铬铁矿的矿物资料

铬铁矿是一种矿物，主要成分为铁、镁和铬的氧化物：(Fe, Mg)Cr2O4，是尖晶石的一种。它是唯一可开采的铬矿石，矿物成分较复杂，镁的含量不定，有时也含铝和铁元素。自然界含铬矿物约30种,但具有工业价值的只有铬铁矿,中国常见的有铬铁矿、铝铬铁矿和富铬尖晶石。

铬铁矿难熔，用作耐火材料，也用于制取三氧化二铬、重铬酸钠、重铬酸钾等铬化合物。 在冶金、玻璃、水泥工业中使用镁铬砖及铬镁砖。由于在水泥回转窑上使用含铬制品会产生六价铬化合物，基于环境保护的原因，逐渐被镁铝尖晶石制品或白云石制品取代。此外，用于提炼金属铬、生产铬铁合金、不锈钢、制造重铬酸盐等。

铬矿是发展冶金、国防、化工等工业不可缺少的矿产资源,主要用于冶金工业生产不锈钢及各种合金钢、合金,在玻璃、陶瓷、、耐火材料等方面也有广泛用途。包括：

铸造级：用于大型铸钢件、铸造型砂、钢包引流砂

冶金级：用于生产高碳铬铁和低微碳铬铁

耐火级/化工级：用于生产镁铬砂、镁铬砖等耐火材料

南非的草原高地复合构造是世界上的铬矿资源储量最丰富的地区，占全世界已知铬储量的761%。其中西矿带是以鲁斯腾堡（RUSTENBUG）为中心，而东矿带以斯蒂尔波特（STEELPOORT）和博格斯福德（BUGERSFORT）

铬矿砂主要成分：

铬矿砂是锻造用特殊砂，是以铬铁矿为主导的尖晶石，经粉碎、选择成央求粒度分布，适用外型设计（制芯）的砂。铬铁矿砂按成分分红2级；一级Cr2O3≥45%;二级Cr2O3≥35%。

铬矿砂的特性：

1、铬矿砂有非常好的抗偏碱渣的效果，不与化合物等产生反映；因而在细致运用中，铬矿砂能够防止热化学夹渣；

2、在凝结金属材料铸造全过程中，铬矿砂自身产生固相煅烧，避免了凝结金属材料的渗入，进而避免机械设备夹渣；

3、铬矿砂的热传导率比硅砂大数倍，能够提升铸造件的制冷速率，因而，铬矿砂在细致运用中能够具有外接冷铁的作用；

4、耐火性高，线收缩系数低，不与氢氧化物反映，能合理避免铸造件脉纹、夹砂管等焊接缺陷。

5、在型沙中添加适量的铬铁矿砂可配置铸钢件、生铁的面砂，在混和料中添加适量的铬铁矿砂，能合理避免热变形类焊接缺陷。

70铬的化学成分如下：

1、三氧化二铬（Cr2O3）：它是一种常见的无机化合物，呈现深绿色，用作染料、陶瓷颜料和防腐剂等。

2、高铬铁合金：这是一种合金材料，主要由铁和铬组成，通常用于制造不锈钢和耐蚀材料。

3、铬酸（H2CrO4）：这是一种强氧化剂，常用于实验室中的化学反应。

4、一氧化铬（CrO）：这是一种无机化合物，常用于染料和颜料制造。化学成分指的是物质组成中的化学元素或化合物。它描述了物质的组成和构成部分，包括元素或分子的种类、数量和比例关系。

不锈钢。不锈钢是一种合金材料，其主要成分包括铁、铬、镍等元素，其中铬的含量通常在105%以上，可以提供不锈钢的耐蚀性，而5个镍，铬2599的含量则意味着这种不锈钢中镍的含量相对较低，而铬的含量相对较高，这种不锈钢通常具有较好的耐蚀性和耐热性能，适用于制造耐蚀性要求较高的产品。

