CN114349477B

CN114349477B - 一种高铬渣量解毒配方及协同轻集料生产的工艺

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Publication number: CN114349477B
Application number: CN202210033209.2A
Authority: CN
Inventors: 黄强; 卢丰玉; 黄治齐
Original assignee: Hunan Guofa Holding Co ltd
Current assignee: Hunan Guofa Holding Co ltd
Priority date: 2022-01-12
Filing date: 2022-01-12
Publication date: 2023-08-25
Anticipated expiration: 2042-01-12
Also published as: CN114349477A

Abstract

一种高铬渣量解毒配方及协同轻集料生产的工艺，配方中的原料按质量百分比计为：铬渣占60~80%、铝硅富集物占15~40%、复合助剂占1~5%。铝硅富集物包括黏土、钾长石、石英、氧化铝、焦宝石、莫来石、高岭石中的一种或多种。复合助剂起到还原及助熔的作用。原料经过干燥、计量、破碎、球磨、造粒、烧制、筛分后得到烧成轻集料产品。相较现有技术，本发明将配方中铬渣的比重提高到80%，并且在加入复合助剂使烧成轻集料产品中的六价铬彻底被还原并固化的基础上，将烧成温度降低到900~1000℃，且在无冷却工艺的情况下，三价铬也不会因温度降低而氧化。一方面实现铬渣的彻底无害化，另一方面实现铬渣的完全资源化。

Description

一种高铬渣量解毒配方及协同轻集料生产的工艺

技术领域

本发明属于固废、危废与资源化利用技术领域，涉及一种高铬渣量解毒配方及协同轻集料生产的工艺。

背景技术

铬渣是一种含有“六价铬”等重金属的危险废物，也是世界卫生组织公布的强致癌物。它易溶于水，对土壤、水源造成严重污染，对动植物的生长甚至人类生产生活造成极大的危害。全国20多个城市遗留了600多万吨铬渣，因技术和财力限制，当年并无能力对这些铬渣进行无害化处理，因此形成了一个个铬渣“堡垒”。如今国内外对铬渣的控制和治理研究颇多，但现有的技术成本都高居不下，且处理量无法满足现实需求，如何在将铬渣无害化的同时，对其进行资源化利用，是研究的重点方向。

现有研究表明，六价铬在高温下可与C或CO等反应而被还原成三价铬，从而降低铬的毒性，且铬渣中的金属氧化物在热处理过程中表现出易熔融生成玻璃的特性，其烧成产物可以形成较为理想的微观结构，将铬固化于其中可有效降低铬的传输。因此，可以利用该原理进行铬渣的解毒，现有技术中，通过在铬渣高温解毒的过程中，添加一些辅料还能同时生产出具有一定经济效益的产品，比如陶粒等轻集料，例如专利文件CN102584175B用底泥及铬渣为原料制备超轻高防水型陶粒，其中铬渣占原料的10~20%，烧成温度为1150~1250℃；专利文件CN106278369A利用铬渣、粉煤灰制备陶粒，其中铬渣粉末占原料的15~30%，烧成温度为1000~1200℃。上述的两个技术方案的配方中，铬渣的比重较小，均小于30%，因此，相对来说，对于铬渣的消耗（处理）能力不够理想；同时两者的烧成温度也较高，均在1000℃以上，对设备的耐温性能要求高，设备成本高。

另外，铬渣在进行高温解毒时一般使用回转窑，在回转窑窑体的后半段，物料中的低熔点物质呈半熔融状态，极易附着于窑体内壁而形成瘤体，且回转窑生产连续运行，使得瘤体无法及时清理，结瘤严重到一定程度时，可能导致焚烧系统无法运行。

综上所述，现有技术中存在铬渣处理量小、烧成温度高的缺点，使得铬渣的处理成本较高，难以实现产业化，所以如何从配方上增大铬渣比重、降低其它原料成本，从工艺上降低烧成温度、减少工艺成本、降低设备运行成本、提高使用效率和安全性是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是：克服现有技术上的上述不足，而提供一种高铬渣量配方及协同轻集料生产的工艺，相较现有技术，可将配方中铬渣的比重提高到80%，并且在加入复合助剂使铬渣中的六价铬彻底被还原并固化的基础上，将烧成温度降低到900~1000℃，且无需后续冷却工艺抑制三价铬被重新氧化。一方面实现铬渣的彻底无害化，另一方面实现铬渣的完全资源化，生产出具有高附加值和广阔应用前景的烧成轻集料产品。

本发明的技术方案是：一种高铬渣量配方及协同轻集料生产的工艺。其利用铬渣在特定化学剂的作用下高温还原的干法解毒技术，将铬渣、红泥、粉煤灰、钾长石、煤炭和复合助剂按一定比例混合均化后制粒，放入窑内进行高温烧制，六价铬在高温下充分反应还原成三价铬并被固化，将烧成段烟气通入冷却段，利用烟气中存在的CO等还原物质保持还原气氛，抑制三价铬在冷却过程中发生逆反应形成六价铬，保证对铬渣的解毒效果。产品烧成后，符合标准的产品保留，不符合的产品可回到物料系统中重新利用，无废渣外流。

