CN103952559B - 一种含钾有毒铁渣的高温还原解毒与回收利用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含钾有毒铁渣的高温还原解毒与回收利用方法，所述方法包括以下步骤：首先将含钾有毒铁渣压制成含钾有毒铁渣块体，再将含钾有毒铁渣块体埋入煤粉或置入于煤粉上方，然后将含钾有毒铁渣块体和煤粉一起输入高温气氛炉；将高温气氛炉升温，含钾有毒铁渣块体在炉内发生还原反应，生成钾蒸汽与含单质铁、低价铬的铁渣；钾蒸汽进行回收，排出的尾气通过碱溶液，除去CO2气体，未完全反应的CO气体导出，并通过点燃方式为炉体提供部分热源；含单质铁、低价铬的铁渣直接进行炼铁，或通过研磨、磁选，回收得铁粉精矿，余下的尾矿作为耐火材料、陶瓷或建筑材料的原料。本方法解毒彻底，工艺稳定、可靠，有价元素钾和铁得到回收利用。
Description
技术领域
本发明属于铬盐工业中有毒废渣的回收利用领域，具体地，本发明涉及一种含钾有毒铁渣的高温还原解毒与回收利用方法。
背景技术
铬盐工业是国家的重点行业，涉及国民经济10%的商品品种，同时，铬盐工业又是一个高能耗、高污染的行业，其产生的渣料是世界上最主要的重金属工业污染源之一。在我国，铬盐工业污染长期被列为化学工业严重污染之首。但是，由于市场驱动，近年我国铬盐有钙焙烧工艺生产能力增长较快，已成为世界铬化工大国，现有生产厂家达三十多家，遍及14个省区，不少企业甚至位于环境敏感区域，造成铬污染的严重加剧。近些年报道的癌症村等事件，不少就是铬盐工业中六价铬污染造成的，为群众的生命安全造成巨大的伤害和隐患。为此，国家制定了铬盐工业中铬渣排放量以及渣中水溶性六价铬含量的标准（GB4280-84），如表1所示。
表1.国家标准GB4280-84
| 项目（最高允许排放量） | 第一级 | 第二级 |
| 废渣排出量t/t产品 | 2.5-3.0 | 2.5-3.0 |
| 铁渣排出水溶性六价铬t/t产品 | 0.015 | 0.024 |
| 废渣中水溶性六价铬（mg/Kg废渣） | 5 | 8 |
中国科学院过程工程研究所面向国家战略需求和世界科技发展前沿，成功开拓了低温亚熔盐液相铬化工清洁生产技术，总铬回收率由传统工艺的75%提高至99%，渣中总铬含量由5%降至0.5%，铬渣量由2.5-3t/t产品降至0.5t/t产品。但上述方法仍然有铬的残留，且所产生的废渣中还含有其他可被利用的元素，因此亟需开发一种针对上述废渣的回收利用方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含钾有毒铁渣的高温还原解毒与回收利用方法，该方法通过高温还原彻底解毒六价铬，同时回收有价元素钾和铁，并有效利用余下尾矿。
为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案予以实现：
一种含钾有毒铁渣的高温还原解毒与回收利用方法，所述方法包括以下步骤：
1）铬盐工业中，所产生的含钾有毒铁渣压制成含钾有毒铁渣块体，再将含钾有毒铁渣块体埋入煤粉或置入于煤粉上方，然后将含钾有毒铁渣块体和煤粉一起输入高温气氛炉内；
2）将高温气氛炉升至设定温度并保温，含钾有毒铁渣块体在炉内还原气氛中发生还原反应，生成钾蒸汽与含单质铁、低价铬的铁渣；
3）钾蒸汽随气流进入收集器进行回收，排出的尾气通过碱溶液，除去CO2气体，未完全反应的CO气体导出，并通过点燃方式为炉体提供部分热源；
4）含单质铁、低价铬的铁渣直接进行炼铁，或通过研磨、磁选，将单质铁粉回收得到铁粉精矿，回收余下的尾矿可作为耐火材料、陶瓷或建筑材料的原料。
本发明采用的含钾有毒铁渣为铬盐工业亚熔盐清洁工艺所得的有毒废渣，该废渣中含有六价铬、钾、铁的氧化物、硅、镁、钙和铝。更具体地，其成分如表2所示：
表2.含钾有毒铁渣的主要组成
| 元素 | ∑K | Cr | Fe | Mg | Si | Al | Ca |
| Wt% | 3-9 | ＜1.0 | 28-35 | 9-13 | 0.5-1.2 | 1-3 | 0.5-1.0 |
优选地，所述含钾有毒铁渣块体为柱状块或球状块。
优选地，所述步骤1）中含钾有毒铁渣块体和煤粉的进料方式为间歇式，进料方向与气流方向相反，以避免铁渣带走随气流移动的钾蒸汽。
