鉻渣是鉻鐵礦(kuang)與純(chun)堿(jian)及其它輔料經過(guo)煅燒，用水浸取其中鉻酸鈉以后的(de)廢(fei)渣，由于其產生量大，且殘留有水溶性六價鉻，含(han)量為0.28%～0.5%，必須(xu)加以妥善堆(dui)放并綜合處理利用，否則將會對環境造(zao)成(cheng)(cheng)一定的(de)危害大量的(de)鉻渣堆(dui)積不僅給環境保護帶來隱患(huan)，而且造(zao)成(cheng)(cheng)土地侵占，資源白白流失。

鉻(ge)渣的危害(hai)主要(yao)是(shi)渣中(zhong)的六價(jia)鉻(ge)引起的，鉻(ge)渣長(chang)期堆放(fang)不加處(chu)理(li)，則鉻(ge)渣中(zhong)的六價(jia)鉻(ge)經(jing)雨淋(lin)溶于水(shui)中(zhong)，進入(ru)地(di)表水(shui)中(zhong)或滲(shen)入(ru)地(di)下，將會污染(ran)水(shui)源和土(tu)壤，危害(hai)農(nong)田，損害(hai)人(ren)畜和其它生(sheng)物(wu)(wu)。對(dui)人(ren)體而言，攝(she)入(ru)過量的六價(jia)鉻(ge)能奪(duo)取血液中(zhong)的部(bu)分(fen)氧，使(shi)血紅蛋白變(bian)成高鐵血紅蛋白，致使(shi)紅細(xi)胞失(shi)去攜氧機能，造(zao)成內窒息(xi)；六價(jia)鉻(ge)被植(zhi)(zhi)物(wu)(wu)吸收后主要(yao)是(shi)保留在植(zhi)(zhi)物(wu)(wu)的根部(bu)，其次(ci)是(shi)莖葉(xie)中(zhong)，轉移(yi)到籽粒中(zhong)的量很小(xiao)。因此，它對(dui)農(nong)作(zuo)物(wu)(wu)的危害(hai)主要(yao)是(shi)影響植(zhi)(zhi)物(wu)(wu)生(sheng)長(chang)和產量。

而單(dan)質鉻和(he)三(san)價鉻對人體基本無害，唯一具有毒性的是(shi)六(liu)(liu)價鉻，因而鉻渣(zha)處理的首要任務是(shi)將六(liu)(liu)價鉻還原為三(san)價鉻。

全(quan)國許多研究院所(suo)、大(da)專院校以(yi)及鉻(ge)(ge)鹽(yan)(yan)企(qi)業都花了大(da)量(liang)的人力和(he)物力研究解(jie)(jie)決辦法(fa)，先后研究出鉻(ge)(ge)渣(zha)干法(fa)解(jie)(jie)毒、濕(shi)法(fa)解(jie)(jie)毒、鉻(ge)(ge)渣(zha)作玻璃著色劑(ji)等(deng)許多有效(xiao)辦法(fa)，并在企(qi)業中得到利(li)用，但這(zhe)些辦法(fa)一是成本(ben)高，二是利(li)用量(liang)小以(yi)及其(qi)它方面(mian)的問題，不能得到有效(xiao)推廣。利(li)用鉻(ge)(ge)渣(zha)作水(shui)泥礦化劑(ji)將(jiang)有助于鉻(ge)(ge)鹽(yan)(yan)行業“三廢”綜合利(li)用和(he)鉻(ge)(ge)鹽(yan)(yan)行業的技術(shu)步。

1  鉻渣作水泥礦化劑的可行性

加入(ru)鉻(ge)渣(zha)作礦化(hua)劑，會給生(sheng)料中帶入(ru)硅酸(suan)(suan)二鈣(gai)和鐵鋁酸(suan)(suan)四鈣(gai)兩(liang)種礦物(wu)(wu)，起(qi)到(dao)晶種的作用。另外，鉻(ge)渣(zha)中含有(you)低熔點(dian)化(hua)合物(wu)(wu)，如鉻(ge)酸(suan)(suan)鈉(na)、鉻(ge)酸(suan)(suan)鈣(gai)（兩(liang)者低熔點(dian)為740 ℃）及無定形物(wu)(wu)（玻璃相(xiang)(xiang)），還有(you)25%左右的鐵鋁酸(suan)(suan)鈣(gai)（熔點(dian)為1380 ℃），在水泥生(sheng)料焙燒時(shi)，鉻(ge)渣(zha)低熔點(dian)物(wu)(wu)首先熔融成液相(xiang)(xiang)，液相(xiang)(xiang)出(chu)現溫度下降150 ℃，液相(xiang)(xiang)量增(zeng)多，粘度下降，明顯促進氧化(hua)鈣(gai)同(tong)硅、鋁、鐵生(sheng)成硅酸(suan)(suan)鈣(gai)、鉻(ge)酸(suan)(suan)鈣(gai)、鐵鋁酸(suan)(suan)鈣(gai)的反應(ying)。