　铬元素被美国环保署(USEPA)列为最具毒性的污染物之一，含铬废水中的铬主要来源于电镀、制革、化工、颜料、冶金、耐火材料等行业，它以三价和六价化合物的形式存在。由于六价铬的高溶解性，它比三价铬更具有生物毒性。研究表明，六价铬化合物能够干扰重要的酶体系，经口、呼吸道或皮肤接触吸收后能引起“三致”作用。因此，含铬废水必须严格控制六价铬的质量浓度，达标后才能允许排放。

　　处理含铬废水的关键在于降低六价铬的含量，一般可以通过两种途径实现：(1)通过化学反应使六价铬转变为低毒易沉淀的三价铬，再进一步去除三价铬;(2)将六价铬化合物与水分离。现有的处理技术都是通过这两种途径达到去除铬的目的，具体处理方法如下。

　　1理化处理技术11反渗透法反渗透法通过给水体加压使水分子通过半透膜，实现铬化合物的浓缩，达到水与铬分离的目的。

　　由于其不涉及化学反应和酸碱的生成，因此，反渗透技术在控制二次污染方面具有一定的优越性。由于要给处理水体加压，电能的消耗是需要考虑的问题，所以它适合处理铬质量浓度高的废水。铬质量浓度低的废水采用反渗透技术电能消耗较大，经济上不合算。

　　范帅等先采用离子交换法、芬顿氧化、混凝沉淀、电凝聚等技术对含镍、含铬、含铜、含氰、前处理、混排等的废水进行预处理，再用超滤及反渗透膜处理含重金属、含氰及前处理废水后回用。王维平分析了反渗透技术在电镀废水回用中遇到的问题及对应解决思路。

　　12离子交换法离子交换法利用离子交换剂中的离子和水中的离子进行交换，进而达到去除水中特定离子的目的。

　　六价铬在废水中以铬酸根形式存在，因此，经常用阴离子交换树脂进行铬酸根的吸附交换(式(1)和式(2))去除水中的六价铬，树脂可用再生剂进行再生。

　　2ROH+CrO2-4=R2CrO4+2OH-(1)

　　2ROH+Cr2O2-7=R2Cr2O7+2OH-(2)

　　唐树和等用201×7强碱性阴离子交换树脂处理含Cr(Ⅵ)废水，在实际废水Cr(Ⅵ)初始质量浓度为1540mg/L时，出水Cr(Ⅵ)质量浓度小于05mg/L，达到国家排放标准，且经再生处理后树脂再生率大于95%。徐灵等分别用pH值静态试验和流量动态试验对201×7强碱性苯乙烯阴树脂吸附Cr(Ⅵ)的能力做了研究，在高Cr(Ⅵ)质量浓度的条件下，设定pH值为3、树脂管流量为3BV/h，在树脂穿透点之前，铬的去除率在995%以上，加之模拟废水Cr(Ⅵ)质量浓度远远高于工业废水Cr(Ⅵ)质量浓度，说明离子交换法完全可以使废水达标排放。考虑到Cr(Ⅲ)的回收再利用，CavacoSA等研究了DiaionCR11和AmberliteIRC86两种离子交换树脂对Cr(Ⅲ)的吸附交换特性，研究结果表明，两种树脂在去除Cr(Ⅲ)能力上均很有效，DiaionCR11显示了相对的去除优势。

　　13电渗析法电渗析法指在直流电的作用下，使阴、阳离子选择性地透过阴、阳离子膜，形成一个个的浓、稀空间，既达到了铬水分离的目的，又实现了铬的浓缩，为铬的回收再利用提供便利。但值得注意的是高质量浓度的含铬废水则不适宜采用电渗析法处理，因为质量浓度越高，消耗电能越大。邓永光等研究了电渗析法对铬钝化清洗废水的处理效果，结果表明：在其建立的电渗析小试装置的条件下，进水浓度对淡水水质影响不大;采用浓水循环工艺，淡水产率可提高至约80%，浓室总铬、锰离子质量浓度超过4000mg/L，为浓水的后续处理处置创造了条件。

　　14吸附法吸附法利用吸附剂与被吸附物质之间的吸附力，使被吸附物质吸附在吸附剂上，达到水体净化的目的。吸附力可以是分子间引力，也可以是通过相互反应生成化学键引起的吸附。前者为物理吸附，后者为化学吸附。在污水处理中，多数情况下，往往是多种吸附的综合结果。

