一種協同處理黃磷爐渣和鉻渣的方法與流程
2023-10-20 03:21:12 1
本發明涉及一種協同處理黃磷爐渣和鉻渣的方法，屬於工業固體廢棄物資源化利用技術領域。
背景技術：
雲南是磷化工大省，其中電爐法生產黃磷的具體過程為將磷礦石、焦炭和矽石的混合料加入到電爐內，其中矽石和焦炭作為造渣劑和還原劑，加熱發生反應產生含磷爐氣，之後經過冷凝、分離而得到。電爐內主要發生以下兩種化學反應：
2ca3(po4)2+6sio2+10c→6casio3+p4+10co(1)
6ca10(po4)6f2+90c+43sio2→3sif4+20ca3si2o7+18p2+90co(2)
當磷礦石的主要成分為磷酸鈣（ca3(po4)2）時，主要發生化學反應(1)，當磷礦石的主要成分為氟磷灰石（ca5(po4)3f）時，主要發生化學反應(2)。在生成黃磷的同時會副產一定量的黃磷爐渣，平均每生產1噸黃磷產生9噸黃磷爐渣，其產生量約為8×106噸/年。黃磷爐渣的堆存不僅侵佔寶貴的土地資源，還會造成環境汙染問題，嚴重製約黃磷爐產業的可持續發展。
鉻是美國epa公認的129種重點汙染物之一，我國也將其列入到了《國家危險廢物名錄》。鉻具有多種氧化價態，通常以cr(ⅲ)和cr(ⅵ)兩種形式穩定存在於自然界中。cr(ⅲ)毒性相對較低，通常以cr2o3和cr(oh)3等形式存在；cr(ⅵ)的毒性是cr(ⅲ)的100倍，主要以hcro4-和cr2o72-的形式存在。我國在《重金屬汙染綜合防治「十二五」規劃》中將鉻及其化合物列為「十二五」期間重點防控的重金屬汙染物指標。目前，對於危險廢物無害化處理與處置多採用焚燒、水泥固化/穩定化、瀝青固化、水泥窯協同處置、礦物聚合物固化處理。但這些處理方法只是將重金屬元素包裹在固化體內部，增容比高、浸出率高，具有二次溶出的風險，不能達到長久固定的目的。
技術實現要素：
本發明針對現有技術的不足，提供一種協同處理黃磷爐渣和鉻渣的方法，即在n2或co氣體氛圍條件下，利用黃磷爐渣和鉻渣協同製備微晶玻璃，以解決黃磷爐渣和鉻渣堆存問題，產生的微晶玻璃還可以用作建築材料，可促進黃磷產業和有色金屬鉻冶煉行業的可持續發展。
一種協同處理黃磷爐渣和鉻渣的方法，具體步驟為：
（1）分別將黃磷爐渣和鉻渣研磨、過篩，分別得到篩下的黃磷爐渣粉體和鉻渣粉體；
（2）將步驟（1）所得黃磷爐渣粉體和鉻渣粉體混合均勻得到混合粉體，置於反應容器中，在n2或co氣體氛圍條件下，加熱熔融反應1~3h。之後澆注成型，退火處理得到基礎玻璃；
（3）在n2或co氣體氛圍條件下，將步驟（2）所得基礎玻璃進行核化處理、晶化處理，冷卻即得微晶玻璃；
以質量百分數計，所述步驟（2）混合粉體中黃磷爐渣佔45~97%，鉻渣佔3~55%；
所述步驟（2）中熔融反應溫度為1000~1300℃；
所述步驟（3）中核化處理溫度為750~850℃，核化處理時間為1~3h；晶化處理溫度為950~1100℃，晶化處理時間為1~3h；
按質量百分數計，所述黃磷爐渣的主要成分為：cao40%～50%，sio230～40%，al2o31%～5%，mgo1%～6%；
按質量百分數計，所述鉻渣的主要成分為：cao10%～20%，zno10%～16%，fe2o310%～15%，cr2o38%～15%。
本發明的有益效果：
（1）本發明協同處理黃磷爐渣和鉻渣的方法，在n2或co氣體氛圍條件下，利用黃磷爐渣和鉻渣製備微晶玻璃，廢渣利用率可高達100%；
