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(wú)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(guó)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(wàn) 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(guò)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(wú)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(guò)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(guò)程嚴(yán)格按照 HJ /T 301－2007《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(guò)干或者過(guò)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(guò)程中鉻渣礦化不完全，影響后續(xù)解毒效果?？紤]到運(yùn)輸中過(guò)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(guò)程工藝流程如圖 2。

配料室原有礦倉(cāng)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(cāng)庫(kù)，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，Cr⁺3以三價(jià)陽(yáng)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(wú)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(guò)程中燃燒帶的正常溫度一般在 1150 ～ 1350 ℃，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(chǎng)采樣后送省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站進(jìn)行監(jiān)測(cè)，鉻渣經(jīng)過(guò)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%?？梢?，經(jīng)燒結(jié)過(guò)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(shì)。

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(shì)。

⑶因鉻渣中 CaO 活性差，無(wú)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(wàn) t，燒結(jié)礦利潤(rùn)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(wàn)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(wàn) t = 158．39 萬(wàn)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(wàn)元。

燃耗 升 高 成 本 年 損 失: 110 萬(wàn) t × 1 kg /t × 1 120 元/t /10 000 = 12．32 萬(wàn)元。

年運(yùn) 輸 費(fèi) 用: 45 元/t × 90 t × 365 × 95% = 140．43 萬(wàn)元。

年設(shè)備折舊費(fèi)用: 880 萬(wàn)元/3 = 293．33 萬(wàn)元

合計(jì) 年 損 失: 214． 15 萬(wàn) 元 + 12． 32 萬(wàn) 元 +140．43 萬(wàn)元－ 158． 39 萬(wàn)元 － 293． 33 萬(wàn)元 = 501． 84萬(wàn)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(yǔ)

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(wú)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(guó)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(guó)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．