鉻渣中(zhong)的Cr2O3對硅(gui)酸(suan)二鈣吸(xi)收游離CaO起到催(cui)化作用，使(shi)得硅(gui)酸(suan)三鈣生成量(liang)提(ti)高(gao)，熟料(liao)(liao)中(zhong)游離的CaO含量(liang)大(da)大(da)減少，機械強度可(ke)以(yi)提(ti)高(gao)6～10 Mpa。同(tong)時(shi)，鉻渣可(ke)使(shi)水泥熟料(liao)(liao)的凝結時(shi)間縮短30～50 min，并且改(gai)善熟料(liao)(liao)的易磨性(xing)。鉻渣使(shi)生料(liao)(liao)的易燒性(xing)得到改(gai)善，物(wu)料(liao)(liao)上火(huo)速度快(kuai)，底火(huo)穩(wen)定，立窯臺(tai)時(shi)產量(liang)可(ke)提(ti)高(gao)15～20%，每噸熟料(liao)(liao)電耗降低(di)6～8度，節約(yue)原(yuan)煤10～20%。

另外(wai)，由(you)于鉻(ge)渣在水泥立窯中(zhong)還(huan)原氣氛(fen)的(de)作(zuo)用(yong)下(xia)，六(liu)價(jia)(jia)鉻(ge)被還(huan)原成三價(jia)(jia)鉻(ge)而達(da)到解(jie)毒的(de)目的(de)，加上水泥固化時對六(liu)價(jia)(jia)鉻(ge)的(de)封固作(zuo)用(yong)，使水泥中(zhong)的(de)水溶(rong)性六(liu)價(jia)(jia)鉻(ge)降到5 ppm以下(xia)。

圖1  立窯線生產水泥工藝流程圖

2  立窯水泥生產工藝流程及控制(zhi)條件

在(zai)水(shui)泥(ni)立窯生產工(gong)藝中，將(jiang)石(shi)(shi)灰石(shi)(shi)、煤、粘土等原(yuan)料(liao)用破碎(sui)機(ji)破碎(sui)后(hou)(hou)，由微(wei)機(ji)配(pei)料(liao)，與鉻渣(zha)、鐵質效(xiao)正原(yuan)料(liao)等一起通(tong)(tong)過(guo)生料(liao)磨(mo)磨(mo)制成(cheng)粉狀的黑生料(liao)，生料(liao)通(tong)(tong)過(guo)均(jun)(jun)化庫均(jun)(jun)化，加水(shui)成(cheng)球，然(ran)后(hou)(hou)置于立窯內煅燒。經(jing)過(guo)煅燒得到(dao)的水(shui)泥(ni)熟料(liao)再經(jing)破碎(sui)機(ji)破碎(sui)后(hou)(hou)，與石(shi)(shi)膏(gao)和其(qi)它混合材一起由微(wei)機(ji)配(pei)料(liao)后(hou)(hou)再進入水(shui)泥(ni)磨(mo)，最后(hou)(hou)得到(dao)了水(shui)泥(ni)成(cheng)品。其(qi)工(gong)藝流程(cheng)如圖一所(suo)示。

鉻(ge)渣(zha)(zha)作(zuo)(zuo)水(shui)泥(ni)(ni)礦化劑(ji)，并(bing)不改變原有水(shui)泥(ni)(ni)生(sheng)產工(gong)藝。鉻(ge)渣(zha)(zha)作(zuo)(zuo)水(shui)泥(ni)(ni)礦化劑(ji)技術關(guan)鍵是：反(fan)(fan)應溫度、反(fan)(fan)應時(shi)間(jian)、還原氣氛、熟料冷卻(que)時(shi)間(jian)及鉻(ge)渣(zha)(zha)摻入量，同(tong)時(shi)考慮(lv)鐵質校(xiao)正原料的(de)配入量。適宜的(de)反(fan)(fan)應溫度、反(fan)(fan)應時(shi)間(jian)及冷卻(que)時(shi)間(jian)可(ke)使鉻(ge)渣(zha)(zha)中的(de)六價鉻(ge)降到最低。

