简介概要

采用固相还原法利用工业废渣治理铬渣

来源期刊:中国有色金属学报2006年第5期

论文作者:石玉敏 李俊杰 都兴红 隋智通

文章页码:919 - 923

关键词:铬渣; 鼓风炉渣; 固相还原; 解毒

Key words:chromium slag; blast furnace slag; solid state reduction; detoxification

摘    要:采用高温固相还原法, 选用廉价工业废渣——鼓风炉渣M作还原剂, 利用M渣中残余的C将铬渣中主要以Na2CrO4形式存在的Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅲ), 实现对铬渣的解毒处理。 研究了温度、 反应时间、 铬渣质量分数的影响, 确立了实验优化条件, 并对终渣的安全性进行了分析。 结果表明: 质量分数为23%的铬渣在1 350 ℃反应2 h, 终渣中Cr(Ⅵ)浸出值仅为0.063 mg/L, 远低于国标GB5085.3—1996规定限值1.5 mg/L, 该方法简单、 以废治废、 解毒彻底, 并利用终渣制备了高掺量废渣空心砌块, 强度等级达到《GB 8239—1997普通混凝土小型空心砌块》MU7.5要求, 可作建筑物承重墙使用, 满足我国废渣治理大力提倡的无害化、 资源化要求, 成为铬渣处理处置的一种新途径。

Abstract: A new solid reduction way to treat and dispose chromium slag with lower cost was proposed. Blast furnace slag, a very cheap industrial waste, was selected as reductant, in which the remained C reduces Na2CrO4 in order to detoxify chromium slag in solid reduction. The effects of temperatures, time and proportions of chromium slag on reaction were tested, and consequently the optimum experimental conditions were determined. The safety of final slag was also investigated. The results show that the leached Cr(Ⅵ) concentration is 0.063 mg/L under reduction reaction time of 2 h at 1 350 ℃ for 23%chromium slag, far below the GB5085.3—1996 limits, 1.5 mg/L. With a simple method, completive detoxification by another industrial waste can be performed. The treated detoxified final slag was prepared into slag-bearing hollow block, and can be used as building materials of main wall, contributing to its satisfaction of MU7.5 of GB 8239—1997, which also meets the need of innoxiousness and utility for hazardous waste of industry, and becomes an efficient approach to chromium slag treatment and disposal technologies.

基金信息:国家自然科学基金重点资助项目



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文章编号: 1004-0609(2006)05-0919-05

采用固相还原法利用工业废渣治理铬渣

石玉敏1, 李俊杰2, 都兴红1, 隋智通1

(1. 东北大学 材料与冶金学院, 沈阳 110004;

2. 沈阳远大环境工程公司, 沈阳 110161)

摘 要: 采用高温固相还原法, 选用廉价工业废渣——鼓风炉渣M作还原剂, 利用M渣中残余的C将铬渣中主要以Na2CrO4形式存在的Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅲ), 实现对铬渣的解毒处理。 研究了温度、 反应时间、 铬渣质量分数的影响, 确立了实验优化条件, 并对终渣的安全性进行了分析。 结果表明: 质量分数为23%的铬渣在1350℃反应2h, 终渣中Cr(Ⅵ)浸出值仅为0.063mg/L, 远低于国标GB5085.3—1996规定限值1.5mg/L, 该方法简单、 以废治废、 解毒彻底, 并利用终渣制备了高掺量废渣空心砌块, 强度等级达到《GB 8239—1997普通混凝土小型空心砌块》MU7.5要求, 可作建筑物承重墙使用, 满足我国废渣治理大力提倡的无害化、 资源化要求, 成为铬渣处理处置的一种新途径。

关键词: 铬渣; 鼓风炉渣; 固相还原; 解毒 中图分类号: X75

文献标识码: A

Detoxified treatment of chromium slag with

industrial waste by solid reduction

SHI Yu-min1, LI Jun-jie2, DU Xing-hong1, SUI Zhi-tong1

(1. School of Materials and Metallurgy, Northeastern University, Shenyang 110004, China;

2. Shenyang Yuanda Environmental Engineering Company, Shenyang 110161, China)

Abstract: A new solid reduction way to treat and dispose chromium slag with lower cost was proposed. Blast furnace slag, a very cheap industrial waste, was selected as reductant, in which the remained C reduces Na2CrO4 in order to detoxify chromium slag in solid reduction. The effects of temperatures, time and proportions of chromium slag on reaction were tested, and consequently the optimum experimental conditions were determined. The safety of final slag was also investigated. The results show that the leached Cr(Ⅵ) concentration is 0.063mg/L under reduction reaction time of 2h at 1350℃ for 23%chromium slag, far below the GB5085.3—1996 limits, 1.5mg/L. With a simple method, completive detoxification by another industrial waste can be performed. The treated detoxified final slag was prepared into slag-bearing hollow block, and can be used as building materials of main wall, contributing to its satisfaction of MU7.5 of GB 8239—1997, which also meets the need of innoxiousness and utility for hazardous waste of industry, and becomes an efficient approach to chromium slag treatment and disposal technologies.