干法解毒还原六价铬的化学原理如下：

研究表明，解毒效果主要受三个因素的影响：

（1）粒度；

（2）温度；

（3）微观还原气氛。

综合上述因素，本发明针对性的做出了如下方向的调整：

（1）由于解毒速度与粒径的平方成反比，将粒径尽量缩小，以提高解毒效果；

（2）因温度越高，还原速度会以指数方式迅速增大，但温度过高又会导致铬渣发生过烧现象，设备也易出现结瘤现象；而且温度过高则能耗升高，成本增加，故本发明在配方中添加复合助剂，该复合助剂可在满足六价铬充分还原的前提下，尽可能降低烧成温度；

（3）在烧成时将高温设备烧成段中的烟气送入冷却段，由于烟气中含有一氧化碳等还原性气体，使烟气可为产品提供良好的还原气氛，有效抑制了三价铬因温度降低而发生氧化。

具体的，本发明首先提供了一种铬渣无毒化配方，配方中的原料按质量百分比计为：铬渣占60~80%、铝硅富集物占15~40%、复合助剂占1~5%。

进一步地，所述铝硅富集物主要包括黏土、粉煤灰、钾长石、石英、氧化铝、焦宝石、莫来石、高岭石等岩石矿物中的一种或多种。

进一步地，硅铝富集物中Si：Al含量比为2：1~10：1。。

进一步地，所述复合助剂可为煤炭、硫酸亚铁、飞灰、污泥、海泥、生物质、碎玻璃、煤炉渣、焦油渣中两种以上的混合物。

进一步地，优选为铬渣60~80%，红泥10~30%，钾长石5~10%，煤炭1~3%，硫酸亚铁0~2%。

与现有配方相比本发明的优势在于：

（1）本发明中铬渣的用量远大于现有配方中的用量，且能够生产出高质量的产品；大多数的现有配方中铬渣量不超过30%，因此这些现有配方无法实现快速大规模消耗处理铬渣的目的，还有一些现有配方中，铬渣的含量过高，其配方中的其余成分不足以产生作用从而生产出有价值的高质量产品。

（2）由于本发明中铬渣为主料，其他均为辅料，且辅料占比较小，在不影响铬渣的消耗量以及产品性能的基础上，其他辅料均可用具有相同作用及成分的本地固、危废进行替代，使原料的来源稳定且成本更低。

本发明还提供一种利用上述配方协同轻集料生产的工艺，其工艺步骤为：

第一步：干燥，将铬渣放入干燥机中进行干燥，控制含水率；使含水率不超过13%。

第二步：计量，将复合助剂及铝硅富集物同铬渣按所述配方中的比例混合，得到混料。

第三步：破碎，将混料放入破碎设备中进行破碎，后干燥处理，使混料的含水率控制在10%以下。

第四步：球磨，将破碎处理后的混料放入球磨设备进行粉碎研磨，得到粉料，控制粉料的含水率在5%以下。

第五步：造粒，使用造粒设备对混合粉料进行造粒，形成粒径为5-20mm的颗粒物料，即球料。

第六步：烧制，将球料放入高温设备中进行烧制，高温设备包括烧成段和冷却段，球料在烧成段进行烧制后，转移到冷却段进行冷却。

第七步：筛分，将成品按一定标准进行筛分检测，其中合格品为轻集料产品，未合格品则作为原料回到工艺中重新利用。

进一步的，在第五步中，造粒可以采用干法造粒和湿法造粒，配方中物料本身含水率高，且性质对水和热不敏感即使用湿法造粒，如原料污泥。当物料含水率低，且加水和加热会对物料物化性质造成破坏时采用干法造粒，如原料为含水率低的碎玻璃。

进一步的，在第六步中，所述的高温设备包括反射炉、多膛炉、竖窑、回转窑、沸腾炉、施风炉、流态化焙烧炉、飘悬焙烧炉、烧结筒、烧结机和竖式焙烧炉中的任意一种。

进一步的，在第六步中，烧成段的最高温度为900~1000℃，烧成时间为15min-120min，优选的，烧成时间为45min-90min。烧制时预热时间为0-60min，预热温度为350~450℃。

进一步的，在第六步中，烧成段的烟气先通入冷却段，使冷却段保持还原气氛，这样当物料从烧成段转移到冷却段时，可以抑制物料中的三价铬因含氧量上升和温度降低而被氧化，冷却段的烟气再进行除尘、收集等处理。即物料进入冷却段降温时，将高温设备烧成段内产生的烟气通入冷却段中，烟气中的CO等还原物质可以使冷却段保持还原气氛，防止三价铬发生逆反应而被氧化成六价格。

进一步地，当高温设备为回转窑时，产生的烟气量偏大，为防止二次污染，增加除烟除尘设备。

本工艺的优势体现在：

（1）本发明的配方中铬渣含量高，现有技术最大的缺憾就是进行铬渣解毒时，消耗的铬渣含量低，而待处理铬渣量却巨大，按照现有的技术完全无法在合理时间内处理掉一定规模的铬渣储量，本发明的配方中铬渣含量可以达到60%-80%，不仅充分消纳了铬渣，还可以用铬渣生产出轻集料产品，达到了将危废资源化利用的目的，而且缩短了处理时间，降低了时间成本。

