高碳铬铁、高碳铬铁渣、铬矿及粉尘的性质对环境的影响

高碳铬铁、高碳铬铁渣、铬矿及粉尘的性质对环境的影响高碳铬铁又名碳素铬铁是由铬和铁组成的铁合金。高碳铬铁（含再制铬铁）主要用途有：（1）用作含碳较高的滚珠钢、工具钢和高速钢的合金剂，提高钢的淬透性，增加钢的耐磨性和硬度；（2）用作铸铁的添加剂，改善铸铁的耐磨性和提高硬度，同时使铸铁具有良好的耐热性；（3）用作无渣法生产硅铬合金和中、低、微碳铬铁的含铬原料；（4）用作电解法生产金属铬的含铬原料；（5）用作吹氧法冶炼不锈钢的原料。铬的主要物理化学性质如下：相对原子质量52.01、密度(7.19g/cm3)、熔点(2148k)、沸点(2938k)、电阻率14.1x10-6（Ω·cm）铬与铁形成连续的固溶体。铬是一种具有银白色光泽的金属，无毒，化学性质很稳定，不锈钢中便含有12%以上的铬。常见的铬化合物有六价的铬酐、重铬酸钾、重铬酸钠、铬酸钾、铬酸钠等；三价的三氧化二铬(铬绿、Cr2O3)；二价的氧化亚铬。铬与冶炼高碳铬铁原料形成的主要化合物铬和碳形成Cr23C6、Cr7C3、Cr3C2碳化物。在有铁存在时，形成（Cr,Fe）23C6、（Cr,Fe）7C3、（Cr,Fe）3C2等复合碳化物。铬与硅形成Cr3Si、Cr5Si3、CrSi、CrSi2等硅化物。铬与磷形成Cr3P、Cr2P等磷化物。铬与硫形成CrS、Cr7S8、Cr3S4、Cr5S6、Cr2S3等硫化物。铬与氧形成CrO3、CrO2、Cr2O3、Cr3O4、和CrO等氧化物。其中以Cr2O3最为稳定。高碳铬铁产品无毒无害。产品生产形成的以上化合物均不溶于水。矿热炉电炉法冶炼基本原理电炉法冶炼高碳铬铁的基本原理是用碳还原铬矿中铬和铁的氧化物。2/3Cr2O3+2C=4/3Cr+2CO↑△Gθ=123970-81.22TT开=1523K2/3Cr2O3+26/9C=4/9Cr3C2+2CO↑△Gθ=114410-83.05TT开=1373K2/3Cr2O3+18/7C=4/21Cr7C3+2CO↑△Gθ=115380-82.09TT开=1403K2/3Cr2O3+54/23C=4/69Cr23C6+2CO↑△Gθ=118270-81.75TT开=1448K从以上反应可以看出，碳还原氧化铬生成Cr3C2的开始温度为1373K,生成Cr7C3的反应开始温度1403K，而还原生成铬的反应开始温度为1523K，因而在碳还原铬矿时得到的是铬的碳化物，而不是金属铬。因此，只能得到含碳较高的高碳铬铁。而且铬铁中含碳量的高低取决于反应温度。生成含碳量高的碳化物比生成含碳量低的碳化物更容易。实际生产中，炉料在加热过程中先有部分铬矿与焦炭反应生成Cr3C2，随着炉料温度升高，大部分铬矿与焦炭反应生成Cr7C3，温度进一步升高，三氧化二铬对合金起精炼脱碳作用。这些反应是：14/5Cr3O2+2/3Cr2O3=4/3Cr+6/5Cr7C3+2CO↑△Gθ=130050-74.03TT开=1763K1/3Cr23C6+2/3Cr2O3=9Cr+2CO↑△Gθ=156740-28.15TT开=2003K氧化铁还原反应开始温度（T开=1184K）比三氧化二铬还原反应开始温度低，因而铬矿中的氧化铁在较低的温度下就充分地被还原出来，并与碳化铬互溶，组成复合碳化物，降低了合金的熔点。同时，由于铬与铁互相溶解，使还原反应更易进行，形成铬与铁的合金。其它铬矿中的氧化铝、氧化钙、氧化镁等均很难与铬形成化合物、磷元素在温很低时就被还原与铬形成磷化铬、硫元素大部分挥发，一小部分进入合金。铬矿在过量还原剂存在下冶炼，根本没有形成六价离子的反应条件。形成六价铬离子需要在强氧化氛围中进行。铬矿石是冶炼高碳铬铁的主要原料，世界上铬矿储量主要分布在南非(74％)、哈萨克斯坦(12％)、津巴布韦(9％)、印度、巴西、芬兰、俄罗斯等几个国家。此外，土耳其、阿尔巴尼亚、伊朗、阿曼、澳大利亚和越南等国也有少量储量。中国的铬矿储量不多。