优选地，所述步骤2）中升温速率是5℃/min-15℃/min，设定温度是1150℃-1250℃，保温时间为1h-3h。
本发明所述步骤2）中炉内还原气氛的主要组成是CO气体。
本发明所述步骤2）中发生的化学反应主要包括：
1）2C+O2→2CO和2CO2+C→2CO；
2）分解出的K2O被还原：K2O+C→2K+CO；
3）铁的氧化物被还原：Fe2O3+C/CO→Fe+CO/CO2；
4）六价铬被还原为低价铬。
本发明所述步骤3）中钾蒸汽在随气流进入收集器过程中变为氧化钾。
优选地，所述步骤4）的还原铁渣研磨为湿法研磨，磁选强度为50-200mT，回收的铁粉精矿中的全铁含量为90%-98%，单质Fe含量为85%-95%。
优选地，所述步骤4）中的建筑材料为墙体砖。
本发明高温气氛炉中的气流可以通过通入二氧化碳或其他惰性气体形成，也可以通过抽气形成的负压来形成，本领域的技术人员也可以根据实际需要，选择其他形式的气流形成方式，该气流只要能满足带动钾蒸汽的流动即可。
本发明的含钾有毒铁渣经还原后，所形成的含单质铁、低价铬铁渣中钾含量低于0.3-0.5%。
本发明中钾的回收率可达90%以上，铁的回收率可达85%以上。
本发明中，在高温环境下，当温度大于1000℃时，会发生如下反应：2C+O2→2CO和2CO2+C→2CO；当温度T介于400-700℃时，2CO→CO2+C。
在高温还原气氛中，氧化钾被还原成金属钾并气化成钾蒸汽，钾蒸汽随气流进入收集器，在随气流移动过程中，金属钾的蒸汽会在降温过程中发生还原的逆反应，再氧化成氧化钾，这是因为当温度大于815℃时，K2O+C→2K+CO，而金属K的气化温度是766℃，当温度小于815℃时，K+O2/CO→K2O。其中钾元素的收集器应为耐碱性材料制成，如碱性耐火材料等；
高温还原过程中，铁的氧化物还原成铁单质，还原后的铁渣通过研磨、磁选，将单质铁粉回收，余下的尾矿用作建筑材料，制成耐火材料、陶瓷或墙体砖等。
本发明中的高温还原解毒是通过高温还原六价铬使其变成低价铬，使铁渣彻底解毒。
本发明的优点在于，解毒彻底、安全，有价元素钾和铁得到回收利用，并利用余下的尾矿，节约资源，提高经济效益。
附图说明
图1为本发明方法的流程示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图和实施例进一步阐明本发明的内容，但是本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
如图1所示，首先将铬盐工业中的含钾有毒铁渣压制成φ50mm×5mm的柱状块体，置入于煤粉上方，以间歇式进料方式输入高温气氛炉内，同时以相反的方向通入二氧化碳，炉子以10℃/min的速度升至1200℃，并保温2h，钾蒸汽随气流进入收集器，最终形成的是以碳酸氢钾为主的钾化合物。排出的尾气通过碱石灰溶液，除去CO2气体，未完全反应的CO气体导出、点燃；高温还原后含单质铁和低价铬的铁渣可直接作为炼铁材料进行炼铁，也可通过湿法棒磨，以50mT的磁选强度进行磁选，将单质铁粉回收得到铁粉精矿，余下的尾矿用作墙体砖的原料。
还原后含单质铁和低价铬的铁渣中钾的含量低于0.3%，钾的回收率为90%-93%。回收的铁粉精矿中的全铁含量为90%-98%，单质Fe含量为85%-95%，铁的回收率为85%-90%。
在本实施例中铁渣中的六价铬被还原为碳化铬或铬铁合金等低价铬。
实施例2
采用与实施例相同的流程，首先将铬盐工业中的含钾有毒铁渣压制成φ10mm球状块体，置入于煤粉上方，以间歇式进料方式输入高温气氛炉内，同时以相反的方向通入二氧化碳，炉子以5℃/min的速度升至1150℃，并保温3h，钾蒸汽随气流进入收集器，最终形成的是以碳酸氢钾为主的钾化合物。排出的尾气通过碱石灰溶液，除去CO2气体，未完全反应的CO气体导出、点燃；高温还原后含单质铁和低价铬的铁渣可直接作为炼铁材料进行炼铁，也可通过湿法棒磨，以100mT的磁选强度进行磁选，将单质铁粉回收得到铁粉精矿，余下的尾矿用作耐火材料的原料。
还原后含单质铁和低价铬的铁渣中钾的含量低于0.5%，钾的回收率为91%-94%。回收的铁粉精矿中的全铁含量为90%-98%，单质Fe含量为85%-95%，铁的回收率为87%-94%。
在本实施例中铁渣中的六价铬被还原为碳化铬或铬铁合金等低价铬。
实施例3
