吳有文¹，翟玉兵²

( 1．酒鋼( 集團(tuán)) 宏興鋼鐵股份有限公司鋼鐵研究院，甘肅嘉峪關(guān)735100;

2．酒鋼( 集團(tuán)) 宏興鋼鐵股份有限公司選廠，甘肅嘉峪關(guān)735100)

摘要: 介紹了榆鋼公司燒結(jié)分廠無害化處理鉻渣的生產(chǎn)情況，包括鉻渣的基本性狀、處理的工藝要求、鉻渣解毒機(jī)理與解毒效果、生產(chǎn)指標(biāo)與效益對(duì)比等方面的研究與實(shí)踐，可為同行業(yè)燒結(jié)法處理鉻渣或相似的含鉻重金屬危廢提供參考。

關(guān)鍵詞: 燒結(jié); 鉻渣; 解毒機(jī)理; 轉(zhuǎn)化率

1 引言

永青化工廠位于黃河上游支流莊浪河畔，2007年因不符合國家產(chǎn)業(yè)政策被強(qiáng)行關(guān)閉，其生產(chǎn)中積累堆存的鉻渣總計(jì)為4．5 萬t，均不符合HJ /T301－2007《鉻渣污染治理環(huán)境保護(hù)技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)要求。這些鉻渣不僅對(duì)地表水、地下水、土壤環(huán)境造成污染，而且對(duì)周圍環(huán)境和群眾生命財(cái)產(chǎn)安全也形成了重大隱患。榆鋼公司應(yīng)省環(huán)保廳要求，組織專人進(jìn)行了實(shí)地考察與論證，決議在燒結(jié)分廠2 臺(tái)42燒結(jié)機(jī)上配加鉻渣生產(chǎn)，利用燒結(jié)過程中燃燒帶的高溫進(jìn)行還原焙燒，將其中的Cr6⁺還原為Cr³⁺，從而實(shí)現(xiàn)鉻渣的無害化處理。

2 鉻渣基本性狀

鉻渣的有害成分主要是可溶性鉻酸鈉、酸溶性鉻酸鈣等六價(jià)鉻離子，是一種強(qiáng)腐蝕性物質(zhì)。鉻渣表觀顏色為黃綠色，呈沙粒狀，局部結(jié)塊，-3 mm 粒級(jí)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，燒損質(zhì)量分?jǐn)?shù)為42%。其主要化學(xué)成分見表1。

由表1 可見，鉻渣中MgO +CaO 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞50%，理論上可以替代部分生石灰或輕燒白云石在燒結(jié)過程中使用。

3 處理工藝及要求

3．1 鉻渣的準(zhǔn)備

鉻渣屬于固體危廢，其準(zhǔn)備過程嚴(yán)格按照HJ /T301－2007《鉻渣污染治理環(huán)境保護(hù)技術(shù)規(guī)范》的要求進(jìn)行，工藝流程如圖1。

在鉻渣的挖掘清理作業(yè)中，要求鉻渣水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)按5%～7%控制，嚴(yán)禁過干或者過濕，以免產(chǎn)生揚(yáng)塵污染環(huán)境或糊堵下料漏斗。破碎后粒度要求小于5 mm，否則易造成燒結(jié)過程中鉻渣礦化不完全，影響后續(xù)解毒效果。考慮到運(yùn)輸中過程中存在散漏、風(fēng)吹揚(yáng)塵以及雨水、天氣滲水對(duì)土壤和地下水污染等隱患。要求裝載運(yùn)輸由專業(yè)化運(yùn)輸車隊(duì)負(fù)責(zé)，自卸車用帆布遮蓋嚴(yán)實(shí)，按需要多少運(yùn)送多少的原則，專供鉻渣供料系統(tǒng)^［1］。

3．2 鉻渣的接受與燒結(jié)