　　理化吸附法处理含铬废水常用的吸附剂有活性炭、磺化煤、活化煤、沸石和硅藻土等。这些吸附剂在含铬废水处理中显示了较好的吸附性能，铬去除率均在70%以上，最高可达99%。

　　唯一的不足之处在于经济投入问题，有一定花费，寻找低投入高回报的吸附剂成为考虑的主要问题，而以废治废成为较佳的方案。作为电厂废物的粉煤灰和作为煤矿废物的煤矸石由于颗粒本身的特殊结构和性能，表现出良好的吸附性能和化学稳定性。

　　秦巧燕等进行了活化煤矸石处理模拟含铬废水的试验，在最优条件下，铬的去除率在90%以上。白汀汀等通过试验对比了粉煤灰吸附法和铁氧体法对Cr6+的去除率，结果表明：在最佳条件下，用粉煤灰处理废水的最佳除铬率比铁氧体法除铬率高，除铬效果更好。陈小萍等研究了活性炭纤维对六价铬的吸附作用，研究结果表明：利用活性炭纤维去除水中的Cr(Ⅵ)，其适宜条件为pH值为1～3，吸附时间为15h;通过电化学改性可以提高吸附率，并可实现活性炭纤维的现场再生。具体联系污水宝或参见http://wwwdowatercom更多相关技术文档。

　　2化学处理技术21化学还原沉淀法该方法是通过化学反应使Cr(Ⅵ)变为Cr(Ⅲ)，Cr(Ⅲ)在碱性条件下生成Cr(OH)3，排出上清液，以实现铬的去除。因此选择还原性化学物质将Cr(Ⅵ)还原成容易沉淀的Cr(Ⅲ)是整个技术的关键，选择高效价廉的还原剂是最佳选择。目前常用的还原剂主要有气态的SO2、液态的水合肼以及固态的亚硫酸钠、硫代硫酸钠、硫酸亚铁等。此方法常常产生大量污泥，可从污水源头分流、污泥分类回收等途径解决污泥带来的后续处理问题。

　　蒋小友等研究了用水合肼回收电沉积铬废液中铬的工艺条件，试验结果表明，在30℃下于25mL含铬废液中加入16mLH2SO4和08mL水合肼，8min可使Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)。颜家保等用硫酸亚铁作为还原剂处理Cr(Ⅵ)废水，处理后出水六价铬和总铬的质量浓度分别在055及15mg/L以下，达到了国家排放标准;而且通过研究pH值对整个工艺的影响，得出Cr(Ⅵ)还原阶段pH值应控制为2～3，Cr(Ⅲ)沉淀阶段应控制为8～9。用亚硫酸钠作还原剂与用硫酸亚铁工艺条件相似，处理出水同样能达到排放标准。石俊仙等用矿山铁的硫化物矿物处理皮革厂含铬废水，在试验得到的最佳条件下，直接用矿山铁的硫化物矿物处理高质量浓度含铬废水，去除率达到73%。李秋菊等研究利用晶钟诱导沉积不锈钢酸洗废液中铁、铬及镍的有价金属，以达到废酸液进行资源化利用的目的，结果显示温度越低，废酸HF越高，越有利于金属沉积，且晶钟添加量对金属沉积影响不大。

　　22铁氧体法铁氧体法同样是用硫酸亚铁作为还原剂，与还原沉淀法的区别在于铁氧体法不是通过生成Cr(OH)3沉淀去除Cr(Ⅲ)，而是通过形成有磁性的铁氧体达到同时去除铁和铬的目的。具体操作为：硫酸亚铁在一定酸度下还原Cr(Ⅵ)为Cr(Ⅲ);然后调节溶液pH值，使Fe3+、Cr3+以及Fe2+共沉淀;加热，通入压缩空气，使剩余Fe2+被氧化为三价，当Fe2+与Fe3+质量浓度比达到2︰1时，便形成铁氧体。反应见式(3)～式(9)。

　　Cr6++3Fe2+→Cr3++3Fe3+(3)

　　Cr3++3OH-→Cr(OH)3↓(4)

　　Fe3++3OH-→Fe(OH)3↓(5)

