将铬渣全部转化为轻质碳酸镁和铁精矿粉的综合利用方法 技术领域
本发明属于铬渣的治理与综合利用技术，特别涉及一种将铬渣全部转化为轻质碳酸镁产品和铁精矿粉产品的综合利用方法。
背景技术
铬盐工业是无机盐工业的一个重要分支，是国民经济不可缺少的一门化工原料行业。由于传统铬盐工业所排放的大量铬渣对环境造成严重污染，很大程度上制约了铬盐工业的发展。目前我国已积存的铬渣有300万吨左右，并仍以每年20万吨的速度递增，造成资源的极大浪费和环境的严重污染。目前国内外对铬渣的治理方法主要以固化法处理为主，固化法(参见黎小华，《重庆环境科学》1989.7)是指以物理或化学的方法将铬渣固定在固体为基质的最终产物中，目前一般有熔融固化法和水泥固化法。熔融固化法主要有将铬渣作为玻璃着色剂，钙镁磷肥，铸石、炼铁溶剂、人造骨料、制铁铬合金、铬渣棉、瓷料等，熔融固化法既消除了污染又进行了综合利用，缺点是能耗大，成本高。水泥固化法是将铬渣粉碎加入一定量地无机酸或硫酸亚铁等，随着水泥的凝结固化将铬渣的有害组分封固起来而不被溶出，达到高度稳定和无害的目的。该法消耗大量水泥，动力消耗大，经济效益较差。由于传统工艺自身原因，即铬渣量大、渣中铬含量高、铬渣组成复杂，而使得铬渣处理成本过高，难以工业化实施。
本申请人於1998年申请了《铬酸钠的清洁生产方法》专利，中国专利号：98100556。由于其专利具有先进的工艺，产生的铬渣不仅数量少(仅为传统渣量的1/4)、渣中铬含量低(总铬含量＜1％)，而且铬渣组成简单，主要成分为Mg、Fe及少量Al、Si、Cr的化合物。其中镁以Mg(OH)2的形式存在，具有很大的反应活性，易与CO2反应生成可溶解的Mg(HCO3)2而被提取出来，如何进一步将其充分治理及综合利用是本发明的任务，这是与中国专利98100556《铬酸钠的清洁生产方法》的继续申请。
发明内容
本发明的目的是将已有的铬渣治理及综合利用技术的不足加以克服，把对环境造成极大危害的铬渣被全部转化为轻质碳酸镁和铁精矿粉，与中国专利98100556、发明名称《铬酸钠的清洁生产方法》的专利工艺相衔接，实现了铬盐工业的清洁生产，达到了铬盐生产的无渣排放，具有良好的社会效益，从而提供一种成本低、工艺简单的将铬渣全部转化为轻质碳酸镁产品和铁精矿粉产品的综合利用方法。
本发明采用加压碳化浸取铬渣，碳化后的铬渣浆料过滤分离得到Mg(HCO3)2水溶液和铁精矿滤饼；Mg(HCO3)2水溶液进入热解塔，通入蒸汽，在95～105℃条件下分解10～40分钟得到轻质碳酸镁浆料；轻质碳酸镁浆料经过滤、洗涤、干燥、粉碎、分级得到轻质碳酸镁成品。本方法所得轻质碳酸镁产品达到国家标准特级品要求。铁精矿滤饼经过干燥、粉碎后得到铁精矿粉，本工艺所得铁精矿粉的Fe2O3含量达到50％，MgO含量低于4％，可以用作水泥行业铁组份添加剂或炼铁原料。
本发明提供的将铬渣全部转化为轻质碳酸镁产品和铁精矿粉产品的治理与综合利用的方法之一，包括以下步骤：
(1)浆化配料
将铬渣在水相中混合配料、打浆；其中液固比为铬渣∶水＝1∶10～1∶30，配成铬渣浆料备用；包括中国专利号：98100556，《铬酸钠的清洁生产方法》专利所产生的铬渣；
