铬铁矿无钙焙烧渣中铁铝铬的资源化利用

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无钙渣是用铬铁矿生产铬盐后产生的危险工业固废。然而,其中含有多种金属元素,也是一种潜在二次资源,且年产量高达六十万吨。因此,发展其回收利用技术不仅是保护环境、节约资源的根本要求,更是铬盐产业可持续发展的迫切需要。本研究基于无钙渣的物理化学特性,提出了搅拌水洗-盐酸浸出-絮凝剂制备工艺,实现了无钙渣的高效利用。其中,水洗过程基于渣中铬酸钠水溶性,以去离子水为浸提剂,采用常压搅拌浸出法,实现铬酸钠高效回收。确定其最佳参数为:液固比10mL·g-1,浸提温度70oC,搅拌速率200 rpm,浸提时间33 min。该条件下,铬酸钠回收率高达97.27%。同时,该过程符合缩核模型,且主要受液膜扩散控制。其中,搅拌速率从50 rpm增大到300 rpm,浸出活化能从17.66 kJ·mol-1减小至11.27 kJ·mol-1。盐酸浸出过程基于渣中金属氧化物酸溶性,以盐酸溶液为浸提剂,湿法浸取回收金属元素,确定其最佳参数为:盐酸浓度12 mol·L-1、液固比5.6 mL·g-1、浸出温度110°C以及时间6 h。该条件下,铁、铝、铬、镁浸出率分别达到89.89%、93.99%、67.76%和95.25%。同时,金属元素浸出过程均符合缩核模型,且受界面化学反应控制,铁、铝、铬、镁浸出活化能分别为78.10 kJ·mol-1、66.44 kJ·mol-1、102.31 kJ·mol-1和81.66 kJ·mol-1。此外,引入机械球磨预处理过程,提高比表面积,增加表面能,此时,铁、铝、铬、镁浸出活化能分别降低为60.44 kJ·mol-1、61.61 kJ·mol-1、79.33kJ·mol-1以及70.55 kJ·mol-1。絮凝剂制备过程则基于酸浸液高铁铝含量,采用恒速滴碱-热辅助共聚工艺,制备聚合氯化铁铝,并用于垃圾渗滤液生化出水处理。确定其最佳制备参数为:氢氧化钠用量(即n(NaOH)/V(酸浸液))2 mol·L-1,氢氧化钠浓度0.2 mol·L-1,聚合温度45°C,熟化时间3 d,最佳絮凝参数为:水样pH 7.35,温度23°C,絮凝剂投加量11 g·L-1,沉降时间15 min。该条件下,絮凝效率为COD去除率76.33%,色度去除率83.54%。同时,以聚硅酸为改性剂,调节聚合氯化铁铝内在性质,以提高絮凝性能,增加安全性。确定其最佳配比(即n(ps)/V(酸浸液))为0.4 mol·L-1,该条件下,絮凝效率为COD去除率85.23%,色度去除率90.02%,且金属离子残留明显降低。
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