消除金属铬和铬盐生产过程中排出的废渣对环境的污染和使其得到综合利用的过程。铬渣是由铬铁矿加入纯碱、白云石、石灰石在1100~1200℃高温焙烧、用水浸出铬酸钠后的残渣。每生产1t铬酸盐约产生3~5t铬渣。
成分 铬渣的化学成分见下表。
铬渣的矿物组成主要有方镁石(MgO)、硅酸二钙(β–2CaO•SiO2)、铁铝酸钙(4CaO•Al2O3•Fe2O3)、亚铬酸钙(α–Ca(CrO2)2)、铬尖晶石((Mg•Fe)(CrO2)2)、四水铬酸钠(4Na2CrO4•4H2O)等。其中,有很大一部分类似水泥的物相组成,故铬渣也有水硬性,在空气中吸水结块。
危害 铬渣中的主要毒物为水溶性的四水铬酸钠,铬酸钠是强氧化剂,毒性强。铬渣堆置不仅占据土地,而且细粒随风飘扬造成空气污染;铬渣露天堆放,受雨雪淋浸,所含的六价铬被溶出渗入地下水或进入河流、湖泊中,污染环境。中国某铁合金厂的铬渣堆场,未采取相应的防渗措施,致使地下水六价铬离子含量猛增到150~180mg/L,超过饮用水标准数千倍,形成严重的污染公害,下游污染范围增加到15~20km2,污染地区几个村庄的生活用水,全靠由外面引进自来水或用车送水供应;各种农作物也都遭到不同程度的污染。六价铬、铬化合物以及铬化合物的气溶胶,能以多种形式危害人畜健康。因此,铬渣的堆存场必须采取铺地防渗和加设棚罩。
处理和利用 防止铬渣污染的办法是进行解毒处理。在有还原剂的酸性条件下,或在有碱金属硫化物、硫氢化物的碱性条件下,或在有硫、碳和碳化物存在的高温、缺氧条件下,六价铬都可还原为毒性较小的三价铬。铬渣的利用主要有六方面。
1、制烧结砖。将铬渣干燥、粉碎,按铬渣粉40%和粘土60%的比例混合配料,制坯、焙烧。在高温和强还原性环境中,六价铬还原为不溶于水的三价铬,消除剧毒,砖材可达到建筑要求。
2、制造水泥。用铬渣、石灰石、粘土等原料按普通硅酸盐水泥配料,可以烧制水泥熟料,用来制造水泥。利用碳还原后的铬渣同高炉粒化渣,转炉钢渣和硅酸盐水泥熟料。加入5%左右的石膏,也可制造少熟料钢铁渣水泥。
3、生产铬渣铸石。将30%铬渣、25%硅砂(含SiO2>95%)、45%烟道灰、3%~5%氧化铁皮(轧钢铁皮)混合、粉碎、于1500℃池窑中熔融,在1300℃下浇铸成型,结晶、退火后缓慢降温即为成品,模拟辉绿铸石组分是优良的耐酸耐腐蚀材料。
4、代替蛇纹石生产钙镁磷肥。蛇纹石的主要成分为MgO和SiO2,可用铬渣代替。先将铬渣造球,按无烟煤:磷矿:铬渣:硅石=37.5:50∶35∶15(重量比)的配料比装入高炉中,于1600℃进行熔融反应,经水淬骤冷,沥水分离,转筒内干燥后,球磨粉碎即得成品。
5、代替白云石、石灰石作炼铁熔剂。铬渣中CaO、MgO的含量与炼铁使用的白云石、石灰石中的量相近,可以代替白云石、石灰石炼铁。炼1t生铁耗用600kg铬渣,六价铬可全部还原、解毒彻底,而且生铁中铬成分上升、硬度、耐磨和耐腐蚀性都有所提高。
6、代替铬铁矿做玻璃着色剂。制造绿色玻璃时常用铬矿粉做着色剂,主要是利用三价铬离子在玻璃中的光学特性。铬渣中含有部分未反应掉的铬矿粉和六价铬,高温有利于六价铬转变为三价铬,彻底除毒,所得制品色泽翠绿鲜艳。铬渣加入量3%~5%为宜。
此外,水淬铬渣还可作为水泥混合材料、矿棉原料、耐热胶凝材料、熔融水泥原料等。由于铬渣具有毒性,难以运输,因而使它的利用受到了一定限制。