含能废气解毒铬渣与脱毒铬渣综合利用研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:zhang514409411
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铬盐和金属铬作为重要的工业原料,被广泛的应用于冶金、制革、染料、电镀等行业,但也副产大量含铬废渣。铬渣中因含有大量水溶性的六价铬Cr(Ⅵ),有着严重的环境污染风险,被国家列为危险废物。铬渣湿法解毒药剂成本高、存在二次污染和解毒不彻底等问题;微生物解毒法处理时间长、处理规模小;干法解毒工艺操作简单、解毒效果彻底、处理量大,在工业生产中普遍采用,但也存在投资大、能耗较高的问题。因此,寻求经济高效且无二次污染的铬渣解毒方法具有重大的现实意义。针对现有的干法解毒技术成本高的问题,本论文以危险废物铬渣的处理处置问题为研究对象,基于以废治废的原则,采用实验室模拟的以一氧化碳为主要还原剂的含能废气在高温条件下对铬渣进行解毒,研究铬渣在升温还原过程中物相变化及反应机理,分析铬渣升温脱毒的反应动力学及限制因素,通过添加剂筛选及粒径分级解毒对常规工艺进行优化,通过强度和半动态浸出毒性实验,研究了解毒后的铬渣用作水泥掺合料和集料的综合利用方法,最后进行了中试规模的处理并分析技术经济性,为该技术的工程应用提供技术工艺包。具体研究内容及结论如下:(1)Cr(Ⅵ)大部分存在于第三类矿物晶格内,高温条件可以破坏包含Cr(Ⅵ)的矿物结构,使Cr(Ⅵ)释放出来;CO解毒铬渣的反应过程中的控制环节为内扩散,因而该反应主要受温度限制;CO解毒铬渣的反应分为两个阶段:200℃以下部分矿物结合水发生解析,矿物表面吸附及游离的水溶性Cr(Ⅵ)发生还原反应,动力学方程为:(?);200400℃包含Cr(Ⅵ)的矿物结构被破坏,是铬渣中Cr(Ⅵ)被还原的主要反应阶段,动力学方程为:(?);400℃以上为矿物组分继续失氧的过程,对铬渣脱毒已无效果。(2)反应条件(反应温度、反应时间、处理量、气体流量、CO浓度、破碎粒径)影响铬渣中的Cr(Ⅵ)浸出浓度和总量。破碎粒径和气流量的影响规律性不明显,对铬渣中Cr(Ⅵ)浸出浓度和总量的影响具有明显规律性的反应条件,其影响的显著性由大到小排列依次为:反应温度?CO浓度>处理量>反应时间;采用响应面分析方法优化后的反应温度可降低至390℃,远低于传统碳解毒铬渣工艺温度。(3)物料特性(H2浓度、CH4浓度、添加剂、铬渣粒径特性)影响铬渣中Cr(Ⅵ)浸出浓度和总量。含能废气中含量较少的还原性气体中,H2可以提高铬渣的解毒效率,CH4则会抑制解毒效率;实验研究的几种添加剂对CO解毒铬渣反应的优化作用大小依次为MgO>FeO>Al2O3,随着添加量的增加,Cr(Ⅵ)总量和浸出浓度均降低,MgO为最优的添加剂,可以将铬渣解毒达标的温度条件降低至350℃;铬渣颗粒中Cr(Ⅵ)总量及浸出浓度随着粒径的增加而升高,解毒达标需要的温度也逐渐升高,细粒径(0.0530.53 mm)、中等粒径(0.535 mm)、粗粒径(510 mm)颗粒反应温度分别为300、350、400℃时,可达到Cr(Ⅵ)浸出浓度低于1.5 mg/L的标准。(4)中试规模的实验结果表明,400℃温度条件下解毒后的铬渣Cr(Ⅵ)浸出浓度可以达到生活垃圾填埋场污染控制标准,500℃温度条件下解毒后的铬渣可用于混凝土细骨料和矿物掺合料。在适当的添加比例下,胶砂试件的强度可以达到普通民用建筑对混凝土强度的要求;铬渣中的Cr(Ⅵ)在水泥的固化作用下迁移能力进一步降低,有效扩散系数低于10-9数量级,浸出因子>9,Cr(Ⅵ)的可移动性低于高温玻璃化法固定后的铬渣中Cr(Ⅵ)的可移动性。
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