高碳鉻鐵、高碳鉻鐵渣、鉻礦及粉塵的性質(zhì)對(duì)環(huán)境的影響

高碳鉻鐵、高碳鉻鐵渣、鉻礦及粉塵的性質(zhì)對(duì)環(huán)境的影響高碳鉻鐵又名碳素鉻鐵是由鉻和鐵組成的鐵合金。高碳鉻鐵（含再制鉻鐵）主要用途有：（1）用作含碳較高的滾珠鋼、工具鋼和高速鋼的合金劑，提高鋼的淬透性，增加鋼的耐磨性和硬度；（2）用作鑄鐵的添加劑，改善鑄鐵的耐磨性和提高硬度，同時(shí)使鑄鐵具有良好的耐熱性；（3）用作無(wú)渣法生產(chǎn)硅鉻合金和中、低、微碳鉻鐵的含鉻原料；（4）用作電解法生產(chǎn)金屬鉻的含鉻原料；（5）用作吹氧法冶煉不銹鋼的原料。鉻的主要物理化學(xué)性質(zhì)如下：相對(duì)原子質(zhì)量52.01、密度(7.19g/cm3)、熔點(diǎn)(2148k)、沸點(diǎn)(2938k)、電阻率14.1x10-6（Ω·cm）鉻與鐵形成連續(xù)的固溶體。鉻是一種具有銀白色光澤的金屬，無(wú)毒，化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，不銹鋼中便含有12%以上的鉻。常見的鉻化合物有六價(jià)的鉻酐、重鉻酸鉀、重鉻酸鈉、鉻酸鉀、鉻酸鈉等；三價(jià)的三氧化二鉻(鉻綠、Cr2O3)；二價(jià)的氧化亞鉻。鉻與冶煉高碳鉻鐵原料形成的主要化合物鉻和碳形成Cr23C6、Cr7C3、Cr3C2碳化物。在有鐵存在時(shí)，形成（Cr,Fe）23C6、（Cr,Fe）7C3、（Cr,Fe）3C2等復(fù)合碳化物。鉻與硅形成Cr3Si、Cr5Si3、CrSi、CrSi2等硅化物。鉻與磷形成Cr3P、Cr2P等磷化物。鉻與硫形成CrS、Cr7S8、Cr3S4、Cr5S6、Cr2S3等硫化物。鉻與氧形成CrO3、CrO2、Cr2O3、Cr3O4、和CrO等氧化物。其中以Cr2O3最為穩(wěn)定。高碳鉻鐵產(chǎn)品無(wú)毒無(wú)害。產(chǎn)品生產(chǎn)形成的以上化合物均不溶于水。礦熱爐電爐法冶煉基本原理電爐法冶煉高碳鉻鐵的基本原理是用碳還原鉻礦中鉻和鐵的氧化物。2/3Cr2O3+2C=4/3Cr+2CO↑△Gθ=123970-81.22TT開=1523K2/3Cr2O3+26/9C=4/9Cr3C2+2CO↑△Gθ=114410-83.05TT開=1373K2/3Cr2O3+18/7C=4/21Cr7C3+2CO↑△Gθ=115380-82.09TT開=1403K2/3Cr2O3+54/23C=4/69Cr23C6+2CO↑△Gθ=118270-81.75TT開=1448K從以上反應(yīng)可以看出，碳還原氧化鉻生成Cr3C2的開始溫度為1373K,生成Cr7C3的反應(yīng)開始溫度1403K，而還原生成鉻的反應(yīng)開始溫度為1523K，因而在碳還原鉻礦時(shí)得到的是鉻的碳化物，而不是金屬鉻。因此，只能得到含碳較高的高碳鉻鐵。而且鉻鐵中含碳量的高低取決于反應(yīng)溫度。生成含碳量高的碳化物比生成含碳量低的碳化物更容易。實(shí)際生產(chǎn)中，爐料在加熱過(guò)程中先有部分鉻礦與焦炭反應(yīng)生成Cr3C2，隨著爐料溫度升高，大部分鉻礦與焦炭反應(yīng)生成Cr7C3，溫度進(jìn)一步升高，三氧化二鉻對(duì)合金起精煉脫碳作用。這些反應(yīng)是：14/5Cr3O2+2/3Cr2O3=4/3Cr+6/5Cr7C3+2CO↑△Gθ=130050-74.03TT開=1763K1/3Cr23C6+2/3Cr2O3=9Cr+2CO↑△Gθ=156740-28.15TT開=2003K氧化鐵還原反應(yīng)開始溫度（T開=1184K）比三氧化二鉻還原反應(yīng)開始溫度低，因而鉻礦中的氧化鐵在較低的溫度下就充分地被還原出來(lái)，并與碳化鉻互溶，組成復(fù)合碳化物，降低了合金的熔點(diǎn)。同時(shí)，由于鉻與鐵互相溶解，使還原反應(yīng)更易進(jìn)行，形成鉻與鐵的合金。其它鉻礦中的氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂等均很難與鉻形成化合物、磷元素在溫很低時(shí)就被還原與鉻形成磷化鉻、硫元素大部分揮發(fā)，一小部分進(jìn)入合金。鉻礦在過(guò)量還原劑存在下冶煉，根本沒(méi)有形成六價(jià)離子的反應(yīng)條件。形成六價(jià)鉻離子需要在強(qiáng)氧化氛圍中進(jìn)行。鉻礦石是冶煉高碳鉻鐵的主要原料，世界上鉻礦儲(chǔ)量主要分布在南非(74％)、哈薩克斯坦(12％)、津巴布韋(9％)、印度、巴西、芬蘭、俄羅斯等幾個(gè)國(guó)家。此外，土耳其、阿爾巴尼亞、伊朗、阿曼、澳大利亞和越南等國(guó)也有少量?jī)?chǔ)量。中國(guó)的鉻礦儲(chǔ)量不多。

