鉻渣中鉻的浸取實驗研究

向 鵬,張團慧,師亞茹,蘇 毅

(昆明理工大學 化工學院,云南 昆明 650500)

鉻渣是鉻電鍍過程中產生的含鉻污泥，由于鉻渣中含有的六價鉻化合物有很強的氧化性，對人和自然環境都會產生嚴重危害[1-3]。目前鉻渣堆存量已經在400萬t以上，這些鉻渣由于未采取解毒措施，對環境造成了嚴重破壞，應盡快加以處理利用。另外，鉻作為一種有價金屬，其化合物在許多工業部門中被廣泛運用。因此，對電鍍鉻渣中鉻進行回收循環利用，既能處理鉻渣污染問題，又能提高鉻的綜合利用價值，對處理電鍍鉻渣具有重要意義[4-7]。

作者采用堿性氧化焙燒處理電鍍鉻渣，將不溶的鉻氧化物轉化為可溶的鉻化合物，使鉻進入溶液中，以此達到分離提取電鍍鉻渣中鉻的目的。同時研究了工藝條件對鉻浸出率的影響規律。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

實驗所用原料為云南某地電鍍鉻渣，通過對該電鍍鉻渣熒光分析，其主要元素和含量見表1，其中w(Cr)=6.225%。實驗中其它試劑均為市售分析純。

表1 主要化學元素分析結果

表1分析的是固體表面部分的成分，有一定的局限性和誤差，所以該分析數據只能作為參考，實驗時所需的主要元素含量需自行分析測定。實驗研究中按GB/T 15555.8—1995《 固體廢物 總鉻的測定 硫酸亞鐵銨滴定法》進行分析測定，測得實驗原料中w(Cr)=6.07%。

電熱恒溫水浴鍋：HH-S224，江蘇省醫療器械廠；精密電動攪拌器：DJ1C，江蘇省金壇市大地自動化儀器廠；鼓風干燥箱：FN101-3，長沙儀器儀表廠；電子天平：LT2002，常熟市天量儀器有限責任公司；電子分析天平：TB-214，上海諾頂儀器設備有限公司；高溫箱式電爐：HY-1600XB，洛陽恒宇實驗電爐廠。

1.2 實驗原理

電鍍鉻渣中鉻主要以Cr2O3的形式存在，在高溫條件下，Cr2O3能與鈉鹽反應生成鉻酸鹽，而鈣、鐵、鋅等其它主要金屬化合物不參與反應。

高溫煅燒過程主要反應如下。

1.3 實驗方法

將25 g鉻渣與一定量的碳酸鈉、氫氧化鈉和硝酸鈉研磨混合，裝入陶瓷坩堝中，在高溫箱式爐中高溫煅燒。將煅燒后的渣經研磨后與100 mL 20 g/L的碳酸鈉溶液在500 mL燒杯中浸出，浸出時間為2 h，攪拌速度為300 r/min，浸出溫度用恒溫水浴鍋控制在80 ℃，用水洗滌3次(30 mL/次)，將濾渣干燥至質量恒定，稱量并研磨，分析其w(Cr)。

1.4 分析方法

按GB/T 15555.8—1995《固體廢物 總鉻的測定 硫酸亞鐵銨滴定法》進行分析測定。

2 結果與討論

2.1 煅燒溫度對鉻浸出率的影響

煅燒物料中m(鉻渣)=25 g，m(NaNO3)=10 g，m(Na2CO3)=15 g，m(NaOH)=0 g。煅燒時間為2 h，浸出時ρ(Na2CO3)=20 g/L，V(浸出液)=100 mL，浸出溫度為80 ℃，浸出時間為2 h，攪拌速度為300 r/min，用水洗滌3次(30 mL/次)，煅燒溫度對鉻浸出率的影響見圖1。

煅燒溫度/℃圖1 煅燒溫度對鉻浸出率的影響

由圖1可以看出，隨著煅燒溫度的增加，鉻的浸出率呈現先增大后減少的趨勢。當煅燒溫度由400 ℃上升到500 ℃時，鉻浸出率由61.14%上升到80.74%，增加了 19.60%。當煅燒溫度由500 ℃上升到600 ℃時，鉻浸出率由80.74%上升到89.69%，增加了8.95%，上升趨勢有所減緩。當煅燒溫度由600 ℃上升到700 ℃時，鉻浸出率由89.69%下降到了84.72%，下降了4.97%。當煅燒溫度升高到800 ℃時，鉻浸出率進一步下降到79.91%，說明煅燒溫度對實驗有明顯的影響，根據實驗研究結果，選擇煅燒溫度600 ℃為最佳工藝條件。

