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      干式還原法處理鉻渣的機(jī)理及應(yīng)用

      2014-04-12 01:52:52張漢泉路漫漫付金濤
      化工環(huán)保 2014年6期
      關(guān)鍵詞:焙燒爐還原法干式

      張漢泉,路漫漫,付金濤

      (武漢工程大學(xué) 資源與土木工程學(xué)院,湖北 武漢 430073)

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

      目前,國內(nèi)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(wěn)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(fā)展方向[7]。

      本工作采用干式還原法在多級(jí)還原焙燒爐中處理鉻渣,最終產(chǎn)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(jī)理

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

      2 干式還原法處理鉻渣的工藝過程及參數(shù)

      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(shù)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%~3%。在密閉條件下,通過給料器均勻送入多級(jí)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(fā)生在焙燒爐第一層,物料在外力的作用下不停翻動(dòng),保持無氧或微量氧狀態(tài),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(shù)

      2)預(yù)熱、焙燒。預(yù)熱主要發(fā)生在焙燒爐第二層和第三層。脫水干燥后的物料在翻動(dòng)狀態(tài)下,在由焙燒層排出的CO氣氛中,于350~500 ℃條件下,預(yù)熱10~15 min;預(yù)熱后的物料在翻動(dòng)狀態(tài)下,于500~700 ℃下焙燒20~40 min;于700~900 ℃下繼續(xù)保溫,焙燒和保溫主要發(fā)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(xù)發(fā)生還原反應(yīng),然后冷卻。

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

      5)對(duì)淬冷后的物料進(jìn)行擦磨,擦磨后的物料進(jìn)入磁選設(shè)備中進(jìn)行磁分離,得到鐵精砂和處理后鉻渣。

      3 應(yīng)用試驗(yàn)

      采用3種鉻渣作為原料進(jìn)行應(yīng)用試驗(yàn)。試樣1:粒徑小于1 mm,Cr(Ⅵ)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.09%,鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28.5%;試樣2:粒徑小于0.5 mm,Cr(Ⅵ)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.78%,鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32.5%;試樣3:粒徑小于1 mm,Cr(Ⅵ)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.68%,鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.5%。3種鉻渣試樣的多級(jí)還原焙燒工藝條件及產(chǎn)品品質(zhì)見表2。

      由表2可見,3種鉻渣試樣經(jīng)多級(jí)還原焙燒—磁分離后,鉻渣中的Cr(Ⅵ)質(zhì)量濃度為0.05~0.18 mg/L,低于HJ/T301—2007標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)品中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于50%(采用GB/T 6730.5—2007標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定[13]),鐵回收率大于70%。目前設(shè)計(jì)的多級(jí)還原焙燒爐單爐處理鉻渣能力為150 kt/a,標(biāo)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(jí)還原焙燒工藝條件及產(chǎn)品品質(zhì)

      4 結(jié)論

      a)在多級(jí)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(yīng)后,經(jīng)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(jīng)多級(jí)還原焙燒—磁分離后,鉻渣中的Cr(Ⅵ)質(zhì)量濃度為0.05~0.18 mg/L,低于HJ/T301—2007標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)品中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于50%,鐵回收率大于70%。

      b) 目前設(shè)計(jì)的多級(jí)還原焙燒爐單爐處理鉻渣能力為150 kt/a,標(biāo)煤消耗為35 kg/t,處理成本約為60元/t。

      [1] Liu Shuaxia,Chen Liang,Gao Yunmei,et al.Hexavalent chromium leaching in fl uenced factors in the weathering chrome slag[J]. Procedia Environ Sci,2013(18):783-787.

      [2] 張大磊,何圣兵,蔡榮寶,等. 鉻渣的熱解無害化處理[J]. 環(huán)境污染與防治,2009,31(10):1-4.

      [3] 江玲龍,李瑞雯,毛月強(qiáng),等. 鉻渣處理技術(shù)與綜合利用現(xiàn)狀研究[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2013,36(6):480-483.

      [4] 石玉敏,李俊杰,都興紅, 等. 采用固相還原法利用工業(yè)廢渣治理鉻渣[J]. 中國有色金屬學(xué)報(bào),2006,16(5):919-923.

      [5] 丁翼,紀(jì)柱. 鉻化合物生產(chǎn)與應(yīng)用[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003:272-300.

      [6] 馬書文. 鉻渣治理與資源化綜述[J]. 無機(jī)鹽工業(yè),1997(2):19-22.

      [7] 姜玉慶. 鉻渣的解毒治理及綜合利用[J]. 天津化工,2014,28(1):55-57.

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      [9] 石玉敏,都興紅,隋智通. 碳高溫還原解毒鉻渣中CaCrO4的反應(yīng)熱力學(xué)研究[J]. 環(huán)境污染與防治,2007,29(6):451-455.

      [10] 張漢泉. 多級(jí)動(dòng)態(tài)磁化焙燒技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 金屬礦山,2012(9):121-124.

      [11] 陳延信,姚艷飛,酒少武, 等. 分散態(tài)磁化焙燒—磁分離回收某金屬礦中的鐵[J]. 金屬礦山,2012(2):63-66.

      [12] 中國環(huán)境科學(xué)研究院固體廢物污染控制技術(shù)研究所,HJ/T301—2007鉻渣污染治理環(huán)境保護(hù)技術(shù)規(guī)范(暫行)[S]. 北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2007.

      [13] 中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院. GB/T 6730.5—2007鐵礦石 全鐵含量的測(cè)定 三氯化鈦還原法[S]. 北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2007.

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