[科普中国]-烧结铁

简介

铬盐产品是铬酸酣(CrO3) 和红矾钠(Na2Cr2O7·2H2O) ,其生产工艺是将铬矿粉、纯碱、白云石粉和青石粉按一定比例混合,入回转窑在近1 000 ℃下焙烧,各物质进行氧化还原反应,将铬矿中Cr2O3 氧化为Na2CrO4 。上述混合物质经焙烧后成为熟料,再用水进行浸泡,溶解出Na2CrO4 ,再加酸浓缩、干燥后,生成固体铬酸酣产品,也可进一步生产红矾钠。在铬盐生产过程中产生大量的固体废渣,即铬浸取废渣。通常每生产1 t 红矾钠要产生2-4 t 铬渣。

铬渣的物相组成如下:方镁石MgO 20 %; 硅酸二钙βO2CaO·SiO2 25 %;铁铝酸钙4CaO·Al2O3·Fe2O3 25 %;亚铬酸钙αOCaCr2O4 铬尖晶石(Mg、Fe) Cr2O4 5 %O10 %; 铬酸钙CaCrO41 %;四水铬酸钠Na2CrO4 ·4H2O 2 %O3 %; 铬铝酸钙4CaO·Al2O3·CrO3·12H2O 1 %O3 %;碱式铬酸铁Fe (OH) CrO4 0. 5 %;碳酸钙CaCO3 2 %O3 %;水合铝酸钙3CaO·Al2O3·6H2O 1 %。其中,四水铬酸钠与铬酸钙是构成铬渣中Cr6 + 的主要部分,占渣中Cr6 + 的64 %左右。

铬渣因其含有六价铬而具有毒性,污染生态环境,危害人畜健康。铬渣中的铬主要以六价态的CrO3 存在。铬化合物对皮肤、粘膜有局部刺激作用,可造成溃疡。吸入含六价铬的气溶胶可造成鼻中隔软骨穿孔,使呼吸器官受到损伤,严重的会造成肺硬化。一般的毒性作用表现在肝、肾、胃肠道、心血管系统的损伤。眼睛受到侵害时,会发生结膜炎,还可能失明。对敏感人群会产生皮肤铬湿疹。有皮外伤时,接触铬后伤口不易愈合,对人易产生三致(致敏、致癌、致畸) 。

环境中迁移的铬对植物生长有抑制作用,阻滞作物对其他元素的吸收;铬能使动物细胞的代谢功能发生障碍,对动物体具有明显的“三致”作用。铬渣污染已成为最严重的环境问题之一,已严重阻碍了铬盐工业的进一步发展。

化工总厂年产铬酸酣1 万余t ,年产铬渣量约6 万t 。该厂从1958 年开始生产,至今已堆积铬渣20 余万t ,堆积于小清河畔,产生严重的环境问题。

由于铬渣中含有钙、镁、铁、铝、硅等元素,这就为铬渣的治理与资源化提供了可能。铬渣中CaO + MgO的质量分数在50 %左右,还含有一定量的Fe2O3 和SiO2 ,代替部分白云石作烧结熔剂理论上是可行的。但由于堆积时间长,其Ca、Mg 的活性度减弱1。

铬渣在烧结过程的配加工艺及对烧结矿的影响济南钢铁股份有限公司现有120 m2 烧结机2 座,60 m2烧结机2 座,320 m2 烧结机1 座;350 m3 高炉6 座,1 750 m3高炉3 座。现在利用2 座120 m2 烧结机和1 座1 750 m3 高炉进行配烧铬渣,对铬渣进行无害化解毒处理。

铬渣配烧解毒工艺流程。化工厂在铬渣堆存地先对铬渣进行破碎、筛分,使铬渣粒度小于5 mm ,用汽车运至第一烧结厂铬渣专用受料槽,由皮带运送进入配料室,由圆盘给料机经电子皮带秤称后, 直接下到配料皮带上, 与其他原料按一定比例进行混配, 然后送入混料机, 经一混、二混2 次混匀后, 送往2 ×120 m2 烧结机进行烧结。铬渣中的Cr6 + 在高温、还原气氛下解毒。烧结矿经破碎、筛分后送往高炉炼铁。