其中配料过程中使用的水为本工艺过程中产生的重镁水热解母液及轻质碳酸镁洗水，第一次使用的水为普通水，以后循环用水也为普通水，当循环用水超过规定量则排除多余部分；
(2)湿法解毒
将步骤(1)配成的铬渣浆料中加入FeSO4·7H2O，其中FeSO4·7H2O的加入量为铬渣量(干渣重)的1～5％，在15-50℃下反应5-30分钟；其反应方程式为：
(3)碳化提镁
将步骤(2)解毒后的铬渣浆料打入高压反应设备中，通入CO2至CO2分压为0.5～10atm；以0-1000rpm的速度搅拌，碳化反应温度在15～50℃，反应时间为0.5～4小时；碳化反应方程式：
将碳化反应后得到的浆料通过压滤机压滤得到铁精矿滤饼和碳酸氢镁水溶液，将铁精矿滤饼在100-200℃下干燥1-4小时、按要求粉碎得到铁精矿粉；压滤得到的重镁水进入下一工段；
(4)加热分解
将步骤(3)得到的碳酸氢镁溶液打入热解塔，并通入蒸汽加热，在95～105℃下加热分解10～60分钟，分解为轻质碳酸镁浆料和二氧化碳；反应如下：
(5)洗涤、干燥、粉碎、分级
将步骤(4)热分解所得到的碳酸镁浆料，通过常规离心分离得到碳酸镁滤饼，用去离子水洗涤碳酸镁滤饼至滤饼中的杂质达到要求或低于要求标准为止；洗涤后的碳酸镁滤饼再在120～200℃条件下，干燥0.5～4小时，或再将干燥后的碳酸镁按出厂要求粉碎、分级即得轻质碳酸镁成品。
本发明的一种将铬渣全部转化为轻质碳酸镁和铁精矿粉的治理与综合利用方法，包括以下步骤：
(1)浆化配料
将中国专利号：98100556，《铬酸钠的清洁生产方法》专利所产生的重镁水热解母液及轻质碳酸镁洗水，与本工段产生的重镁水热解母液及轻质碳酸镁洗水(第一次用普通工业用水，以后循环水量不够添加普通工业用水，当循环用水超过规定量则排除多余部分)计量、混合配料、打浆，液固比为铬渣∶水＝1∶10～1∶30(浆料中所含铬渣干重∶水重)，配成铬渣浆料备用；
(2)碳化提镁
将步骤(1)得到的铬渣浆料打入高压反应设备中，通入CO2至CO2分压为0.5～10atm；以0-1000rpm的速度搅拌，碳化反应温度在15～50℃，反应时间为0.5～4小时；碳化反应方程式：
将碳化反应后得到的浆料通过压滤机压滤得到铁精矿滤饼和碳酸氢镁水溶液，将铁精矿滤饼在100-200℃下干燥1-4小时，按要求粉碎得到铁精矿粉；压滤得到的重镁水进入下一工段；
(3)湿法解毒
在步骤(2)得到的重镁水中加入可溶性铅盐或钡盐，加入量与重镁水中铬的当量比为1∶1，反应温度在15～50℃下加热反应5～30分钟，以50-1000rpm的速度搅拌，其反应方程式为：
或
然后将反应后的料液过滤，得到铬酸铅或铬酸钡的沉淀和得到的滤液为碳酸氢镁溶液；铬酸铅或铬酸钡的沉淀经水洗涤、烘干后得到铬酸铅或铬酸钡产品；
(4)加热分解
将步骤(3)得到的碳酸氢镁溶液打入热解塔，并通入蒸汽加热，在95～105℃下加热分解10～60分钟，反应如下：
分解为轻质碳酸镁浆料和二氧化碳；
(5)洗涤、干燥、粉碎、分级
将步骤(4)热分解所得到的碳酸镁浆料，通过常规离心分离得到碳酸镁滤饼，用去离子水洗涤碳酸镁滤饼至滤饼中的杂质达到要求或低于要求标准，然后再在120～200℃条件下，干燥0.5～4小时至碳酸镁的水分符合要求，再将干燥后的碳酸镁按出厂要求粉碎、分级即得轻质碳酸镁成品。
