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用CH-1菌从铬渣中选择性回收铬

来源期刊:中国有色金属学报2008年增刊第1期

论文作者:柴立元 王云燕 王庆伟

文章页码:367 - 371

关键词:铬渣;回收铬;CH-1菌

Key words:chromium-containing slag; chromium recovery; Achromobacter sp. CH-1

摘    要:提出CH-1菌解毒铬渣及回收铬资源的新工艺。采用扫描电镜、透射电镜以及能量弥散X 射线分析(EDXA)和电子顺磁共振(EPR)等分析手段对还原反应前后细菌细胞形貌进行观察,并对还原反应沉淀产物的元素组成进行定性分析,研究并计算了示范工程中铬的回收率及平衡。结果表明Cr(VI)的还原反应在细菌体外发生,反应产物的主要组成元素为Cr3+,反应产物成分为Cr(OH)3。铬渣中90%以上的Cr(Ⅵ)以Cr(OH)3淤泥的形式得以回收,20 t/批规模的示范工程可回收Cr(OH)3 (含量32.8%) 淤泥694.2 kg,实现铬的再生,并从根本上消除铬渣的污染问题。

Abstract: A novel technology of chromium recovery from chromium-containing slag by Achromobacter sp. CH-1 based on the principle of bacterial leaching and bacteriosmelt was proposed. Scanning electron microscope(SEM), translated transmission electron microscope(TEM), energy dispersive X-ray analysis (EDXA) and electron paramagnetic resonance (EPR) were utilized to observe the appearance of bacterial cells before and after Cr(Ⅵ) reduction, and to analyze the elemental composing of precipitate product during the process. Recovery rate and balance of chromium in demonstration projects were investigated and calculated. The results indicate that the major element composing precipitate is trivalent chromium, which implies that the reduction product is Cr(OH)3. More than 90% Cr(VI) in chromium-containing slag is recovered in the form of Cr(OH)3-containing sludge. 694.2 kg sludge containing Cr(OH)3 (mass fraction of 32.8%) are recovered, which eliminates the pollution of chromium-containing slag thoroughly.

基金信息:国家自然科学基金资助项目
国家高技术研究发展计划资助项目
教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目
教育部高等学校博士点专项科研基金资助项目



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文章编号:1004-0609(2008)S1-0367-05

用CH-1菌从铬渣中选择性回收铬

柴立元,王云燕,王庆伟

(中南大学 冶金科学与工程学院,长沙 410083)

摘  要:提出CH-1菌解毒铬渣及回收铬资源的新工艺。采用扫描电镜、透射电镜以及能量弥散X 射线分析(EDXA)和电子顺磁共振(EPR)等分析手段对还原反应前后细菌细胞形貌进行观察,并对还原反应沉淀产物的元素组成进行定性分析,研究并计算了示范工程中铬的回收率及平衡。结果表明Cr(VI)的还原反应在细菌体外发生,反应产物的主要组成元素为Cr3+,反应产物成分为Cr(OH)3。铬渣中90%以上的Cr(Ⅵ)以Cr(OH)3淤泥的形式得以回收,20 t/批规模的示范工程可回收Cr(OH)3 (含量32.8%) 淤泥694.2 kg,实现铬的再生,并从根本上消除铬渣的污染问题。

关键词:铬渣;回收铬;CH-1菌

中图分类号:X70       文献标识码:A

Selective recovery of chromium from chromium-containing slag by Achromobacter sp. CH-1

CHAI Li-yuan, WANG Yun-yan, WANG Qing-wei

(School of Metallurgical Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)

Abstract: A novel technology of chromium recovery from chromium-containing slag by Achromobacter sp. CH-1 based on the principle of bacterial leaching and bacteriosmelt was proposed. Scanning electron microscope(SEM), translated transmission electron microscope(TEM), energy dispersive X-ray analysis (EDXA) and electron paramagnetic resonance (EPR) were utilized to observe the appearance of bacterial cells before and after Cr(Ⅵ) reduction, and to analyze the elemental composing of precipitate product during the process. Recovery rate and balance of chromium in demonstration projects were investigated and calculated. The results indicate that the major element composing precipitate is trivalent chromium, which implies that the reduction product is Cr(OH)3. More than 90% Cr(VI) in chromium-containing slag is recovered in the form of Cr(OH)3-containing sludge. 694.2 kg sludge containing Cr(OH)3 (mass fraction of 32.8%) are recovered, which eliminates the pollution of chromium-containing slag thoroughly.