（2）烧成温度低，在复合助剂的作用下，使得铬渣最高烧到950℃时便能使六价铬充分还原为三价并固化，浸出检测完全达到要求，同时烧成温度降低，不仅节约能耗，还减少了回转窑运行过程中因温度过高而出现的结瘤现象，延长装备的使用寿命。

（3）原料可进行本地化替代，除铬渣外，本发明配方中其余原料的占比不高，且均可使用具体相应化学性质的本地固、危废（如污泥、飞灰等）进行等效替代，使得该工艺的原料来源稳定，成本低，满足环保要求。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，本实施例中未具体说明的方法或工艺，均为现有技术。

实施例1

本实施例是一种铬渣解毒协同轻集料生产的工艺，包括如下步骤：

第一步：将铬渣原料进行干燥，使其含水率降低至13%。

第二步：原料按质量分数计，铬渣75%、粉煤灰4%、红泥15%、钾长石2%、煤炭3%、硫酸亚铁1%进行配料和混料。

第三步：将上述混料放入破碎机中进行破碎，使含水率降为10%。

第四步：将破碎后物料放入球磨机进行粉碎研磨，出料粒径为200目，球磨后物料含水率为5%。

第五步：将球磨后物料放入制粒圆盘进行造粒，出料直径在5-20mm，得到的球状物料的含水率为12%，成粒率达到99%。

第六步：将球料放入回转窑进行高温烧成，入炉物料含水率要求为16%，窑内烧成段的最高温度为900℃，入窑温度为400℃，物料由400℃升温到900℃的时间为1h，在900℃下反应时间为90min，后在1h内降温至600℃。将烧成段产生的烟气进行三级除尘后通入后段的冷却段中，物料从烧成段进入冷却段降温时，烟气可以使冷却段保持还原气氛，防止三价铬被氧化回六价状态。

第七步：筛分，将得到的产品按照直径要求为5-20mm，密度为400kg/m3-900kg/m3的标准进行筛分，合格品为轻集料成品，未合格产品则返回原料系统，重新利用。

本实施例生产得到的产品的主要重金属离子浸出浓度的检测结果如下表1：

所得产品的技术参数如下表2：

产品符合轻集料国家标准GB/T17431.1-2010要求，产品经质检部门检测，其产品质量达到优等品。

对工艺过程中产生的烟气进行检测，排气筒高度为30m，结果如下表3：（Kg/h）

烟气排放均符合大气污染物综合排放标准GB/T16297-2004要求。

Claims

1.一种铬渣协同轻集料生产的工艺，其特征在于，原料采用以下配方：按质量比计，铬渣75~80%、铝硅富集物15~40%、复合助剂1~5%，所述复合助剂具有还原性和助熔作用，用于还原六价铬并降低烧结温度，所述铝硅富集物包括黏土、粉煤灰、钾长石、石英、氧化铝、焦宝石、莫来石、高岭石中的一种或多种；

所述工艺具体包括如下步骤：

第一步：干燥，将铬渣放入干燥设备中进行干燥，控制含水率到13%以下；

第二步：计量，将复合助剂及铝硅富集物同铬渣按所述配方中的比例混合，得到混料；

第三步：破碎，将混料放入破碎设备中进行破碎；

第四步：球磨，将破碎处理后的混料放入球磨设备进行粉碎研磨，得到粉料；

第五步：造粒，对混合粉料进行造粒，形成粒径为5-20mm的颗粒物料，即球料；

第六步：烧制，将球料放入高温设备中进行烧制，高温设备包括烧成段和冷却段，球料在烧成段进行烧制后，转移到冷却段进行冷却；控制烧成段最高温度为900~1000℃，烧成时间为15min-120min；

第七步：筛分，将成品按一定标准进行筛分，合格品为轻集料产品；

在所述第六步中，烧成段的烟气通入冷却段，使轻集料烧制全过程保持还原气氛，三价铬不会因氧含量升高和温度降低而氧化；

所述复合助剂由硫酸亚铁和煤炭组成，或者所述复合助剂由煤炭和飞灰组成，或者所述复合助剂由生物质和飞灰组成，或者所述复合助剂由生物质和污泥组成，或者所述复合助剂由煤炭和污泥组成。

2.根据权利要求1所述的一种铬渣协同轻集料生产的工艺，其特征在于：所述硅铝富集物中的Si：Al含量比为2：1~10：1。

3.根据权利要求1所述的一种铬渣协同轻集料生产的工艺，其特征在于：在所述第五步中，造粒方法包括干法造粒和湿法造粒，根据配方物料的性质、含水率不同进行分别处理。

4.根据权利要求1所述的一种铬渣协同轻集料生产的工艺，其特征在于：在第六步中，所述的高温设备包括反射炉、多膛炉、竖窑、回转窑、沸腾炉、施风炉、烧结筒、烧结机中的任意一种。