所述的可溶性铅盐或钡盐包括Pb(NO3)2、Pb(AC)2、Ba(NO3)2或BaCl2。
本发明的优点在于：
(1)反应在中性介质中进行，设备腐蚀程度小；
(2)工艺、设备简单，工业实施方便；
(3)由于本发明是与中国专利98100556、发明名称《铬酸钠的清洁生产方法》的专利工艺相衔接，实现了铬盐工业的清洁生产，达到了铬盐生产的无渣排放，得到高附加值的轻质碳酸镁和铁精矿粉，使得本发明与其它铬渣处理工艺相比具有较好的经济效益和社会效益。
附图说明
图1本发明的一种实施例的工艺流程示意图(即硫酸亚铁湿法解毒铬渣处理与综合利用的工艺流程示意图)；
图2本发明的另一种实施例的工艺流程示意图(硝酸铅湿法解毒铬渣处理与综合利用的工艺流程示意图)；
具体实施方式
实施例1
按图1的工艺流程，采用硫酸亚铁湿法解毒铬渣来制备铁精矿粉和轻质碳酸镁的方法。首先称取中国专利98100556、发明名称《铬酸钠的清洁生产方法》所产生的铬渣(组成见表1，液固比1∶1)200g，自来水1500ml及市售硫酸亚铁10g混合后加入到2L的高压反应釜中，升温至40℃，通入CO2至CO2分压为5Kg/cm2，以150rpm的速度搅拌反应1小时，将反应后的浆料真空过滤得到铁精矿滤饼及重镁水。铁精矿滤饼在120℃的条件下干燥1小时后得到铁精矿75g，其中Fe2O3含量为54.3％，MgO含量为3.6％，组成见表2。重镁水加热到100℃分解，所得浆料真空抽滤得到轻质碳酸镁滤饼，以去离子水洗涤3次，每次用量100ml，将洗涤后的碳酸镁滤饼在120℃条件下干燥2小时得到轻质碳酸镁35g，轻质碳酸镁的组成见表3，符合国家标准特级品要求，镁的提取率为81％。
表1 液相氧化铬盐生产新工艺铬渣组成(干渣) ΣNa Al SiO2 ∑Cr MgO Fe2O3 3％ 3-5％ 4％ 0.5％ 18％ 38％
表2 铁精矿产品组成 ΣNa Al SiO2 ∑Cr MgO Fe2O3 2.6％ 5-12％ 7.6％ 0.7％ 3.6％ 54.3％
表3 轻质碳酸镁产品组成 H2O 盐酸不溶物 CaO MgO 灼烧失量 2.4％ ＜0.01％ ＜0.01％ 41％ 54～58％
实施例2
按图2所示的工艺流程，采用硝酸铅湿法解毒铬渣来制备铁精矿粉和轻质碳酸镁的方法。首先称取中国专利98100556、发明名称《铬酸钠的清洁生产方法》所产生的铬渣(组成见表1，液固比1∶1)200g，自来水1500ml混合后加入到2L的高压反应釜中，升温至40℃，通入CO2至CO2分压为5Kg/cm2，以150rpm的速度搅拌反应1小时，将反应后的浆料真空抽滤得到铁精矿滤饼及重镁水；铁精矿滤饼在120℃的条件下干燥1小时后得到铁精矿70g，其中Fe2O3含量为51.2％，MgO含量为3.8％；再称取5gPb(NO3)2配成100ml水溶液，将Pb(NO3)2溶液加入到上述的重镁水中，以100rpm的速度搅拌反应10分钟后真空抽滤得到重镁水和4.9g铬酸铅；将所得重镁水加热到100℃分解，所得浆料真空抽滤得到轻质碳酸镁滤饼，以去离子水洗涤3次，每次用量100ml，将洗涤后的碳酸镁滤饼在120℃条件下干燥2小时得到轻质碳酸镁34g，轻质碳酸镁质量符合国家标准特级品要求，镁的提取率为79％。