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提铬硅钙渣回收利用实验研究与生产推广

2022-07-22王正五韦占新张学礼

哈尔滨轴承 2022年2期
关键词:水溶性滤液硫酸

王正五,韦占新,张 浩,张学礼

(承德建龙特殊钢有限公司,河北 承德 067000)

1 前言

我公司钒厂以钒渣为原料采用钠化焙烧、水浸、酸性铵盐沉钒工艺进行生产。钠化焙烧过程中,钒渣的三价铬在氧化气氛下部分转化为水溶性的六价铬,先后通过水浸、酸性铵盐沉钒工艺,水溶性的六价铬进入废水中。由于六价铬有毒性,流入环境中将造成严重污染,工业处理中使用还原剂还原、中和剂沉淀的方法使水溶性六价铬转化为铬渣。按照钒工业标准,外排水中要求水溶性六价铬低于 0.5 mg/L,因此铬渣中将含有水溶性六价铬[1]。同时,由于铬渣中含有35%~50% 的三氧化二铬,可作为一种二次利用资源,工业生产中是制备铬盐材料的主要原料。

铬盐的应用领域十分广泛,涉及电镀、鞣革、颜料、印染、催化剂、涂料、木材防腐、染料、制药等行业[2]。碱式硫酸铬作为一种工业铬盐,是鞣制皮革过程中必不可少的辅助添加剂。生产碱式硫酸铬的原料主要有铬渣和红钒钠两种。我厂以铬渣为原料生产碱式硫酸铬,分别通过酸浸、高温加压除杂、除铁、过滤、浓缩制粉等工艺制得纯度较高的碱式硫酸铬。其中高温加压除杂过程中将产生硅钙渣,含水率约60%~70%,由于碱式硫酸铬易溶于水,因此除杂过程中不但有 20%~30% 的三氧化二铬进入硅钙渣,同时还会带入少量水溶性的六价铬。这样不仅降低了碱式硫酸铬的回收率,而且水溶性的六价铬也会造成环境污染,影响了硅钙渣在工业上的应用。提铬硅钙渣的主要化学成分见表 1。

表1 硅钙渣成分分析 %

从表中可以看出,硅钙渣成分中 SiO2和Cr2O3含量最高,其中 Cr2O3是以碱式硫酸铬的形式存在的,同时含有微量的水溶性铬(Cr6+)。为合理利用现有资源,变废为宝,打造绿色环保的循环经济,本文主要利用提铬硅钙渣的物理性质进行研究分析,通过实验室试验回收铬资源,同时降低硅钙渣中的有害成分,为工业化应用提供依据。

2 实验部分

2.1 实验试剂和仪器

浓硫酸、液体氢氧化钠、抽滤机系统、10000 mL 烧杯、机械搅拌器。

2.2 实验内容

2.2.1 用工业用水两次水洗硅钙渣

(1)取我厂碱式硫酸铬生产过程中产生的硅钙渣 2 kg,参见图 1。用 5 倍的水洗涤 1 小时,过滤得到滤液 ①和滤渣 ①,参见图 2 和图3;

图1 硅钙渣

图2 一次水洗后硅钙渣(湿基)

图3 一次水洗硅钙渣(干燥)

(2)对滤渣 ①再用 5 倍的水洗涤 1 小时,过滤得到滤液 ② 和滤渣 ②,参见图 4 和图 5。

图4 二次水洗后硅钙渣(湿基)

图5 二次水洗硅钙渣(干燥)

两次水洗硅钙渣化验结果参见表 2 和表 3:

表2 一次水洗硅钙渣成分分析 %

表3 二次水洗硅钙渣成分分析 %

2.2.2 不同 pH 值情况下水洗硅钙渣

(1)取 500 g 硅钙渣,再取 2 500 g 的滤液②,用分析纯硫酸将 pH 值调到 2.0,洗涤 1 小时,过滤得到滤液 ③和滤渣 ③;

(2)对滤渣 ③再用 5 倍的水洗涤 1 小时,过滤得到滤液 ④ 和滤渣 ④;

