旋風(fēng)爐附燒處理后解毒鉻渣的安定性研究

1、旋風(fēng)爐附燒處理后解毒鉻渣的安定性研究         06-03-06 09:04:00     作者：還博文    編輯：studa9ngns摘要：著重闡明了鉻渣經(jīng)旋風(fēng)爐附燒及爐外水淬處理后生成的玻璃體?；舛驹陌捕ㄐ詥栴}.通過對(duì)解毒渣的物相結(jié)構(gòu)、浸溶性和高溫穩(wěn)定性等試驗(yàn)分析，最終判明解毒渣在500條件下沒有反玻璃化傾向，在自然環(huán)境中儲(chǔ)放和用作建材，都是安定和安全的。 關(guān)鍵詞：旋風(fēng)爐 附燒鉻渣 解毒渣 安定性  近年，我國

2、首創(chuàng)了利用旋風(fēng)爐附燒處理鉻渣的技術(shù)并取得初步成功.這種方法是在熱電聯(lián)產(chǎn)的同時(shí)，使摻入燃煤中的鉻渣經(jīng)高溫熔融還原解毒后，以液態(tài)渣形態(tài)排出，經(jīng)水淬粒化后固化為玻璃體渣，最終還可用作建材而達(dá)到資源化目的.旋風(fēng)爐爐內(nèi)過程具有極佳的反應(yīng)熱力學(xué)和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件，可使Cr6+Cr3+的半程還原反應(yīng)得以徹底進(jìn)行，其轉(zhuǎn)化率達(dá)到99.96%以上.同時(shí)，上述附燒處理工藝完全附合在大物流率的熱電生產(chǎn)過程中，應(yīng)而鉻渣處理得以集約化，且由于鉻渣替代了原來摻用的石灰石助熔添加劑，所以幾乎不附加額外的能耗.旋風(fēng)爐附燒鉻渣時(shí)采用尾(飛)灰全回熔系統(tǒng)，運(yùn)行中僅排出水淬渣，消除了飛灰二次污染1.基于上述特性，可以認(rèn)為旋風(fēng)爐附燒處理

3、鉻渣技術(shù)是迄至目前的一種無害化徹底、處理量大和無需附加能耗的最好的鉻渣處理方式.但是這種方法下解毒渣的安定性如何，就成為最終肯定這種方法的關(guān)鍵所在. 1 鉻渣解毒處理前后的化學(xué)和物相組成分析送入旋風(fēng)爐的煤灰質(zhì)和鉻渣以及回熔飛灰經(jīng)爐內(nèi)過程后，即形成均質(zhì)的準(zhǔn)相平衡態(tài)熔體，并在爐內(nèi)經(jīng)過一定保持時(shí)間后，在渣溫降至1400，煙氣介質(zhì)中的氧量為2%的條件下排出爐外.一般，排渣在渣井中當(dāng)即經(jīng)水淬激冷，形成玻璃體?；?1.1 摻混鉻渣后入爐煤的灰質(zhì)組成附燒鉻渣時(shí)，旋風(fēng)爐應(yīng)維持正常的爐內(nèi)溫度水平和造渣、 排渣工況，因此煤與渣的配比決定于摻渣煤的熱值及其灰分的粘度溫度(流變)特性要求.通常對(duì)于出力在50t/h以

4、上的旋風(fēng)爐，摻混鉻渣后應(yīng)滿足以下綜合判定條件，即爐內(nèi)理論燃燒溫度a，應(yīng)為：a1.05t25pas+480式中，t25pas為熔渣粘度為25pas時(shí)的對(duì)應(yīng)溫度，其可依據(jù)粘溫特性試驗(yàn)結(jié)果或根據(jù)灰成份計(jì)算確定2.對(duì)于適用煤種，當(dāng)其低位發(fā)熱量為23000kJ/kg以上時(shí)，其與鉻渣配比可達(dá)10030.以天津農(nóng)藥廠熱電站附燒天津同生化工廠鉻渣工程為例，設(shè)計(jì)使用大同混煤按10028配比摻混鉻渣，相應(yīng)的灰渣成分組成列于表1.表1煤灰分、摻渣煤灰分和鉻渣的成分組成(干燥基)(%)Table 1 Component of coal ash, coal ash mixed with sludge and sludg

5、e (dry)組分大同混煤鉻渣10028摻渣煤SiO264.2918.3244.14Al2O321.532.9513.39CaO1.1832.8415.06MgO0.7525.2511.49Fe2O35.5911.188.04TiO21.04 0.58SO30.72  0.4P2O51.65  0.93K2O2.990.231.78Na2O0.262.541.26Cr2O3*  6.692.93*以Cr2O3計(jì)的Cr總量，其中Cr6+含量約為5 從表1可見，摻渣煤灰分仍是以SiO2+Al2O3為主要成分，達(dá)57.5%，SiO2Al2O3為33%，其硅比G