鉻渣燒結(jié)過程工藝流程如圖2。

配料室原有礦倉均在使用，為了實(shí)現(xiàn)鉻渣配料的獨(dú)立性與準(zhǔn)確性，新建了一條鉻渣上料專用線，采用直拉皮帶給料，配備電子皮帶秤進(jìn)行精確計(jì)量，所有設(shè)備均設(shè)置在單獨(dú)的水泥通廊內(nèi)。為保證供料連續(xù)，用鋼筋混凝土搭建了臨時(shí)落地倉庫，設(shè)有專人看護(hù)，并在崗位懸掛了警示牌，嚴(yán)格控制落地?cái)?shù)量及時(shí)間，時(shí)刻保持水泥地面干燥，防止鉻渣滲漏。

3．3 安全防護(hù)要求

分廠聘請(qǐng)專家對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行了鉻渣生產(chǎn)防護(hù)的專題培訓(xùn)，解決了職工心理顧慮。為混合料系統(tǒng)所有崗位人員配備了防毒面罩、絕緣橡膠手套、高邦靴子、防塵帽、硫磺肥皂等專項(xiàng)防護(hù)用品，要求勞保穿戴齊全，防止鉻渣與皮膚的直接接觸。每月發(fā)放一定金額的補(bǔ)助，督促職工進(jìn)行體檢，提前預(yù)防相關(guān)職業(yè)病的發(fā)生。

4 解毒機(jī)理與解毒效果

4．1 解毒機(jī)理^［2-3］

鉻在自然界中的穩(wěn)定價(jià)態(tài)是Cr⁺³和Cr⁺⁶，C^r+3以三價(jià)陽離子形式存在，Cr⁺⁶則以含氧鉻酸根陰離子形式存在。鉻渣中的Cr^{+ 6}在高溫( 1 100 ℃) 還原氣氛下會(huì)被還原成Cr⁺³，其主要反應(yīng)有:

2Na₂CrO4+3CO→Cr₂O₃+2Na₂O+3CO₂↑        ⑴

2CaCrO₄+3CO→Cr₂O₃+2CaO+3CO₂↑         ⑵

對(duì)鉻渣進(jìn)行無害化處理的基本原理主要是根據(jù)鉻渣中的Cr⁺⁶在高溫下可以逐步還原為Cr⁺³，從而使毒性下降乃至消失。燒結(jié)過程中燃燒帶的正常溫度一般在1 150～1 350 ℃，且存在局部的還原氣氛，完全具備鉻渣解毒的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)條件。

4．2 解毒效果

省環(huán)保廳固廢管理中心到榆鋼現(xiàn)場采樣后送省環(huán)境監(jiān)測中心站進(jìn)行監(jiān)測，鉻渣經(jīng)過燒結(jié)和冶煉后產(chǎn)生的廢灰、渣浸出液中Cr6+和總鉻的濃度均符合《危險(xiǎn)廢物浸出毒性鑒別標(biāo)準(zhǔn)》( GB5085．3－2007) 相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)限值要求。解毒效果非常明顯，見表2。

由表1、表2 可知，利用燒結(jié)法處理鉻渣，其中Cr+ 6還原為Cr+ 3或金屬鉻的轉(zhuǎn)化率為: ［1-( 0．00004+0．0002) /2 /( 0． 1375 × 2%) ］× 100% = 95． 64%。可見，經(jīng)燒結(jié)過程后，絕大部分Cr6+得到還原。

5 生產(chǎn)指標(biāo)

生產(chǎn)中，分廠進(jìn)行了鉻渣配比為0% ～ 4%的生產(chǎn)性試驗(yàn)，各配比試驗(yàn)周期均為一周，在各項(xiàng)操作參數(shù)基本一致的條件下，各配礦方案見表3。

各組方案燒結(jié)礦生產(chǎn)指標(biāo)、化學(xué)成分見表4、表5。

由各組配礦方案，各組燒結(jié)礦的生產(chǎn)指標(biāo)及化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)分析可知:

⑴隨著鉻渣比增加，混合料透氣性惡化，料層逐步降低，利用系數(shù)、返礦率、轉(zhuǎn)鼓指數(shù)均呈降低趨勢。

⑵鉻渣鐵品位低，隨著其配比的增加，燒結(jié)礦品位呈逐步降低趨勢。

⑶因鉻渣中CaO 活性差，無消化放熱反應(yīng)，實(shí)際生產(chǎn)中造成焦粉配比逐步增加，固體燃耗指標(biāo)升高。

⑷在鉻渣配比為2%時(shí)，焦粉配比增加0．3 個(gè)百分點(diǎn)，品位下降0．25 個(gè)百分點(diǎn)，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)降低0．6 個(gè)百分點(diǎn)，返礦率上升0． 6 個(gè)百分點(diǎn)，利用系數(shù)降低0．06 t /m2·h，對(duì)各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)的影響較小，可進(jìn)行穩(wěn)定配加。

6 效益對(duì)比

6．1 經(jīng)濟(jì)效益

以鉻渣2%配加為例，則熔劑單耗降低3． 74kg /t，熔劑價(jià)格平均取385 元/t。燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)下降0．06 t /m²·h，燒結(jié)機(jī)作業(yè)率取95%，燒結(jié)礦年產(chǎn)量取110 萬t，燒結(jié)礦利潤取51．11 元/t。固體燃耗升高取1 kg /t，焦粉價(jià)格取1 120 元/t。永登至榆鋼廠區(qū)路途取120 km，運(yùn)費(fèi)取45 元/t，每日消耗量取90 t。鉻渣專用供料生產(chǎn)線建設(shè)費(fèi)用取880 萬元，使用年限取3 年。

年熔劑節(jié)省成本: 3．74 kg /t × 385 /1 000 × 110萬t = 158．39 萬元。

產(chǎn)量降低成本年損失: 0．06 t /m²·h ×42 m² ×2 臺(tái)× 24 h × 365 d × 95%/10 000 × 51．11 元/t =214．15 萬元。

燃耗升高成本年損失: 110 萬t × 1 kg /t ×1 120 元/t /10 000 = 12．32 萬元。

年運(yùn)輸費(fèi)用: 45 元/t × 90 t × 365 × 95% =140．43 萬元。

年設(shè)備折舊費(fèi)用: 880 萬元/3 = 293．33 萬元

合計(jì)年損失: 214． 15 萬元+ 12． 32 萬元+140．43 萬元－ 158． 39 萬元－ 293． 33 萬元= 501． 84萬元。

6．2 社會(huì)效益

鉻渣處理不好，會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，威脅人類的身體鍵康，將鉻渣成功地用于燒結(jié)生產(chǎn)，不僅解決了環(huán)境污染問題，而且還能廢物利用，為社會(huì)解決了難題，與經(jīng)濟(jì)效益相比，社會(huì)效益顯得尤為重要。

7 結(jié)語

⑴榆鋼采用的燒結(jié)工藝處理鉻渣，燒結(jié)礦中Cr6+轉(zhuǎn)換為Cr3+或金屬鉻的比例為95．64%，可實(shí)現(xiàn)鉻渣的無害化處理。

⑵ 因鉻渣中CaO 活性差，粒度粗等特性影響，隨著其配比增加，將對(duì)燒結(jié)礦的生產(chǎn)質(zhì)量與成本產(chǎn)生一定不利影響。

參考文獻(xiàn):

［1］ 國家環(huán)境保護(hù)總局．鉻渣污染治理環(huán)境保護(hù)規(guī)范( 發(fā)布稿) ．HJ /T 301-2007［S］．北京: 中國環(huán)境科學(xué)出版社，2007．

［2］ 李瑋，金立宏． 鉻渣在濟(jì)鋼120 m²燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)上的應(yīng)用［J］．冶金信息導(dǎo)刊，2007( 03) : 21．

［3］ 王洪梅，李玉信． 利用燒結(jié)煉鐵工藝環(huán)保處理鉻渣［J］．工業(yè)安全與環(huán)保，2007，33( 07) : 43．