(3)取 500 g 硅钙渣,取 2 500 g 的滤液②,不调 pH 洗涤 1 小时,过滤得到滤液 ⑤ 和滤渣 ⑤;

(4)对滤渣 ⑤ 再用 5 倍的水洗涤 1 小时,过滤得到滤液 ⑥ 和滤渣 ⑥。

2.2.3 不同 pH 情况下水洗硅钙渣得到的铬液沉淀氢氧化铬

分别取 1 000 mL的滤液 ③和滤液 ⑤,将pH 值调至 7.0,沉淀得氢氧化铬 ①和氢氧化铬②。

2.3 数据统计

数据统计结果参见表 4 和表 5:

表4 硅钙渣和氢氧化铬铬含量

表5 滤液铬含量

2.4 实验结论

铬回收率=(滤液质量*滤液中铬含量)/(硅钙渣质量*(1-硅钙渣含水量)*硅钙渣中铬含量)

(1)用工业水洗涤硅钙渣,一次洗涤后铬回收率为 79.20%,水溶性铬含量符合建筑行业标准;二次洗涤后铬总回收率为 85.9%,水溶性铬含量进一步下降。

一次洗涤后铬回收率:(1.94%*10556)/[ (2000*(1-47.83%)*24.78%]=79.20%;

二次洗涤后铬回收率:(1.94%*10556+0.25%*6930)/[ 2000*(1-47.83%)*24.78%]=85.91%;

(2)用不同 pH 值滤液水洗硅钙渣,随着洗涤液酸性增强,洗涤硅钙渣的效果更好。一次洗涤后硅钙渣铬回收率为 81.18%,二次洗涤后硅钙渣总回收率为 87.38%,与未调节 pH 值滤液水洗硅钙渣相比,铬回收率分别提高 1.44% 和1.51%。

一次洗涤后铬回收率:(1.99%*2637)/[500*24.78%*(1-47.83%)]=81.18%;

二次洗涤后铬回收率:(1.99%*2637+2226*0.18%)/ [500*24.78%*(1-47.83%)]=87.38%;

(3)对滤液 ③和滤液 ⑤ 分别沉淀,生成的氢氧化铬品位均达到了 50% 以上。

3 硅钙渣工业生产

通过硅钙渣洗涤实验结果表明,不但提高了铬回收率,而且洗涤后的硅钙渣水溶性铬含量符合建筑行业标准,有利于企业的可持续发展。图6 为硅钙渣洗涤示意图。

图6 硅钙渣洗涤示意图

4 硅钙渣的用途

4.1 水泥原料

硅钙渣中硅含量较高,可以作为水泥熟料的硅质校正材料。

4.2 制备陶粒

硅钙渣疏松多孔、密度较大,可作为陶瓷的添加料。在烧制过程中不仅可以和陶瓷其他成分融合,还能极大增加陶瓷的强度。

4.3 增强沥青混合料

硅钙渣具有质轻、多孔、相对密度较小,对声、热、电的传导性能极差等物理性能。硅钙渣与沥青的混合,与纯沥青相比,该混合料密度变大、空隙减少、流值变大、粘附性变小,具备更强的抗剪能力、抗变形能力,从而延长了沥青路面的使用寿命[3]。

4.4 处理有机废水

利用水合硅酸钙渣质轻、多孔、相对密度较小、吸附液体能力强等特点,经过改性后可以吸附处理有害的有机废水[4]。

4.5 制备轻质的硅酸钙保温材料

硅钙渣主要由雪硅钙石和硬硅钙石组成,可以用于制备轻质无石棉硅酸钙保温材料等[5]。

5 结束语

提铬硅钙渣通过不同方法进行回收,通过多组实验数据表明:水洗后的硅钙渣不但颜色明显变浅,而且铬含量明显降低,其中水溶性铬含量已经达到建筑行业标准。同时回收的铬渣可以通过喷雾制粉生产工业碱式硫酸铬,而且可以生产高纯度氢氧化铬,为钒厂的可持续发展提供一条新的发展思路。

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