　　Fe2++2OH-→Fe(OH)2↓(6)

　　Fe(OH)3→FeOOH+H2O(7)

　　FeOOH+Fe(OH)2→FeOOH·Fe(OH)2(8)

　　FeOOH·Fe(OH)2+FeOOH→FeO·Fe2O3↓+2H2O(9)

　　由于Cr3+与Fe3+具有相同的离子电荷和相近的离子半径，在铁氧体形成的过程中，Cr3+取代Fe3+成为铁氧体的组成部分，从而达到去除Cr(Ⅵ)

　　的目的。反应见式(10)和式(11)。

　　2Cr3++Fe2++8OH-→FeO·Cr2O3↓+4H2O(10)

　　6Fe3++3Fe2++24OH-→3FeO·Fe2O3↓+12H2O(11)

　　魏振枢分别从FeSO4·7H2O的投加量、反应的酸碱度控制和加热与曝气几个方面对铁氧体法处理含铬废水的工艺条件进行了探讨。来风习等为了克服铁氧体法的缺陷，用一种复合方法超声波-铁氧体法处理含铬废水，结果Cr6+去除率达到999%以上，这就从节能和经济的角度让传统铁氧体法得以优化。

　　23电解法电解法使废水中的有害物质通过电解过程在阳、阴两极发生氧化和还原反应，或利用电极氧化和还原的产物与废水中的有害物质发生化学反应，使有害物质转化为无害物质或生成不溶于水的物质，从水中除去。电解法除铬用铁作阴极和阳极，阳极溶解产生的Fe2+将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)，阴极附近由于H+不断还原为H2，溶液逐渐显碱性，Fe3+和Cr(Ⅲ)生成Cr(OH)3沉淀，从而除去废水中的Cr(Ⅵ)。发生的化学反应见式(12)～式(17)。

　　阳极反应：Fe-2e-→Fe2+(12)

　　Cr6++3Fe2+→Cr3++3Fe3+(13)

　　阴极反应：2H2O+2e-→H2+2OH-(14)

　　沉淀反应：Cr3++3OH-→Cr(OH)3↓(15)

　　Fe3++3OH-→Fe(OH)3↓(16)

　　Fe2++2OH-→Fe(OH)2↓(17)

　　赵丽等分别从废液浓度、pH值、反应时间和换极周期4个因素考虑，利用正交试验对电解法处理含铬废水进行了研究，认为在工业废水Cr(Ⅵ)初始质量浓度较高(不小于300mg/L)时，单纯依靠普通的铁板阳极溶解的Fe2+还不能够充分还原Cr(Ⅵ)，需加一定的还原剂，当废水初始质量浓度不高于600mg/L、pH值为3、反应时间为40min和换极周期为10min时，且根据前期正交试验(Fe2+与Cr2O7质量浓度比为1∶1)确定加入的FeSO4量的反应条件下，去除率可达94%以上。电解法由于有沉淀和絮体的生成，需要过滤工艺，且阴极附近氢气的生成会影响它们的沉降，GaoP等为了解决这一问题，设计了电絮凝-电浮选联合工艺，省去了过滤步骤，利用电解-电浮选产生的气泡有效地使絮体浮出水面，从而达到去除的目的。

　　3生物处理技术生物法处理废水一直是水处理领域研究的热点，因为它具有资源丰富、效率高、投资低、选择性强以及不产生二次污染等优点。生物法处理含铬废水主要包括氧化还原、离子交换、形成配位化合物和静电吸引等机理，主要以投加生物吸附剂和生物絮凝剂的方式来完成。

　　31生物吸附法大量研究证实，具有生物活性的生物体及非活性的生物质均具有较强的生物吸附性能。应用死的微生物细胞吸附去除污染物具有一定的优越性，它不会受到废水中毒性物质的影响，不需要持续不断地提供养分，且可以再生再利用。近几年国内外对含铬废水的处理焦点多集中在生物吸附法上，通过寻找合适的废生物质材料吸附铬等重金属，这些生物质材料包括木屑、玉米芯、板栗壳、咖啡渣、橄榄渣、椰子皮、苔藓、核桃壳及其改性产品等。