6、(SiO2（SiO2+CaO+MgO+Fe2O3)、堿性比J(Fe2O3+CaO+MgO+Na2O+K2O)/(SiO2+Al2O3+TiO2+P2O5+Cr2O3+SO3)分別為55.6%和0.603.因此，摻渣煤的灰分依然屬于高硅酸性灰范疇.一般，我國動(dòng)力用煤灰分均屬于酸性灰，其原生礦物質(zhì)主要物相為粘土類礦物、碳酸鹽、硫鐵礦、石英及少量諸如金紅石(TiO2)和磷灰石之類的附礦物和重礦物等.而摻入的鉻渣本身的堿性比為2.58，呈強(qiáng)堿性.鉻渣成分與硅酸鹽水泥較為接近，但殘留有少量的水溶性和酸溶性六價(jià)鉻化合物，其組成主要為吸附的鉻酸鈉和鉻鋁酸鈣等.同生化工廠鉻渣物相的X衍射分析結(jié)果列于表2.摻渣

7、煤經(jīng)煤粉制備系統(tǒng)粉磨干燥后，其中煤灰分與鉻渣是以機(jī)械混合物形式送入爐內(nèi)的，伴隨其后的燃燒初熔半程還原和保持過程，形成為均質(zhì)的熔體. 表2同生化工廠鉻渣物相組成分析結(jié)果Table 2 Phase component of sludge containing chromium() compounds from Tongsheng Chemical Plant符號(hào)物相名稱物相分子式相對(duì)含量X-射線結(jié)面網(wǎng)間距,nm-1實(shí)驗(yàn)條件A四水鉻酸鈉Na2CrO4*4H2O微10  C鉻鋁酸鈣3CaO*Al2O3*CaCrO4*12H2O中7.73(3.04)  D堿式鉻酸鐵Fe*(OH)*C

8、rO4少3.36  E硅酸二鈣2CaO*SiO2中2.79，3.04銅靶F鐵鋁酸鈣4CaO*Al2O3*Fe2O3多1.93， 2.05， 2.65， 3.66(CuKa)G水合鋁酸鈣3CaO*Al2O3*6H2O少2.29， 2.79， 3.36  H方鎂石MgO少2.09  I鉻鐵礦(Mg*Fe)Cr2O4中4.80  K-亞鉻酸鈣-CaCr2O4少1.87，2.29，3.49電壓 40kVL碳酸鈣CaCO3多1.87， 1.91， 3.49， 3.04  M-水合三氧化鋁-Al2O3*H2O多4.47，4.92  S硅酸鐵FeS

9、iO3中2.37電流 45mAB硅酸鉻Cr2SiO3可能存在2.05， 2.37， 2.79  R鉻酸鈣CaCrO4可能存在1.87， 2.26， 2.65  N氧化鉻Cr2O3可能存在2.17， 2.49， 2.68， 3.66  1.2解毒渣的物相分析對(duì)于附燒處理后解毒渣的物相構(gòu)成，應(yīng)于著重分析的是其在爐內(nèi)過程中最終形成的均質(zhì)準(zhǔn)相平衡熔體降溫歷程中的相變路線.熔體的組成、所達(dá)到的最高終溫水平及在真實(shí)液體溫度t0以上的環(huán)境中的保持時(shí)間、此后排出爐外的降溫速率等因素決定了解毒渣物相結(jié)構(gòu).因此，即便是簡化為較簡單的SiO2-Al2O3-CaO(MgO)-FeO物系，

10、根據(jù)相平衡來確定解毒渣物相組成也是不實(shí)際的.所以通常都是借助X射線衍射分析來確定解毒渣物相組成.試驗(yàn)使用Philips APD10X-射線衍射儀，波長：CuKa,1.54056A，電壓 40kV,電流45mA，狹縫：發(fā)射1、接收2、防散射線0、掃描速度4度/min，步寬0.02度.采用X射線粉末衍射法，同時(shí)有專用的軟件系統(tǒng)支持，并輔以其它物理化學(xué)方法，最終予以準(zhǔn)確判斷解毒渣樣品的物相組成.分析樣品取自在天津化工廠所做(工業(yè)性)規(guī)模試燒鉻渣試驗(yàn)的兩個(gè)工況，內(nèi)蒙古巴彥淖爾皮革化工廠熱電聯(lián)產(chǎn)附燒鉻渣的兩個(gè)工況以及試驗(yàn)室等效條件模擬爐14個(gè)工況.真實(shí)熔體，亦即牛頓流體熔體，其原子結(jié)構(gòu)是遠(yuǎn)程無序的，屬于

