91.24%，之后再增大液固比，铬浸出率反而略有下降，但变化不大，趋于稳定。这主要是因为随着液固比的增加，浸出液的量逐渐增加，这既可提高铬酸盐在浸出液中的溶解度，也可增加固相中铬酸盐的溶出驱动力，促进浸出过程的顺利进行，从而提高浸出率;然而当液固比达到一定比例后，液固间的溶解过程达到平衡，此时再改变液固相比，对浸出过程就影响不大了。根据研究结果，选取液固比6∶1为优化工艺条件。

2.3 浸出温度对铬浸出率的影响

浸出温度对铬浸出率影响的实验研究结果见图3。反应条件:用水浸出，V(浸出液)＝150 m L，浸出时间为2 h，搅拌速度为300 r/min，用水洗涤三次(30 m L/次)，干燥滤渣至质量恒定。

图3 浸出温度对铬浸出率的影响

由图3可知，随着浸出温度的升高，铬渣浸出率呈现出先大幅增加后较大幅度的波动趋势。当浸出温度从40℃升高到60℃时，铬浸出率由75.09%提高到89.29%，浸出率有较大幅度的升高，当温度继续升高到80℃时，铬浸出率达到90.27%的最大值。从总的趋势看，提高温度，可提高铬酸盐的溶解度和化学反应速度，促进反应物和生成物在液固相间的传质过程，有利于浸出过程的顺利进行，但温度过高，浸出液挥发加剧，导致浸出液减少，不利于铬酸盐的溶解和铬的浸出。综合考虑实验研究结果，选取浸出温度80℃为优化工艺条件。

2.4 浸出时间对铬浸出率的影响

浸出时间对铬浸出率影响的实验研究结果见图4。反应条件:用水浸出，V(浸出液)＝150 m L，液固比为6∶1 L/g，浸出温度为80℃，搅拌速度为300 r/min，用水洗涤三次(30 m L/次)，干燥滤渣至质量恒定。

由图4可知，随着浸出时间的增加，铬浸出率呈现先平缓增加再减小的变化趋势。当浸出时间从0.5 h增加到2.0 h时，铬浸出率由88.00%增加到89.75%，之后随着浸出时间增加到2.5 h和3.0 h时，铬浸出率分别下降到88.49%和85.21%。由实验研究结果可知，在浸出时间为0.5～2.5 h，随着浸出时间的变化，铬浸出率的变化幅度都不大，维持在约89%。因此，选取浸出时间2 h为优化工艺条件。

图4 浸出时间对铬浸出率的影响

2.5 搅拌速度对铬浸出率的影响

搅拌器转速对铬浸出率影响的实验研究结果见图5。反应条件:用蒸馏水浸出，V(浸出液)＝150 m L，浸出时间为2 h，浸出温度为80℃，浸出时间为2 h，用水洗涤三次(30 m L/次)，干燥滤渣至质量恒定。

图5 搅拌速度对铬渣浸出率的影响

由图5可知，随着搅拌速度不断提高，铬浸出率总的呈现出先增大后略有减小的变化趋势。当搅拌器转速从150 r/min增大到300 r/min时，铬浸出率由84.55%上升到93.94%，浸出率有较大幅度的增加，但当搅拌速度由300 r/min增加到350 r/min时，铬浸出率又呈现减小的趋势，由93.94%降至91.98%，但下降幅度不大，之后继续增加转速至400 r/min时，铬浸出率趋于稳定。铬渣浸出是一个固液多相反应和传递过程，加强搅拌能减小扩散层的厚度，加快水与物料颗粒间反应物和生成物的传质速度，提高溶解速率和浸出转化率。根据实验研究结果，选取搅拌速度300 r/min为优化工艺条件。

3 结 论

(1)采用硝酸钠、碳酸钠和电镀铬渣混合均匀后高温煅烧，用水浸出渣中铬的方法是可行的，研究表明铬的浸出率可达93.94%;

(2)浸出阶段的最佳工艺条件为用水浸出，液固比为6∶1 L/g，浸出时间为2 h，浸出温度为80℃，浸出时间为2h，转速为300 r/min。

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