Key words: chromium-containing slag; chromium recovery; Achromobacter sp. CH-1

                    

铬渣是铬盐生产过程中产生的废渣,含有大约1%左右的致癌毒物Cr (Ⅵ),作为一种高碱性废渣,通常铬渣渗滤液pH值大于12,同时其中所含Cr (Ⅵ)的释放非常缓慢,经过几十年的自然淋滤,仍有高浓度的Cr (Ⅵ)渗出,因此对环境的危害十分严重。铬渣作为危险废物由于其污染的特殊性和治理的迫切性已列入国家重要环境污染整治规划,也是社会普遍关注的焦点。

目前的铬渣火法解毒和湿法化学解毒方法均存在易产生二次污染、成本过高以及解毒后易出现“返黄”问题等不足之处。铬渣综合整治及资源化仍属世界性难题[1-2],各国根据各自的特点研究开发了铬渣的各种处理方法[3-4],美国等主要将铬渣集中堆放,日本、俄罗斯、罗马尼亚等国用高温焙烧还原法将铬渣解毒并制成人造骨料,耐火材料。我国自19世纪60年代以来开始着手含铬有害物的综合治理研究,形成富有自身特色的方法[5],中科院化冶所[6-7]在铬盐的清洁生产工艺方面开展了卓有成效的工作,减少了“三废”排放,但我国铬盐生产仍普遍采用钙焙烧工艺技术,渣的排放量近乎是国外技术的3倍,每生产1 t产品产生2.5~3.0 t铬渣,每年新产生有毒铬渣约50万t~60万t。而且铁合金厂、部分化工厂也排放大量的铬渣。除部分高成本综合利用外,其历年堆存量已达600  万t,污染土壤达到1 250万t。

原长沙铬盐厂所采用的工艺为有钙焙烧工艺,就是将磨细的铬铁矿、白云石与纯碱等按一定配比混匀,把混合料加入回转窑内氧化焙烧使铬铁矿中的三氧化二铬绝大部分转化成铬酸钠,然后用水浸法将铬酸钠提出并结晶成产品,而浸提剩余的废渣就是所谓的铬渣。该工艺条件下产生的铬渣碱度非常高,且其中含有大量未浸完全的Cr(Ⅵ),对环境的危害最大。要从根本上消除铬渣中Cr(Ⅵ)的污染,最理想的方法是将铬渣中的Cr(Ⅵ)分离出去,彻底避免铬渣“返黄”问题;又可回收其中的有价金属铬,这对解决我国铬渣污染及铬资源短缺问题具有非常重要的战略意义,完全符合国家节能减排和循环经济理念。

基于细菌浸矿与细菌冶金的原理,本文作者提出在CH-1菌解毒铬渣的过程中回收铬资源,采用各种手段检测了铬回收产物,考察了示范工程中不同工艺条件下铬的回收率及其平衡,为彻底实现铬渣的资源化开辟一条新途径。

1  实验

1.1  铬渣成分

铬渣取自原长沙铬盐厂堆存的42万t铬渣。从外观上看,铬渣为大小不一的颗粒状较坚硬的烧结固体,黄绿色,呈碱性。其成分非常复杂,主要含钙、镁、硅、铁、铝等元素,主要矿物有硅酸二钙、方镁石、方解石、铁铝酸四钙和铬铁尖晶石等。抽样检验分析其成分,结果列于表1。

表1  铬渣的化学组成

Table 1  Chemical composition of chromium-containing slag (mass fraction, %)

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