11、無規(guī)密堆積模型.在激冷時(shí)，也就是相變學(xué)中稱作的琉態(tài)轉(zhuǎn)變過程中，熔體中原子熱運(yùn)動(dòng)能量頓減而趨向更密的接觸，它的粘度隨溫度驟降而銳增，未及發(fā)生結(jié)晶現(xiàn)象，唯一結(jié)構(gòu)性變化是原子間距縮小，仍維持著原來的空間相對(duì)位置，但密集程度變大.因此，可以說在琉態(tài)轉(zhuǎn)變中，熔體結(jié)構(gòu)在原處凍結(jié)，從結(jié)構(gòu)特性上看，形成的玻璃體只是過冷的熔體而已3.對(duì)于低于臨界溫度t0的塑性流體，已開始析晶過程，在激冷時(shí)仍然和上述情形一樣，也是把激冷起始時(shí)相應(yīng)溫度下的熔體結(jié)構(gòu)凍結(jié)下來，由于有一部分結(jié)晶物相存在，玻璃化程度相應(yīng)有所降低.因此，熔體水淬前初始溫度水平接近或高于其臨界溫度t0時(shí)，水淬后玻璃化程度就越高，模擬試驗(yàn)渣的X衍射檢驗(yàn)表明，滿

12、足上述條件時(shí)，玻璃化程度可在90%95.通常熔渣從渣口到水淬點(diǎn)有1s的下落行程.測(cè)定表明，這一過程由于渣流向渣井四壁散發(fā)輻射熱，而有約100溫降，即水淬時(shí)渣溫為1300，此時(shí)熔體已呈開始析晶的塑性段粘溫特性，水淬時(shí)降溫速率當(dāng)在100010000/s.總的看來，水淬過程為典型的驟然冷卻過程.表3給出驟冷解毒渣的結(jié)晶物相組成，由于等效爐試驗(yàn)中驟冷條件最為理想，其玻璃化程度較高，所余凍結(jié)于琉態(tài)轉(zhuǎn)變后過冷熔體中的結(jié)晶物含量一般較低.總的看來，原來鉻渣中的鉻酸鈉(Na2CrO4*4H2O)，鉻鋁酸鈣(4CaO*Al2O3*CrO3*12H2O)，堿式鉻酸鐵(Fe(OH)CrO4)和亞鉻酸鈣(CaCr2O

13、4)等物相在解毒渣中均消失殆盡，轉(zhuǎn)而生成Cr2O3的固溶體，其中在較大配比下，可以析出極微量的鉻尖晶石(Mg,Fe)(Al,Cr)2O4，和亞鉻酸亞鐵(FeO*Cr2O3)等Cr3+物相.各工況解毒渣中未檢見Cr6+化合物，說明旋風(fēng)爐附燒鉻渣的解毒過程是徹底的，各工況解毒渣的Cr6+Cr3+轉(zhuǎn)化率均在99.96%以上，X衍射分析不能檢出的極微量殘余Cr6+(2ppm)，固化和包絡(luò)在玻璃體網(wǎng)絡(luò)中，由于其為玻璃物相所封閉，故而極為穩(wěn)定，一般極難于浸溶.1.3鉻渣附燒處理后的形貌變化使用JSM-840掃描電子顯微鏡對(duì)原鉻渣和解毒渣的外觀形貌進(jìn)行觀察，其加速電壓為20kV，放大倍數(shù)分為12×

14、、30×、60×、90×、420×和1200×.從所攝錄的二次電子圖象(SEI)來看，所有的工況下解毒渣樣品均呈表面光澤，結(jié)構(gòu)致密的玻璃體形態(tài).圖1、2為工況、的水淬?；坞娮酉?，從中可見解毒渣完全呈玻璃碎屑狀態(tài).一般水淬?；?，解毒渣比表面積值在0.20.5m2/g之間，平均值為0.33m2/g.圖1浸2號(hào)解毒鉻渣二次電子象(工況2)(放大倍數(shù)420)Fig.1Secondary electron picture of the detoxicated-slag(burden 2)圖2浸1號(hào)解毒鉻渣二次電子象(工況2)(放大倍數(shù)90)Fig.2Secondary electron picture of the detoxicated-slag(burden 1)圖3同生廠鉻渣二次電子象(放大倍數(shù) 1200)Fig.3Secondary electro