（2）本發明製備的製備出的微晶玻璃，物化性能較優，浸出毒性率符合相應標準，可以作為建築材料。
附圖說明
圖1為實施例1製備的微晶玻璃的sem圖。
具體實施方式
下面結合具體實施方式對本發明作進一步詳細說明，但本發明的保護範圍並不限於所述內容。
實施例1：本實施例選用的黃磷爐渣為電爐法生產黃磷過程中產生的自然冷卻渣，其原料組成見表1，鉻渣為鉻鹽生產過程中產生的電鍍鉻渣，其原料組成見表2；
一種協同處理黃磷爐渣和鉻渣的方法，具體步驟為：
（1）分別將黃磷爐渣和鉻渣研磨、過篩，分別得到篩下的黃磷爐渣粉體和鉻渣粉體；
（2）將步驟（1）所得黃磷爐渣粉體和鉻渣粉體混合均勻得到混合粉體，其中，以質量百分數計，混合粉體中黃磷爐渣佔97%，鉻渣佔3%，將混合粉體置於反應容器中，在n2氣體氛圍條件下，加熱至1300℃並熔融反應1h，澆注成型，退火處理得到基礎玻璃；
（3）在n2氣體氛圍條件下，將步驟（2）所得基礎玻璃進行核化處理、晶化處理，冷卻即得微晶玻璃，其中核化處理溫度為750℃，核化處理時間為3h；晶化處理溫度為950℃，晶化處理時間為3h；
本實施例製備的微晶玻璃的sem圖如圖1所示，從圖1可知，本實施例製備的微晶玻璃晶體結構為短柱狀且有規律的分布，晶化完全；
採用阿基米德法測定體積密度；依據《建築裝飾用微晶玻璃jc/t872-2000》，測定吸水率；採用美國危險廢棄物毒性浸出程序(tclp)評價毒性浸出水平；結果顯示本實施例製備的微晶玻璃的體積密度為2.53cm3/g，吸水率為0.02%，六價鉻的浸出濃度為0.001mg/l。
實施例2：本實施例選用的黃磷爐渣為電爐法生產黃磷過程中產生的自然冷卻渣，其原料組成見表3，鉻渣為鉻鹽生產過程中產生的電鍍鉻渣，其原料組成見表4；
一種協同處理黃磷爐渣和鉻渣的方法，具體步驟為：
（1）分別將黃磷爐渣和鉻渣研磨、過篩，分別得到篩下的黃磷爐渣粉體和鉻渣粉體；
（2）將步驟（1）所得黃磷爐渣粉體和鉻渣粉體混合均勻得到混合粉體，其中，以質量百分數計，混合粉體中黃磷爐渣佔90%，鉻渣佔10%，將混合粉體置於反應容器中，在n2氣體氛圍條件下，加熱至1250℃並熔融反應2h，澆注成型，退火處理得到基礎玻璃；
（3）在n2氣體氛圍條件下，將步驟（2）所得基礎玻璃進行核化處理、晶化處理，冷卻即得微晶玻璃，其中核化處理溫度為800℃，核化處理時間為2h；晶化處理溫度為1000℃，晶化處理時間為2h；
本實施例製備的微晶玻璃的sem圖可知，本實施例製備的微晶玻璃晶體結構為短柱狀且有規律的分布，晶化完全；
採用阿基米德法測定體積密度；依據《建築裝飾用微晶玻璃jc/t872-2000》，測定吸水率；採用美國危險廢棄物毒性浸出程序(tclp)評價毒性浸出水平；結果顯示本實施例製備的微晶玻璃的體積密度為2.60cm3/g，吸水率為0.02%，六價鉻的浸出濃度為0.02mg/l。
實施例3：本實施例選用的黃磷爐渣為電爐法生產黃磷過程中產生的自然冷卻渣，其原料組成見表5，鉻渣為鉻鹽生產過程中產生的電鍍鉻渣，其原料組成見表6；
一種協同處理黃磷爐渣和鉻渣的方法，具體步驟為：
（1）分別將黃磷爐渣和鉻渣研磨、過篩，分別得到篩下的黃磷爐渣粉體和鉻渣粉體；