目前，世界鉻礦年開采量約2000萬(wàn)噸，其中90％屬冶金級(jí)鉻礦，用于和重鉻酸滴定等實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用，工業(yè)上的鉻酸鹽、重鉻酸鹽制造、有機(jī)合成等。反復(fù)或長(zhǎng)期接觸低濃度鉻化合物的鍍鉻工人，可發(fā)生慢性上呼吸道炎、鉻鼻病、接觸性皮炎、皮疹好發(fā)于面、頸、手、前臂等裸露部位，對(duì)肝、腎也有損害，可引起血液系統(tǒng)改變。發(fā)生肺癌的潛伏期為10－20年。

生產(chǎn)金屬鉻和鉻鹽過(guò)程中產(chǎn)生的工業(yè)廢渣。鉻渣的化學(xué)成分為：二氧化硅占4-30%，三氧化二鋁占5-10%，氧化鈣占26-44%，氧化鎂占8-36%，三氧化二鐵占2-11%，六氧化二鉻（Cr2O6）占0.6-0.8%和重鉻酸鈉（Ca2Cr2O7）占1%左右等。在無(wú)還原劑時(shí)，重鉻酸鈉的水溶液含有劇毒的六價(jià)鉻離子。

鉻渣露天堆放，受雨雪淋侵，所含六價(jià)鉻被溶出滲入地下水或進(jìn)入河流、湖泊中，污染環(huán)境。嚴(yán)重污染帶內(nèi)水中六價(jià)鉻含量可高達(dá)每升數(shù)十毫無(wú)克，超過(guò)飲用水標(biāo)準(zhǔn)若干倍。六價(jià)鉻、鉻化含物以及鉻化合物氣溶膠等，能以多種形式危害人畜健康。因此，鉻渣的堆放場(chǎng)必須采取鋪地防滲和加設(shè)棚罩。

防止鉻渣危害的辦法是進(jìn)行高溫處理，把六價(jià)鉻還原為三價(jià)鉻，消除其毒性。在有還原劑的堿性條件下，或在有堿金屬硫化物、硫氫化物的堿性條件下，或在有硫、碳和碳化物存在的高溫、缺氧條件下，六價(jià)鉻都可還原為毒性較小的三價(jià)鉻。

生產(chǎn)重鉻酸鹽的廢渣叫鉻渣，是很難處理的一種廢渣。不同于高碳鉻鐵渣。從高碳鉻鐵冶煉溫度大約在1630－1750攝氏度來(lái)看，重鉻酸鹽在高溫下分解生成三氧化二鉻，那么高碳鉻鐵渣根本不會(huì)產(chǎn)生溶于水的重鉻酸根。不會(huì)對(duì)水源造成任何污染。有機(jī)鉻還是人和動(dòng)物需要的有益元素，鉻元素是一種活性很強(qiáng)的物質(zhì)，它能促進(jìn)葡萄糖的吸收并在乳房等部位轉(zhuǎn)化為脂肪，促進(jìn)乳房的豐滿、臀部的圓潤(rùn)。據(jù)研究表明，鉻是哺乳動(dòng)物生命與健康所需的微量元素。缺乏鉻可引起動(dòng)脈粥樣硬化。成人每天需500－700微克鉻，而在一般伙食中每天僅能提供50－100微克。紅糖全谷類糙米、未精制的油、小米、胡蘿卜、豌豆含鉻較高。鉻對(duì)植物生長(zhǎng)有刺激作用，微量鉻可提高植物收獲量.

鉻是動(dòng)物的必需元素，三價(jià)鉻作為GTF的活性成分與胰島素發(fā)揮協(xié)同生理功能——參與糖、脂類和蛋白質(zhì)代謝。肉牛、乳牛、豬和雞的常規(guī)飼糧中鉻含量可能不足，當(dāng)動(dòng)物受到應(yīng)激時(shí)鉻的需要量增加，補(bǔ)充有機(jī)鉻可緩解應(yīng)激對(duì)動(dòng)物的不利影響，提高應(yīng)激期動(dòng)物的生產(chǎn)性能。相信在不久的將來(lái)，鉻將作為應(yīng)激動(dòng)物的一種必需微量元素而在生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。高碳鉻鐵冶煉屬于干法冶煉，不同于化工生產(chǎn)。用水只是用來(lái)冷卻變壓器、銅瓦、水冷電纜、保護(hù)套、煙罩、壓力環(huán)等。工業(yè)用水零排放，不會(huì)對(duì)任何地下水及周邊環(huán)境造成威脅。焦炭、鉻礦等輔料場(chǎng)地均有大棚，整個(gè)物料系統(tǒng)均在防雨保護(hù)措施下運(yùn)作，雨水不會(huì)直接浸泡，也不會(huì)對(duì)任何地下水及周邊環(huán)境造成威脅。高碳鉻鐵渣無(wú)毒，況且采用干式排渣。經(jīng)破碎?；?－40目顆粒用于制磚，整個(gè)過(guò)程不使用水。由于制成的加砌塊本身無(wú)毒，可以廣泛用于建筑。也不會(huì)對(duì)任何地下水及周邊環(huán)境造成威脅。產(chǎn)生的煙塵經(jīng)過(guò)環(huán)保除塵設(shè)施的處理，廢氣排放含塵濃度<50mg/Nｍ3>，完全滿足二類地區(qū)排放要求。騰達(dá)西北鐵合金、青海華新冶煉有限公司等這些大型冶煉企業(yè)，均座落與黃河上游水系邊，如果生產(chǎn)的鉻系列產(chǎn)品廢渣、粉塵會(huì)對(duì)黃河水造成鉻離子超標(biāo)，