用鉻(ge)渣作水泥熟料(liao)(liao)礦化劑(ji)生產過(guo)程中(zhong)工藝(yi)過(guo)程控制參數(shu)為(wei)(wei)：鉻(ge)渣的(de)加入(ru)量為(wei)(wei)2%～3%；熟料(liao)(liao)的(de)配熱量為(wei)(wei)3975±210 KJ/Kg；熟料(liao)(liao)三(san)率值為(wei)(wei)石灰石飽和系數(shu)KH=0.94±0.02，硅(gui)率n=2.0±0.1，鋁率p=1.3±0.1；黑生料(liao)(liao)細(xi)度（通過(guo)0.08mm方孔篩(shai)）控制為(wei)(wei)7.0～8.0%之(zhi)間(jian)，采用成球煅燒工藝(yi)，球徑(jing)為(wei)(wei)5～8 mm，水分12～14%；采用淺(qian)暗(an)火(huo)或暗(an)火(huo)，大風量操作方式；窯子濕(shi)料(liao)(liao)層厚度為(wei)(wei)30～40 cm。

3  鉻(ge)渣(zha)在立窯中六價鉻(ge)的解毒機理

鉻(ge)渣、煤粉(fen)和其他原(yuan)料制(zhi)成球(qiu)送入立(li)窯(yao)，受(shou)熱(re)后(hou)煤粉(fen)及(ji)一氧化碳(tan)將六(liu)價鉻(ge)還原(yuan)。立(li)窯(yao)中心部(bu)份含CO 0.8%，CO2 34.0%，O2 0.10%，邊緣(yuan)部(bu)分(fen)含CO 0.6%，CO2 32.2%，O2 2.6%，證明立(li)窯(yao)的(de)預(yu)熱(re)帶和燒(shao)成帶的(de)還原(yuan)氣氛(fen)可以(yi)使料中六(liu)價鉻(ge)還原(yuan)，從而實(shi)現鉻(ge)渣解(jie)毒。反應式如(ru)下(xia)：

（1）2C+O2=2CO

（2）Na2CrO4+3CO=Cr2O3+2Na2O+3CO2

（3）2CaCrO4+3CO= Cr2O3+2CaO+3CO2

摻入不(bu)同量(liang)的鉻渣(zha)后水泥熟料試驗結果見表1。

注：鉻渣加入量為試驗條件(jian)，其余的各頂為試驗結果

由(you)表1可見，加(jia)入鉻渣作(zuo)礦化(hua)劑(ji)(ji)后水泥(ni)(ni)熟料的(de)質量(liang)均有所提(ti)高(gao)，綜(zong)合比較水泥(ni)(ni)熟料中(zhong)水溶性六價鉻濃度(du)(du)及水泥(ni)(ni)熟料的(de)抗折(zhe)強度(du)(du)和抗彎強度(du)(du)可以發現，摻入2%的(de)鉻渣作(zuo)水泥(ni)(ni)礦化(hua)劑(ji)(ji)時熟料的(de)抗折(zhe)強度(du)(du)和抗彎強度(du)(du)最高(gao)，六價鉻的(de)濃度(du)(du)也很低。

通(tong)過對黃石雄駿水泥(ni)有(you)限公(gong)司連續一周的生料、熟料、水泥(ni)進行采樣，對其中(zhong)水溶(rong)性Cr+6進行分析，結果見表2。

表2   水泥(ni)(ni)生料、熟(shu)料及水泥(ni)(ni)成品(pin)中Cr+6質量濃度           mg/㎏

連續(xu)一周的(de)(de)分(fen)析(xi)表明，摻燒(shao)2%的(de)(de)鉻(ge)(ge)(ge)渣后生產的(de)(de)水泥(ni)熟料、水泥(ni)中(zhong)六(liu)價鉻(ge)(ge)(ge)基(ji)本穩定在3 mg/㎏以下，符(fu)合固體廢物(wu)中(zhong)六(liu)價鉻(ge)(ge)(ge)排放標準（≤5 mg/㎏）。分(fen)析(xi)方法參(can)照固體廢物(wu)中(zhong)六(liu)價鉻(ge)(ge)(ge)分(fen)析(xi)方法。

4  鉻(ge)渣作水泥礦(kuang)化劑經濟效(xiao)益分(fen)析：

鉻渣(zha)(zha)一(yi)方面(mian)可代替螢石作(zuo)水泥(ni)礦化(hua)(hua)劑(ji)(ji)，另一(yi)方面(mian)由于(yu)鉻渣(zha)(zha)中鐵(tie)的(de)(de)含量約13%，配入(ru)生料中可適當降低鐵(tie)質(zhi)效正原料的(de)(de)用量。以年產(chan)20萬噸的(de)(de)水泥(ni)用鉻渣(zha)(zha)作(zuo)礦化(hua)(hua)劑(ji)(ji)作(zuo)經濟效益分析如下：