目前，世界铬矿年开采量约2000万吨，其中90％属冶金级铬矿，用于和重铬酸滴定等实验室应用，工业上的铬酸盐、重铬酸盐制造、有机合成等。反复或长期接触低浓度铬化合物的镀铬工人，可发生慢性上呼吸道炎、铬鼻病、接触性皮炎、皮疹好发于面、颈、手、前臂等裸露部位，对肝、肾也有损害，可引起血液系统改变。发生肺癌的潜伏期为10－20年。

生产金属铬和铬盐过程中产生的工业废渣。铬渣的化学成分为：二氧化硅占4-30%，三氧化二铝占5-10%，氧化钙占26-44%，氧化镁占8-36%，三氧化二铁占2-11%，六氧化二铬（Cr2O6）占0.6-0.8%和重铬酸钠（Ca2Cr2O7）占1%左右等。在无还原剂时，重铬酸钠的水溶液含有剧毒的六价铬离子。

铬渣露天堆放，受雨雪淋侵，所含六价铬被溶出渗入地下水或进入河流、湖泊中，污染环境。严重污染带内水中六价铬含量可高达每升数十毫无克，超过饮用水标准若干倍。六价铬、铬化含物以及铬化合物气溶胶等，能以多种形式危害人畜健康。因此，铬渣的堆放场必须采取铺地防渗和加设棚罩。

防止铬渣危害的办法是进行高温处理，把六价铬还原为三价铬，消除其毒性。在有还原剂的碱性条件下，或在有碱金属硫化物、硫氢化物的碱性条件下，或在有硫、碳和碳化物存在的高温、缺氧条件下，六价铬都可还原为毒性较小的三价铬。

生产重铬酸盐的废渣叫铬渣，是很难处理的一种废渣。不同于高碳铬铁渣。从高碳铬铁冶炼温度大约在1630－1750摄氏度来看，重铬酸盐在高温下分解生成三氧化二铬，那么高碳铬铁渣根本不会产生溶于水的重铬酸根。不会对水源造成任何污染。有机铬还是人和动物需要的有益元素，铬元素是一种活性很强的物质，它能促进葡萄糖的吸收并在乳房等部位转化为脂肪，促进乳房的丰满、臀部的圆润。据研究表明，铬是哺乳动物生命与健康所需的微量元素。缺乏铬可引起动脉粥样硬化。成人每天需500－700微克铬，而在一般伙食中每天仅能提供50－100微克。红糖全谷类糙米、未精制的油、小米、胡萝卜、豌豆含铬较高。铬对植物生长有刺激作用，微量铬可提高植物收获量.

铬是动物的必需元素，三价铬作为GTF的活性成分与胰岛素发挥协同生理功能——参与糖、脂类和蛋白质代谢。肉牛、乳牛、猪和鸡的常规饲粮中铬含量可能不足，当动物受到应激时铬的需要量增加，补充有机铬可缓解应激对动物的不利影响，提高应激期动物的生产性能。相信在不久的将来，铬将作为应激动物的一种必需微量元素而在生产中得到广泛的应用。高碳铬铁冶炼属于干法冶炼，不同于化工生产。用水只是用来冷却变压器、铜瓦、水冷电缆、保护套、烟罩、压力环等。工业用水零排放，不会对任何地下水及周边环境造成威胁。焦炭、铬矿等辅料场地均有大棚，整个物料系统均在防雨保护措施下运作，雨水不会直接浸泡，也不会对任何地下水及周边环境造成威胁。高碳铬铁渣无毒，况且采用干式排渣。经破碎粒化成0－40目颗粒用于制砖，整个过程不使用水。由于制成的加砌块本身无毒，可以广泛用于建筑。也不会对任何地下水及周边环境造成威胁。产生的烟尘经过环保除尘设施的处理，废气排放含尘浓度<50mg/Nｍ³>，完全满足二类地区排放要求。腾达西北铁合金、青海华新冶炼有限公司等这些大型冶炼企业，均座落与黄河上游水系边，如果生产的铬系列产品废渣、粉尘会对黄河水造成铬离子超标，