在烧结配料中,铬渣的实际使用量为1. 69 % ,以取代部分熔剂,其他熔剂的调整则按成分计算确定生石灰与轻烧白云石的增减,以确保碱度与MgO 含量满足炼铁要求为基准。

配加铬渣后,各种熔剂和燃料配比皆有较大降低。配加铬渣前后有关参数指标变化情况可以看出,烧结工艺配烧铬渣后,对烧结矿主要技术指标没有明显影响,但利用系数降低0. 03 t/ (m2 ·h) 。因而,对铬渣的配比不宜过高。

铬渣专用上料线的建设在烧结配烧解毒铬渣过程中,必需采取相应的措施,严格防止产生二次污染。在配烧使用过程中须做到四不:不落地,不贮存,不水冲,不扬尘。为此,对烧结配烧使用铬渣需建设铬渣专用上料线。新建铬渣汽车受料槽(带防雨棚) ,铬渣通过大倾角皮带机运入到2 个铬渣配料矿槽。

新建1 个污水池,将水封槽污水汇集到新建污水池中,然后送入机头、机尾除尘系统污泥制浆池内混料用,既节约了新水又避免了污水外排。

烧结配烧铬渣对环境的影响为了了解烧结配烧铬渣过程中对环境的影响,分别对配烧铬渣的烧结矿和返粉,以及烧结水封拉链水中Cr6 + 及总Cr 含量进行了监测分析2。

水封拉链水中实际质量浓度目前国家对固体废物中有毒有害成分的控制,以一定量固体废物单位体积浸出液中所含有毒有害物质的量进行控制。对废水中的污染物质则直接以单位体积废水中污染物质的量进行控制。

国家标准《危险废物鉴别标准—浸出毒性鉴别(GB5085. 3O1996) 》危险废物浸出液总铬鉴别值是10 mg/L ,六价铬鉴别值是1. 5 mg/L。因此,烧结矿和炼铁返粉中总铬和六价铬含量都低于危险废物国家标准鉴别值。

国家标准《污水综合排放标准( GB8978O1996) 》第一类污染物最高允许排放质量浓度总铬1. 5 mg/L , 六价铬0.5 mg/L。第一烧结厂水封拉链水中总铬含量和六价铬含量超过此排放标准。但水封拉链水循环使用,不外排,因此不会造成水污染。

环保处理铬渣过程中的个体防护为了防止在烧结、炼铁工艺处理铬渣过程中对岗位工人的毒害,必须加强岗位工人的个体防护。采取的措施是:为工人配备完善的劳保护品,工作服、防尘毒口罩、护目镜、披肩、长筒手套、高帮皮鞋等。配备专用洗衣机,专洗铬渣工人的工作服。另外备有硫代硫酸钠溶液,一旦铬渣尘侵入眼睛或划破皮肤, 立即用硫代硫酸钠溶液冲洗, 即将六价铬还原,防止六价铬对人体的毒害。

总结(1) 经过烧结炼铁工艺处理铬渣,能够比较彻底地对铬渣中的Cr6 + 进行解毒。

(2) 在现有烧结工艺条件下,配加一定量的铬渣,对烧结矿的主要技术指标无明显影响,烧结矿的质量有保证。

(3) 铬渣作为一种有毒的工业废物,在烧结生产工艺过程中可代替一定量的消石灰和白云石做烧结熔剂,能产生一定的经济效益。

(4) 经过采取严密的防护措施,不会产生二次污染。

(5) 在烧结配烧铬渣解毒过程中,会对烧结利用系数产生一定影响,铬渣配加量必须控制在1. 6 %以内。

(6) 为防止在配烧铬渣过程中岗位职工受到伤害,应为配烧铬渣岗位职工配发标准的劳动保护用品—披肩、护目镜、防毒防尘口罩、橡胶手套、高帮工作鞋。

(7) 利用烧结炼铁工艺解毒处理铬渣是一种最经济、处理量最大、处理速度最快的方法,值得推广3。