年(nian)產20萬(wan)噸(dun)水泥(ni)需熟料16萬(wan)噸(dun)，生(sheng)料27萬(wan)噸(dun)。

4.1  比(bi)較不用螢石的工藝

（1）節煤(mei)。噸熟料可節約原煤(mei)5～10%，按6%計算，無煙煤(mei)到廠價為(wei)400元(yuan)/噸，年可節約費用為(wei)：

16萬噸(dun)熟料(liao)×0.225噸(dun)煤(mei)/噸(dun)熟料(liao)×6%×400元/噸(dun)=86.4萬元

（2）節電(dian)(dian)。噸熟(shu)料電(dian)(dian)耗降低3～6度，按4度計(ji)算，電(dian)(dian)費(fei)為0.5元/度，每(mei)年可節約電(dian)(dian)費(fei)：

16萬噸×4度/噸×0.5元(yuan)/度=32萬元(yuan)

（3）節(jie)鐵質效正原料。按每月節(jie)省鋼渣250噸(dun)計，年節(jie)約(yue)鋼渣3000噸(dun)，鋼渣到廠價(jia)30元(yuan)計：3000噸(dun)×30元(yuan)=9萬元(yuan)

根據以上測(ce)算，用鉻(ge)渣作礦化劑年節(jie)約費用：86.4+32+9=127.4萬(wan)元，水泥生產成(cheng)本下降(jiang)6.37元/噸(dun)。

鉻渣代(dai)替(ti)螢(ying)石作礦(kuang)化劑(ji)，與螢(ying)石的價差比(bi)較

螢石加入量(liang)一般為(wei)生料的0.5～0.8%(按(an)0.6%計)，螢石到廠(chang)價按(an)250元/噸(dun)計：

27萬噸生料(liao)×0.6%×250元/噸=40.5萬元

節約鋼渣9萬元

根據以上測算，鉻渣代替螢石作水泥礦化劑，年可節約費用40.5+9=49.5萬(wan)元，即水泥生(sheng)產成本下降2.5元/噸。

有(you)效降低(di)鉻渣(zha)治(zhi)理費(fei)用：干(gan)法解毒成(cheng)(cheng)本需150元/噸(dun)(dun)左右，渣(zha)場堆存處(chu)置需40元/噸(dun)(dun)，而且還占(zhan)用土地資源。鉻渣(zha)作(zuo)水(shui)泥礦化劑處(chu)理成(cheng)(cheng)本約(yue)30元/噸(dun)(dun)，按年利(li)用量(liang)30000噸(dun)(dun)計算(suan)，最少可(ke)節約(yue)鉻渣(zha)治(zhi)理費(fei)30萬元。

5  結  論

鉻渣(zha)作水泥礦化劑（添加的(de)(de)量(liang)≤3%），提(ti)高熟料(liao)(liao)的(de)(de)硅率，減少煅燒(shao)礦物(wu)后液相料(liao)(liao)不足的(de)(de)缺陷，能夠大幅度(du)的(de)(de)提(ti)高物(wu)料(liao)(liao)強度(du)和機立(li)窯臺(tai)時產(chan)量(liang)，降低熟料(liao)(liao)的(de)(de)熱(re)耗。為鉻渣(zha)的(de)(de)推廣應用(yong)奠定了良好的(de)(de)基礎。

鉻(ge)渣中六價鉻(ge)在立窯中通過(guo)還原作(zuo)用達到解毒的目的，通過(guo)水泥固化作(zuo)用而(er)將(jiang)殘(can)留六價鉻(ge)封固于水泥石內部，不對環境造成影響。

鉻渣作(zuo)水(shui)泥礦化劑是在現有生產條件下開發，其水(shui)泥成(cheng)本(ben)比現行(xing)生產工藝成(cheng)本(ben)降低3%左(zuo)右(you)，改(gai)善水(shui)泥生產爐料理(li)化性能(neng)，使物料上(shang)火快、易燒(shao)、不(bu)結窯、節(jie)省煤炭，同時生產出的水(shui)泥具有早期強度(du)高、安定性穩(wen)定和(he)色澤好等優勢，工藝先進合(he)理(li)，符合(he)國家資源綜合(he)利(li)用和(he)環境(jing)保護(hu)政策。

鉻渣(zha)作水泥礦(kuang)化(hua)劑解決了鉻鹽生(sheng)產企業(ye)鉻渣(zha)環境污染嚴(yan)重的(de)問題，有利于資源綜合利用和環境保(bao)護。符(fu)合“綜合利用、化(hua)害為利、變廢為寶(bao)”的(de)方針和可(ke)持續(xu)發展理(li)論。

參考文獻：

[1]  丁(ding)翼，紀(ji)柱.鉻化(hua)(hua)合(he)物生產與應用[M].北京：化(hua)(hua)學工業(ye)出版社(she)，2003.

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