[发明专利]一种基于晶相调控从冶金废渣中提取回收重金属铬的方法

说明书

本发明公开了一种基于晶相调控从冶金废渣中提取回收重金属铬的方法。冶金废渣进行破碎过筛，获得废渣粉末与纯碱或烧碱并添加氯化钠进行混合均一，在空气氛围下焙烧，焙烧冷却后的废渣进行洗涤、过滤，分离得到铬提取溶液和脱铬残渣。本发明通过氯化钠与纯碱或烧碱促进了高硅含量冶金废渣中铬的氧化，其中氯化钠作为承担模板剂与Na⁺运输载体的作用，可加速并控制硅酸钠晶体的取向生长，释放被包裹的氧化铬相，降低了反应底物接触受阻的影响，形成的大孔道提供了氧传递通道，提升了反应氧含量，加速了铬的氧化效率。采用本方法含铬冶金废渣的铬提取率大于95％，实现了铬的资源化回收利用，具有良好的社会经济效益和生态环境效益。

技术领域

本发明属于冶金废渣中重金属铬资源回收领域，具体涉及一种基于晶相调控从冶金废渣中提取回收重金属铬的方法。

技术背景

在铬铁、硅铬、铁镍等合金冶炼过程中，会产生大量的工业废弃物——冶金废渣。这些冶金废渣中常常含有约10wt％的重金属铬。在我国大陆地区每年排放的冶金废渣高达上千万吨，然而对废渣处置仍以露天堆存为主。这不仅占用大量土地面积，而且暴露在风雨中易产生含重金属的粉尘与渗滤液，对周边的生态环境造成巨大的负担。另一方面，铬是一种战略资源金属，以10wt％铬含量计算每年将会有一百万吨的铬资源流失。因此冶金废渣中铬资源的回收利用具有极为重要的战略地位。

重金属铬的火法焙烧浸提技术，从最早的铬铁矿钙法焙烧提铬已经发展到无钙焙烧提铬(钠法焙烧：中国专利《一种以铬铁矿为原料一步制备红矾钠的方法及装置》；中国专利《一种铬铁矿无钙焙烧提取铬的方法》)，钠法焙烧主要的反应活性物质为纯碱或烧碱，以及氧气作为重要的氧化剂参与反应，整个过程反应式如下：2FeCr₂O₄+4Na₂CO₃+3.5O₂(g)＝4Na₂CrO₄+Fe₂O₃+4CO₂(g)；2FeCr₂O₄+8NaOH+3.5O₂(g)＝4Na₂CrO₄+Fe₂O₃+4H₂O(g)。该反应为气固液(气：O₂；固：铬铁矿；液：熔融态Na₂CO₃或熔融态NaOH)三相反应，其决定反应的速率的关键之一就是反应体系中氧的供给，直接影响铬的氧化提取率。传统的钠法焙烧常常受到氧气传质限制导致铬的提取效率低，为提高铬的氧化率，中国专利《一种铬铁矿低氮焙烧及熟料连续浸取制备铬酸钠的方法》提供了一种全氧燃烧的焙烧方式，以提高铬的氧化率。

然而，相比铬铁矿(Cr含量约40wt％)，含铬冶金废渣中铬的含量较低(Cr含量约10wt％)，且具有高硅含量(Si含量≥20wt％)的特点，包含大量的硅酸盐相与无定形玻璃相。含铬冶金废渣中的铬相稀散分布被硅酸盐相与无定形玻璃相包裹，使得反应底物接触受阻，与此同时硅相在900℃以上的高温下易形成粘稠的共晶液体，进一步阻碍氧气的传输，因此传统钠法焙烧对冶金废渣提铬效率大大降低。

发明内容

本发明目的之一是克服反应底物难以接触的难点。基于一种晶相调控思路，通过提高反应体系Na⁺浓度促进硅酸盐相向硅酸钠晶体相生长，释放被包裹的氧化铬参与氧化反应。

本发明目的之二是克服高硅含量导致的反应过程氧传递不足的难点。利用高于801℃下的氯化钠形成熔盐，促进Na⁺运输降低钝化层的形成，同时起到模板作用促进废渣形成大孔道的结构，提高氧的传递。

本发明提供了一种基于晶相调控从冶金废渣中提取回收重金属铬的方法。该方法可大幅降低纯碱或烧碱的添加量，对高硅含量冶金废渣中稀散分布的铬具有极高的氧化效率，可实现冶金废渣的铬深度提取分离。该方法具有工艺简单、成本低、处理量大、无二次污染等优点。