　　ElNemrA等从反应体系的pH值水平、污染物含量、吸附剂用量及吸附时间几个方面研究了鸡毛菜(海洋红藻)及其生物质活性炭对废水中铬去除效果的影响，结果表明，在溶液pH值为1时吸附量最大，两者最大的吸附能力为12和66mg/g。

　　LiuC等利用咖啡渣作为生物吸附剂还原吸附电镀废水中的Cr(Ⅵ)，在试验条件下Cr(Ⅵ)被完全还原和吸附，还原生成的少量Cr(Ⅲ)在后续混凝沉淀单元被完全去除，为咖啡渣的废物利用提供了思路。DehghaniMH等利用经处理后的旧书、旧报纸吸附去除Cr(Ⅵ)，研究表明，随着Cr(Ⅵ)质量浓度和反应溶液pH值的降低以及吸附剂含量的提高，Cr(Ⅵ)去除率增大;在初始Cr(Ⅵ)质量浓度为5～70mg/L、pH值为3、接触时间为60min及吸附剂投加量为30g/L的条件下，Cr(Ⅵ)最大吸附能力可达到5988mg/g[41]。VieiraMGA等研究用马尾藻做填料的填料柱对Cr(Ⅵ)的吸附作用，运用因子设计方法研究了运行条件对吸附能力的影响，如进水Cr(Ⅵ)质量浓度、填料柱进液流量和吸附剂量，结果显示进水Cr(Ⅵ)质量浓度对填料柱吸附能力的影响最大，填料柱进液流量次之;在最佳运行条件下得到的吸附能力为1906mg/g。木屑作为建筑和家具等行业的固体废物，主要由质量分数为45%～50%的纤维素和质量分数为23%～30%的木质素组成，这些成分由于结构上含有羟基、羧基和酚基等基团，使它具有绑定金属的能力，因此，大量的试验和实际工程研究应用木屑、改性木屑吸附去除废水中的铬，且去除效果明显。

　　32生物絮凝剂法生物絮凝剂是利用生物技术通过生物发酵、抽提、精制而得到的一种具有生物分解性和安全性的新型、高效、无毒、廉价的水处理剂。与传统絮凝剂相比，生物絮凝剂具有高效、无毒、易降解且不产生二次污染的特点。

　　马军等通过试验分析得出了微生物絮凝法处理含铬工业废水的最佳工艺条件为：pH值为75～80，水温在10℃以上，最高进水Cr(Ⅵ)质量浓度为100mg/L，活性菌体积分数为08‰～12‰，反应时间为13～16min[48]。杨思敏等用微生物絮凝剂处理Cr(Ⅵ)溶液时，结果显示黑曲霉分泌微生物絮凝剂对低质量浓度Cr(Ⅵ)还原效果较好，在pH值为1～5时，还原能力均较高，对质量浓度为20mg/L的Cr(Ⅵ)的还原率均大于99%。

　　4技术展望由于相关工业的快速发展，含铬废水排放仍将保持浓度高、排放量大的特征，为了保护环境，强化含铬废水治理，今后治理技术进一步开发与应用应从以下几个方面加以考虑。

　　(1)废物减排和再利用是治理环境污染的一种重要方式，以循环经济思路为指导，加强以废治废的技术开发，充分利用废弃物资源如煤矸石、粉煤灰及农业废弃物等，这样既减少了废物排放，又治理了其他类型的污染，可以首先从当地可利用资源考虑。

　　(2)前文中含铬废水治理方法各有优缺点，并各有其应用前提条件和最佳条件，应在综合分析的基础上建立联合处理或复合处理技术体系，以使处理方案兼顾社会、经济和环境综合效应，达到最佳效果。

　　(3)文中所述大部分相关研究是在实验室进行的，条件易于掌控，而实际处理工程则十分复杂，影响因素更为复杂，且有时难于准确控制，应加强中试以使各种方法更符合实际工程需求。

　　(4)由于化学法将产生大量的污泥，污泥铬含量很高，应合理进行污泥的处置。

　　(5)生物处理法的出水含有大量的生物，出水不易进行回收利用，因此，生物处理工艺应考虑后接消毒处理。