2.2 m(NaOH)對鉻浸出率的影響

煅燒溫度為60 ℃,其它條件與2.1相同，m(NaOH)對鉻浸出率的影響見圖2。

由圖2可以看出，隨著m(NaOH)的增加鉻浸出率呈現先減小后增大，最后趨于平衡的趨勢。當m(NaOH)由0 g增加到5 g時，鉻浸出率由88.12%減小到83.14%，減小了4.98%。當m(NaOH)增加到10、15、20 g時，鉻浸出率分別為88.63%、93.10%、93.02%。當m(氫氧化鈉)=10 g時就會出現燒結現象，很難將燒結后的鉻渣全部用于浸出，而計算鉻渣浸出率的時候是用原料鉻渣中含鉻量減去浸渣中的鉻含量再除以原料鉻渣中的含鉻量，因而這樣得出的鉻渣浸出率就會偏大。此外，NaOH加入量越大，燒結情況越嚴重。不加NaOH時，鉻浸出率也能達到88.12%，綜合考慮各種因素，選擇m(NaOH)=0 g，即不添加氫氧化鈉為最佳工藝條件。

m(NaOH)/g圖2 m(NaOH)對鉻浸出率的影響

2.3 m(Na2CO3)對鉻浸出率的影響

煅燒溫度為600 ℃，其它條件與2.1相同，m(Na2CO3)對鉻浸出率的影響見圖3。

m(Na2CO3)/g圖3 m(Na2CO3)對鉻浸出率的影響

由圖3可以看出，隨著m(Na2CO3)的增加，鉻浸出率呈現先增大后減小，又增大的趨勢。當m(Na2CO3)從0 g增加到5 g時，鉻浸出率從83.69%增加到87.23%，增加了3.54%。當m(Na2CO3)從5 g增加到10 g時，鉻浸出率從87.23%增加到88.86%，增加了1.63%，增加趨勢有所減緩。當m(Na2CO3)從10 g增加到15 g時，鉻浸出率從88.86%減少到81.19%。m(Na2CO3)增加到20 g，鉻浸出率又上升到87.33%。根據實驗結果，選取m(Na2CO3)=10 g，即m(Na2CO3)∶m(鉻渣)=2∶5為最佳工藝條件。

2.4 m(NaNO3)質量對鉻浸出率的影響

煅燒溫度為600 ℃，m(Na2CO3)=10 g，其它條件與2.1相同，m(Na2NO3)對鉻浸出率的影響見圖4。

m(NaNO3)/g圖4 m(NaNO3)對鉻浸出率的影響

由圖4可得，隨著m(NaNO3)的增加，鉻浸出率呈現先增加后趨于穩定的趨勢。當m(NaNO3)從0 g增加到5 g時，鉻浸出率從45.34%大幅度提高到83.76%，說明NaNO3對鉻浸出率有很大影響。當m(NaNO3)分別為10、15、20 g時，鉻浸出率分別為86.25%、91.27%、91.24%。當m(NaNO3)=15 g時，鉻浸出率達到91.27%為最佳。因此，選取硝酸鈉質量15 g，即m(NaNO3)∶m(鉻渣)= 3∶5為最佳工藝條件。

2.5 煅燒時間對鉻浸出率的影響

煅燒溫度為600 ℃，m(NaCO3)=10 g，m(NaNO3)=15 g，其它條件與2.1相同，煅燒時間對鉻浸出率的影響見圖5。

由圖5可以看出，鉻浸出率隨著煅燒時間的增加先增加后趨于平穩。當煅燒時間從0.5 h增加到1 h時，鉻浸出率從85.70%增加到了90.11%，增加了4.41%。當煅燒時間從1 h增加到1.5 h時， 鉻浸出率反而回落到89.53%，降低了0.58%。當鉻浸時間分別為2、2.5、3 h時，鉻浸出率分別為90.67%、91.38%、91.08%，基本趨于平穩。因此選取煅燒時間2.5 h為最佳工藝條件。

煅燒時間/h圖5 煅燒時間對鉻浸出率的影響

3 結 論

(1) 將鈉鹽和電鍍鉻渣高溫煅燒后，用Na2CO3溶液提取鉻的方法是可行的。鉻的浸出率可達91.38%；

(2) 煅燒階段的最佳工藝條件為：煅燒溫度600 ℃，不添加NaOH，m(Na2CO3)∶m(鉻渣)=2∶5，m(NaNO3)∶m(鉻渣)= 3∶5，煅燒時間為2.5 h。在最佳工藝條件下，鉻浸出率可達91.38%。

參 考 文 獻：

[1] 王興潤,李麗,劉雪,等.鉻渣治理技術的應用進展及特點分析[J].中國給水排水,2009,25(4):10-14.

[2] 石玉敏,王彤.鉻渣解毒處理處置技術綜述[J].化工環保,2008,28(6):471-477.

[3] 梁愛琴,匡少平,白卯娟.鉻渣治理與綜合利用[J].中國資源綜合利用,2003(1):15-18.

[4] 杜良,王金生.鉻渣毒性對環境的影響與產出量分析[J].安全與環境學報,2004,4(2):34-37.

[5] DERMATAS D,CHRYSOCHOOU M,MOON D H,et al.Ettringite-induced heave in chromite ore processing residue (COPR) upon ferrous sulfate treatment[J].Environmental Science & Technology,2006,40(18):5786-5792.

[6] GUNARATNAM M,GRANT M H.The role of glutathione reductase in the cytotoxicity of chromium (VI) in isolated rat hepatocytes[J].Chemico-Biological Interactions,2001,134(2):191-202.

[7] 張大磊,何圣兵,蔡榮寶,等.鉻渣的熱解無害化處理[J].環境污染與防治,2009,31(10):1-5.