利用二次铜渣机械化学法还原解毒无钙焙烧铬渣的研究

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2025-0079

摘要/Abstract

摘要：

无钙焙烧铬渣（COPR）是铬盐生产过程中产生的典型工业危险废物，具有较高的环境风险。基于“以废治废”理念，提出以二次铜渣（SCS）为还原剂，通过机械化学法对COPR进行协同解毒处理，旨在实现固体废弃物的再利用与环境友好型治理的双重目标。实验优化得到的最佳处理参数为：球磨速率为550 r/min、球料比（BPR）为12.5、球磨时间为120 min、m（SCS）∶m（COPR）为1∶5、98%H₂SO₄用量为0.12 mL。在此条件下，COPR中总Cr浸出质量浓度由478.16 mg/L降至2.56 mg/L，Cr（Ⅵ）浸出质量浓度由455.35 mg/L降至0.25 mg/L，满足HJ/T 301—2007《铬渣污染治理环境保护技术规范》的标准要求。表征分析表明，机械力破坏COPR的晶体结构和鲕状形貌，减小粒径、增加反应活性位点，从而使包埋的Cr（Ⅵ）得以释放；SCS中Fe（Ⅱ）在酸性环境中被激活，与Cr（Ⅵ）发生还原反应生成Cr（Ⅲ），最终形成稳定的氢氧化物沉淀。该研究创新性地实现以SCS协同还原COPR中Cr（Ⅵ），为COPR的绿色解毒处置与SCS的再利用提供技术支撑和新思路。

关键词: 无钙焙烧铬渣, 机械化学法, 还原, 解毒

Abstract:

Calcium⁃free roasted chromite ore processing residue（COPR） is a typical hazardous industrial waste generated during chromium salt production and poses significant environmental risks.In this study，a mechanochemical approach was proposed based on the “waste⁃to⁃treat⁃waste” concept，using secondary copper slag（SCS） as a reducing agent to achieve the synergistic detoxification of COPR.The aim was to realize both the resource utilization of solid waste and environmentally friendly remediation.The optimal treatment parameters were determined as follows：ball milling speed of 550 r/min，ball⁃to⁃powder ratio of 12.5，milling time of 120 minutes，mass ratio of SCS to COPR of 1∶5，and the dosage of 98% sulfuric acid of 0.12 mL.Under these conditions，the total leaching concentration of Cr in COPR was decreased from 478.16 mg/L to 2.56 mg/L，and Cr（Ⅵ） was decreased from 455.35 mg/L to 0.25 mg/L，meeting the standards specified in the Technical Specification for Chromium Slag Pollution Control（HJ/T 301—2007）.The characterization results revealed that mechanical forces disrupted the crystalline structure and oolitic morphology of COPR，reduced particle size，and increased reactive surface sites，thereby facilitating the release of encapsulated Cr（Ⅵ）.Meanwhile，Fe（Ⅱ） in SCS was activated under acidic conditions and transferred electrons to Cr（Ⅵ），reducing it to Cr（Ⅲ），which subsequently precipitated as stable hydroxide compounds.This study innovatively demonstrated the feasibility of synergistic Cr（Ⅵ） reduction in COPR using SCS，providing technical support and new insights for the green detoxification and resource utilization of COPR.

Key words: chromite ore processing residue, mechanochemical method, reduction, detoxification

中图分类号:

X781

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图/表 14

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参考文献 36

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原料	w（Fe）	w（Na）	w（Al）	w（Cr）	w（Ca）	w（Si）	w（S）
COPR	31.81	7.38	7.11	5.97	4.41	3.94	0.20
SCS	16.71	3.97	4.09	0.13	11.51	14.30	1.07

来源	方差平方和	D_f	均方差	F值	P值	显著性
模型	53 772.84	20	2 688.64	115.19	<0.000 1	显著
A	15 886.08	1	15 886.08	680.60	<0.000 1	显著
B	16 674.10	1	16 674.10	714.36	<0.000 1	显著
C	4 812.68	1	4 812.68	206.19	<0.000 1	显著
D	2 744.74	1	2 744.74	117.59	<0.000 1	显著
E	11.14	1	11.14	0.477 2	0.496 0	不显著
AB	909.54	1	909.54	38.97	<0.000 1	显著
AC	1 692.09	1	1 692.09	72.49	<0.000 1	显著
AD	539.91	1	539.91	23.13	<0.000 1	显著
AE	36.37	1	36.37	1.56	0.223 5	不显著
BC	1 389.09	1	1 389.09	59.51	<0.000 1	显著
BD	61.73	1	61.73	2.64	0.116 4	不显著
BE	57.52	1	57.52	2.46	0.129 0	不显著
CD	754.33	1	754.33	32.32	<0.000 1	显著
CE	31.77	1	31.77	1.36	0.254 4	不显著
DE	42.15	1	42.15	1.81	0.191 1	不显著
残差	583.53	25	23.34
失拟项	496.63	20	24.83	1.43	0.370 1	不显著
纯误差	86.91	5	17.38
总离差	54 356.37	45
						R²=0.961 2

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