采用与实施例1相同的流程，首先将铬盐工业中的含钾有毒铁渣压制成φ100mm×5mm的柱状块体，埋入煤粉，以间歇式进料方式输入高温气氛炉内，同时以相反的方向通入二氧化碳，炉子以15℃/min的速度升至1250℃，并保温1h，钾蒸汽随气流进入收集器，最终形成的是以碳酸氢钾为主的钾化合物。排出的尾气通过碱石灰溶液，除去CO2气体，未完全反应的CO气体导出、点燃；高温还原后含单质铁和低价铬的铁渣可直接作为炼铁材料进行炼铁，也可通过湿法球磨，以200mT的磁选强度进行磁选，将单质铁粉回收得到铁粉精矿，余下的尾矿用作陶瓷的原料。
还原后含单质铁和低价铬的铁渣中钾的含量低于0.4%，钾的回收率为90%-95%。回收的铁粉精矿中的全铁含量为90%-98%，单质Fe含量为85%-95%，铁的回收率为88%-95%。
在本实施例中铁渣中的六价铬被还原为碳化铬或铬铁合金等低价铬。
Claims (10)
1.一种含钾有毒铁渣的高温还原解毒与回收利用方法，所述方法包括以下步骤：
1）铬盐工业中，所产生的含钾有毒铁渣压制成含钾有毒铁渣块体，再将含钾有毒铁渣块体埋入煤粉或置入于煤粉上方，然后将含钾有毒铁渣块体和煤粉一起输入高温气氛炉内；
2）将高温气氛炉升至设定温度并保温，含钾有毒铁渣块体在炉内还原气氛中发生还原反应，生成钾蒸汽与含单质铁、低价铬的铁渣；
3）钾蒸汽随气流进入收集器进行回收，排出的尾气通过碱溶液，除去CO2气体，未完全反应的CO气体导出，并通过点燃方式为高温气氛炉体提供热源；
4）含单质铁、低价铬的铁渣直接进行炼铁；或通过研磨、磁选，将单质铁粉回收得到铁粉精矿，回收余下的尾矿作为耐火材料、陶瓷或建筑材料的原料。
2.如权利要求1所述的含钾有毒铁渣的高温还原解毒与回收利用方法，其特征在于，所述的含钾有毒铁渣中含有六价铬、钾、铁的氧化物、硅、镁、钙和铝。
3.如权利要求1所述的含钾有毒铁渣的高温还原解毒与回收利用方法，其特征在于，所述含钾有毒铁渣块体为柱状块或球状块。
4.如权利要求1所述的含钾有毒铁渣的高温还原解毒与回收利用方法，其特征在于，所述步骤1）中含钾有毒铁渣块体和煤粉的进料方式为间歇式，进料方向与气流方向相反。
5.如权利要求1所述的含钾有毒铁渣的高温还原解毒与回收利用方法，其特征在于，所述步骤2）中升温速率是5℃/min-15℃/min，设定温度是1150℃-1250℃，保温时间为1h-3h。
6.如权利要求1所述的含钾有毒铁渣的高温还原解毒与回收利用方法，其特征在于，所述步骤2）中炉内还原气氛的主要组成是CO气体。
7.如权利要求1或2所述的含钾有毒铁渣的高温还原解毒与回收利用方法，其特征在于，所述步骤2）中发生的化学反应主要包括：
1）2C+O2→2CO和2CO2+C→2CO；
2）分解出的K2O被还原：K2O+C→2K+CO；
3）铁的氧化物被还原：Fe2O3+C/CO→Fe+CO/CO2；
4）六价铬被还原为低价铬。
8.如权利要求1所述的含钾有毒铁渣的高温还原解毒与回收利用方法，其特征在于，所述步骤3）中钾蒸汽在随气流进入收集器过程中变为氧化钾。
9.如权利要求1所述的含钾有毒铁渣的高温还原解毒与回收利用方法，其特征在于，所述步骤4）的含单质铁、低价铬的铁渣研磨为湿法研磨，磁选强度为50-200mT，回收的铁粉精矿中的全铁含量为90%-98%，单质Fe含量为85%-95%。
10.如权利要求1所述的含钾有毒铁渣的高温还原解毒与回收利用方法，其特征在于，所述步骤4）中的建筑材料为墙体砖。
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| CN103122407A (zh) * | 2013-03-14 | 2013-05-29 | 赖红君 | 铬渣压块直接入高炉无害化处理方法 |
-
2014
- 2014-04-10 CN CN201410143411.6A patent/CN103952559B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 铬盐清洁工艺中铬渣资源化利用实验研究;孙峙等;《矿产综合利用》;20051231(第6期);第36-39页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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