含铬钢渣解毒机理及高效资源化利用研究

Stainless steel slag containing chromium was investigated in order to enhance the efficiency in the use of stainless steel slag containing chromium, reduce emissions and save energy by means of metallurgical physical chemistry, structural chemistry mineralogy modern test technology research method. The contents of the project include that: the mode of occurrence of the Cr-containing component under cooling and solidification process in stainless steel slag, thermal properties of final slag and The effect on the valence of Cr-containing component in stainless steel slag by the factors including cooling system, slag composition, atmosphere; the changing condition of the valence of Cr-containing component in reductive detoxification process, reductive detoxification and non-toxic directional induction mechanism; solidification mechanism of Cr, Ni elements in solidification detoxification process, leaching kinetics of Cr6+ in solidified body, occurrence state and stability of Cr in stainless steel slag glass ceramics; comprehensive utilization method of the valuable components in stainless steel slag containing chromium, the liquid-solid phase reaction kinetics investigation, the key theory and methods about the preparation of structural/ functional materials through overall utilization of stainless steel slag containing chromium The above contents provide theoretical support and method for overall, harmless resource utilization of stainless steel slag containing chromium.

以全面提高含铬钢渣的利用效率，降低排放，节省能源为目标，本课题以含铬不锈钢渣为研究对象，采用冶金物理化学、结构化学、工艺矿物学和现代测试技术相结合的研究方法，研究冷却凝固过程含Cr组元在不锈钢渣中的赋存状态，冷却制度、炉渣成分、气氛等因素对不锈钢渣中含Cr组元价态的影响，终渣的热学性质；含铬不锈钢渣在还原解毒过程中含Cr组元价态变化条件，Cr还原解毒机理及Cr6+的无毒化定向诱导机制；固化解毒处理中Cr、Ni等元素的固化机理及固化体中Cr6+的浸出动力学规律，钢渣微晶玻璃中含Cr组元的的赋存状态及稳定性；资源化利用含铬不锈钢渣中有价组元的方法，探讨液-固相反应动力学规律，整体化利用含铬不锈钢渣制备结构/功能材料新方法所涉及的材料制备及应用的关键理论与方法。通过以上研究为含Cr不锈钢渣的整体化、无害化、资源化利用提供理论支撑和方法。

不锈钢渣的高效资源化综合利用受其复杂的结构及组成所限制，本项目以探究含铬钢渣解毒机理及其综合利用为目标，对不锈钢渣中含铬组元赋存状态及终渣的物理化学特性进行研究，在此基础上改变冷却制度和炉渣成分研究对铬元素富集状态的影响；探究不同还原剂种类及还原时间下六价铬解毒机理及最佳参数；进一步研究六价铬酸性浸出参数及浸出过程动力学；最后对制备微晶玻璃、Ca-Fe-LDHs及硫酸钙晶须等技术参数进行研究。主要研究结论如下：（1）不同冷却制度下含铬组元的物相种类没有发生变化，尖晶石形状不规则变化；冷却速度的降低有利于尖晶石相生长。（2）碱度降低可以使铬元素富集于尖晶石相中，硅酸盐基质中的铬含量降低；氧化硼与氧化铝添加含量的增加，铬在尖晶石中的含量逐渐增加，铬在水溶性物相逐渐向稳定性物相中转移。（3）实验得出不锈钢渣终渣的热容Cp=48.142 J∙mol/K，平均线性热膨胀系数α=9x10-6 K-1，热传导系数λ=0.7 W/m∙K。（4）不锈钢渣还原解毒过程中，碳热还原实验3.75:0.2配比为最佳六价铬还原条件；硫酸铵六价铬还原选择1:2为最佳配比；急冷可使得六价铬的浸出量降低；六价铬含量随着二氧化硅含量的增加而降低；氧化硼添加量较低时六价铬的浸出量较低。（5）酸性浸出实验最佳条件下浸出率可以达到90%左右，残渣中铬富集在尖晶石相中，并在毒性测试下不会被浸出；不锈钢渣铬的酸性浸出过程动力学模型可以用孔扩散模型来描述，其反应速率关系式为kt=-lg(1-X)；不锈钢渣固化体中含铬组元进入尖晶石和辉石相内部，起到固化作用。（6）以不锈钢渣为原料制备出性能优异的微晶玻璃、Ca-Fe-LDHs及硫酸钙晶须，并得到了关键的技术参数。