（2）將步驟（1）所得黃磷爐渣粉體和鉻渣粉體混合均勻得到混合粉體，其中，以質量百分數計，混合粉體中黃磷爐渣佔80%，鉻渣佔20%，將混合粉體置於反應容器中，在co氣體氛圍條件下，加熱至1200℃並熔融反應1.5h，澆注成型，退火處理得到基礎玻璃；
（3）在co氣體氛圍條件下，將步驟（2）所得基礎玻璃進行核化處理、晶化處理，冷卻即得微晶玻璃，其中核化處理溫度為850℃，核化處理時間為1h；晶化處理溫度為1050℃，晶化處理時間為2.5h；
本實施例製備的微晶玻璃的sem圖可知，本實施例製備的微晶玻璃晶體結構為短柱狀且有規律的分布，晶化完全；
採用阿基米德法測定體積密度；依據《建築裝飾用微晶玻璃jc/t872-2000》，測定吸水率；採用美國危險廢棄物毒性浸出程序(tclp)評價毒性浸出水平；結果顯示本實施例製備的微晶玻璃的體積密度為2.45cm3/g，吸水率為0.01%，六價鉻的浸出濃度為0.05mg/l。
實施例4：本實施例選用的黃磷爐渣為電爐法生產黃磷過程中產生的水淬渣，其原料組成見表7，鉻渣為鉻鹽生產過程中產生的電鍍鉻渣，其原料組成見表8；
一種協同處理黃磷爐渣和鉻渣的方法，具體步驟為：
（1）分別將黃磷爐渣和鉻渣研磨、過篩，分別得到篩下的黃磷爐渣粉體和鉻渣粉體；
（2）將步驟（1）所得黃磷爐渣粉體和鉻渣粉體混合均勻得到混合粉體，其中，以質量百分數計，混合粉體中黃磷爐渣70%，鉻渣佔30%，將混合粉體置於反應容器中，通入co氣體，加熱至1150℃並熔融反應2.5h，澆注成型，退火處理得到基礎玻璃；
（3）在co氣體氛圍條件下，將步驟（2）所得基礎玻璃進行核化處理、晶化處理，冷卻即得微晶玻璃，其中核化處理溫度為800℃，核化處理時間為1.5h；晶化處理溫度為1050℃，晶化處理時間為1.8h；
本實施例製備的微晶玻璃的sem圖可知，本實施例製備的微晶玻璃晶體結構為短柱狀且有規律的分布，晶化完全；
採用阿基米德法測定體積密度；依據《建築裝飾用微晶玻璃jc/t872-2000》，測定吸水率；採用美國危險廢棄物毒性浸出程序(tclp)評價毒性浸出水平；結果顯示本實施例製備的微晶玻璃的體積密度為2.65cm3/g，吸水率為0.04%，六價鉻的浸出濃度為0.07mg/l。
實施例5：本實施例選用的黃磷爐渣為電爐法生產黃磷過程中產生的水淬渣，其原料組成見表9，鉻渣為鉻鹽生產過程中產生的電鍍鉻渣，其原料組成見表10；
一種協同處理黃磷爐渣和鉻渣的方法，具體步驟為：
（1）分別將黃磷爐渣和鉻渣研磨、過篩，分別得到篩下的黃磷爐渣粉體和鉻渣粉體；
（2）將步驟（1）所得黃磷爐渣粉體和鉻渣粉體混合均勻得到混合粉體，其中，以質量百分數計，混合粉體中黃磷爐渣佔45%，鉻渣佔55%，將混合粉體置於反應容器中，在co氣體氛圍條件下，加熱至1000℃並熔融反應3h，澆注成型，退火處理得到基礎玻璃；
（3）在co氣體氛圍條件下，將步驟（2）所得基礎玻璃進行核化處理、晶化處理，冷卻即得微晶玻璃，其中核化處理溫度為850℃，核化處理時間為1.5h；晶化處理溫度為1100℃，晶化處理時間為1h；
從本實施例製備的微晶玻璃的sem圖可知，本實施例製備的微晶玻璃晶體結構為短柱狀且有規律的分布，晶化完全；
採用阿基米德法測定體積密度；依據《建築裝飾用微晶玻璃jc/t872-2000》，測定吸水率；採用美國危險廢棄物毒性浸出程序(tclp)評價毒性浸出水平；結果顯示本實施例製備的微晶玻璃的體積密度為2.40cm3/g，吸水率為0.09%，六價鉻的浸出濃度為0.10mg/l。