Key words: chromium slag; blast furnace slag; solid state reduction; detoxification

                       

固体废弃物对环境造成的污染及资源的浪费, 是当今世界环境与资源保护的主要问题之一, 联合国环境规划署将固体废弃物控制列为全球重大问题。 铬渣作为毒性较强的危险废弃物, 是世界首要重金属污染源之一, 被我国列入47种危险固体废弃物之列。 而在国民经济中, 10%的商品品种与铬盐产品有关, 因此铬盐在国际上又被列为最具有竞争力的8种资源性原材料产品之一。 但应用我国现有生产技术, 每生产1t铬盐要排出2.5~3.0t铬渣[1], 国内历年堆存量已达300万t。 铬渣中含有水溶性和酸溶性的六价铬对人、 畜及农作物都有极大危害, 是国际公认的3种致癌金属物之一, 多年来对周围环境造成了严重污染, 成为国家一项急需治理的环境工程。

国内外治理及综合利用铬渣可分为3大类[2, 3]: 固化法、 还原法和络合法。 国外主要采用固化填埋方法[4-6], 但须加入大量水泥、 动力消耗大, 不适合我国国情。 我国铬渣治理方法也已达20余种, 固相还原法以碳粉、 木屑、 稻壳、 煤矸石、 亚铁盐等为还原剂与铬渣进行高温熔融反应, 使铬渣中的Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅲ), 最终以玻璃态或尖晶石形态存在, 解毒彻底、 稳定, 是铬渣资源化处理的首选方法[7, 8]。 但该法一般需要高温条件, 工业化生产能耗大, 成本高, 在铬渣治理应用上受到一定限制。 近年来, 一些研究人员积极探索资源化利用铬渣新途径, 选取其他固体废弃物为原料, 降低能耗, 以废治废, 成为固相还原法处理处置铬渣的发展方向[9-11]

本研究即采用固相还原法, 选用廉价工业废渣——鼓风炉渣M中残余的碳作为还原剂, 对铬渣中主要以水溶性Cr(Ⅵ)形式存在的Na2CrO4进行高温熔融解毒处理。 通过对终渣中水溶性Cr(Ⅵ)浸出值的测定, 研究温度、 反应时间、 铬渣质量分数对该固相反应的影响, 对终渣组成和稳定性也进行了分析。 该实验方法简单, 以废治废, 成本极其低廉, 终渣可做空心砌块等建材原料, 是铬渣无害化、 资源化处理的有效途径。

1 实验

1.1 实验原料和设备

选用沈阳新元化工厂的铬渣为原料, 铬渣的主要化学成分见表1, 其中水溶性Cr(Ⅵ)的质量分数为0.3%。 廉价鼓风炉渣M选自新元化工厂附近某厂。 主要设备为实验室自制二硅化钼高温炉, PTC-Ⅱ智能温度控制仪, TU-1800PC型紫外光-可见光分光光度计, 往复式水平震荡器((110±10)r/min), SSX-550日本岛津扫描电子显微镜, PW1700型菲利普X射线衍射分析仪。

表1   铬渣的化学组成

Table 1   Composition of chromium slag (mass fraction, %)

1.2 实验方法

铬渣和鼓风炉渣M磨至粒径1mm以下, 按一定配比混合均匀, 在1300~1450℃进行高温反应, 终渣自然降温冷却至室温。

将终渣破碎至粒度小于10mm以下, 水溶液浸取。 浸出液的制备方法按照GB/T15555.1—1995《固体废物总汞的测定冷原子吸收分光光度法》中的附录B进行, 采用GB/T 15555.4—1995二苯碳酰二肼分光光度法进行浸出液中Cr(Ⅵ)浓度的测定。

2 分析与讨论

2.1 温度的影响

铬渣中Cr(Ⅵ)化合物主要以Na2CrO4为主[12-14], 鼓风炉渣M对铬渣的解毒机理也即为炉渣中残余的C与铬渣中残余的Na2CrO4的高温固相还原反应。 即

由Kirchhoff定律

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