[发明专利]一种提高不锈钢渣中铬稳定性的方法

说明书

本发明提供了一种提高不锈钢渣中铬稳定性的方法。该方法通过将不锈钢渣熔化后进行调质处理，使钢渣熔体的碱度、铁氧化物含量和氧化镁含量均达到预定范围；并通过控制热处理条件，使调质后的钢渣熔体经高温保温后先缓慢冷却至预定温度，待熔渣中的铬元素以晶体形式充分析出后，再将在冷却气氛下快速冷却至室温，得到含有稳定铬元素的不锈钢渣。通过上述方式，本发明能够利用调制处理与热处理的共同作用，在促进铬元素富集于尖晶石晶体内的同时，将硅酸盐相内残余的铬元素固化于玻璃相中，实现不锈钢渣中铬元素的稳定化处理。且本发明提供的方法工艺简单、易于调控，处理后的不锈钢渣中Cr⁶⁺浸出浓度完全可以满足含铬固体废物综合利用的要求。

技术领域

本发明涉及不锈钢渣资源化利用技术领域，尤其涉及一种提高不锈钢渣中铬稳定性的方法。

背景技术

不锈钢渣主要为CaO-SiO₂基础渣系，同时含有一定量的MgO、Al₂O₃、Cr₂O₃、FeO、Fe₂O₃等组元，使其向其他硅酸盐材料(如水泥，陶瓷，玻璃，耐火材料等)方向的应用变为可能。但不锈钢渣作为固体废弃物，自然条件下具有一定的Cr⁶⁺溶出风险。中华人民共和国环境保护行业标准HJ/T301-2007对含铬固体废物综合利用作了规定：当含铬钢渣用作路基材料、混凝土骨料和水泥混合料时，依据HJ/T299-2007制备的浸出液中Cr⁶⁺的浓度≤0.5mg/L；当用于制砖和砌块时，Cr⁶⁺的浓度≤0.1mg/L。目前，国内不锈钢生产企业仅通过磨矿-选矿工艺回收其中的铁、铬、镍等有价金属，Cr⁶⁺溶出浓度较高的尾渣则被堆存于渣场或填埋，这不仅浪费了资源，还对环境构成潜在威胁。因此，为了将不锈钢渣加以综合利用以取得良好的经济、社会和环境效益，必须解决不锈钢渣中Cr⁶⁺的溶出问题，以确保含不锈钢渣产品长期使用过程中的安全性。

针对如何控制不锈钢渣中Cr⁶⁺的溶出，国内外的专家学者做了一些研究工作。目前，控制不锈钢渣中Cr⁶⁺溶出的措施大体可分为三类，即在不锈钢渣的使用过程中添加还原性物质、调节冷却方式和添加熔剂以改变铬的赋存状态。其中，针对添加还原性物质来控制Cr⁶⁺溶出，随着时间的延长，还原性物质抑制Cr⁶⁺溶出的作用将会消失，不能确保不锈钢渣产品的长期安全性。利用快速冷却来抑制不锈钢渣中Cr⁶⁺的溶出，虽然能够促使熔渣中玻璃相的形成，将铬等重金属元素固封其内，但在冷却速率有限的情况下，不锈钢渣中玻璃相的形成是有限的。因此，国内外专家开始尝试通过改变不锈钢渣中铬的赋存状态来控制Cr⁶⁺的溶出。在铬的各种赋存状态中，铬尖晶石晶体不仅能够抑制铬的溶出，而且能增强铬的抗氧化能力，被视为固定铬的比较理想的矿物相。

公开号为CN111471871A的专利提供了一种电炉不锈钢渣中铬资源回收的方法，该专利通过向熔融的不锈钢渣中加入改质剂，调整不锈钢渣碱度和Al₂O₃含量，降低不锈钢渣熔化温度至1500℃以下，并将改质后的不锈钢渣降温冷却至1400℃以下，使不锈钢渣中的铬向温度的尖晶石相富集。然而，该专利提供的方法虽然能够在一定程度上提高铬在铬尖晶石晶体中的富集程度，从而抑制不锈钢渣中Cr⁶⁺的溶出，但该专利中提供的改质方法对铬元素的富集作用有限；并且，即使通过改进其改质方式促进铬元素最大程度富集于尖晶石相中，受化学反应平衡的限制，仍会有少量的铬元素保留在硅酸盐相内，这部分残余的铬元素将对不锈钢渣的稳定性带来威胁。

有鉴于此，有必要设计一种改进的提高不锈钢渣中铬稳定性的方法，以解决上述问题。

发明内容