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去年曝光的云南曲靖鉻渣污染事件提高了全社會對鉻鹽清潔生產(chǎn)工藝的關(guān)注度。在日前通過驗收的“十一五”國家科技支撐計劃清潔生產(chǎn)與循環(huán)經(jīng)濟關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用重大項目中，資源利用率接近100%的亞熔鹽液相氧化法鉻鹽清潔工藝提振了鉻鹽企業(yè)對于未來清潔生產(chǎn)的信心。該項目負責人之一、中國科學院過程工程研究所研究員徐紅彬為記者詳細解讀了該工藝。
源頭入手解鉻渣殘留
我國的鉻鹽工業(yè)主要是將鉻鐵礦中的鉻從三價氧化物轉(zhuǎn)化為六價的水溶性鉻酸鹽，再轉(zhuǎn)化為重鉻酸鹽，進一步生產(chǎn)下游鉻化合物產(chǎn)品。據(jù)商業(yè)部門統(tǒng)計，鉻鹽與我國國民經(jīng)濟中約10%的工業(yè)產(chǎn)品有關(guān)。
徐紅彬告訴記者，我國傳統(tǒng)的鉻鹽生產(chǎn)工藝是高耗能、重污染的有鈣焙燒法，這種目前仍被大多數(shù)國內(nèi)企業(yè)使用的工藝存在三大問題：一是惰性輔料的加入造成排渣量大。過去生產(chǎn)1噸重鉻酸鈉產(chǎn)品會產(chǎn)生2.5~3.0噸含鉻廢渣，改進后生產(chǎn)1噸重鉻酸鈉產(chǎn)品的排渣量仍有1.5~2.5噸。二是由于總物料量增加，氣固傳質(zhì)效率低，主反應(yīng)轉(zhuǎn)化率僅在75%左右。三是鈣和鉻結(jié)合成的鉻酸鈣是一種微溶于水的致癌物，不易處理，長期堆放造成污染。
雖然鉻鹽行業(yè)對我國經(jīng)濟、社會的發(fā)展作出了突出的貢獻，但幾十年來殘留的鉻渣一直是讓企業(yè)頭痛的問題。相對于處理大量易造成環(huán)境污染的有毒鉻渣來說，減少鉻鹽生產(chǎn)中的廢渣排放量，提高資源利用率，從源頭入手防止污染的產(chǎn)生顯得更為重要。
氣液固反應(yīng)提效減排
目前國外鉻鹽生產(chǎn)已全部實現(xiàn)了無鈣焙燒工藝。據(jù)徐紅彬介紹，這種工藝是對傳統(tǒng)有鈣焙燒工藝進行“小手術(shù)”，同樣是氣固反應(yīng)，資源利用率可增至90%。該工藝廢渣中雖然不含鈣，但含鉻鋁泥等固廢的綜合利用則面臨新的難題。這種工藝只需在傳統(tǒng)有鈣焙燒生產(chǎn)線中，對少量設(shè)備進行改造，但主體反應(yīng)設(shè)備產(chǎn)能會下降，生產(chǎn)成本提高。因此有些鉻鹽企業(yè)打著有鈣焙燒轉(zhuǎn)無鈣焙燒的旗號，在環(huán)保監(jiān)管不嚴時仍采用有鈣焙燒工藝生產(chǎn)。
中科院過程所開發(fā)的低溫亞熔鹽液相氧化技術(shù)，采取氣液固擬均相反應(yīng)機理，徹底從源頭解決了鉻渣污染的問題。鉻鐵礦在氫氧化鉀或氫氧化鈉溶液體系中發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率高達98%，鉻工業(yè)收率在96%左右，由于反應(yīng)過程不需添加任何輔料，排渣量大幅減少。
徐紅彬表示，除了提高鉻收率和減少廢渣排放量外，這套液相法工藝還有許多優(yōu)點：傳統(tǒng)焙燒工藝反應(yīng)溫度在1100℃以上，而液相法在320℃左右，大幅降低了主反應(yīng)能耗；通過液相體系生成的廢渣，疏松多孔，氧化鐵含量可達40%以上，只需經(jīng)過簡單加工處理即可生產(chǎn)脫硫劑副產(chǎn)品，實現(xiàn)了資源深度利用。
經(jīng)過20年的持續(xù)創(chuàng)新和10余年的工業(yè)化推進，這項工藝已成功應(yīng)用于中藍義馬鉻化學有限公司萬噸級鉻鹽生產(chǎn)裝置上，目前生產(chǎn)的氧化鉻已經(jīng)進入市場。新工藝單位產(chǎn)品能耗降低約20%，鉻工業(yè)回收率提高20%，廢渣中六價鉻含量降至傳統(tǒng)工藝的1/100。這種液相法工藝在全球范圍內(nèi)都是一項突破，在工業(yè)化裝置上的成功應(yīng)用更是為鉻鹽行業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)的推行起到了示范作用。
清潔生產(chǎn)任重道遠
根據(jù)環(huán)境保護部環(huán)境工程評估中心的報告，2011年我國鉻鹽總產(chǎn)能36.3萬噸，其中采用清潔生產(chǎn)工藝的產(chǎn)能比例不足14%，仍有20條產(chǎn)能在萬噸以下的有鈣焙燒生產(chǎn)線未按要求淘汰。因此，推廣清潔生產(chǎn)技術(shù)任重而道遠。
徐紅彬告訴記者，目前雖然中藍義馬2007年工藝流程全打通，2011年年產(chǎn)3000噸示范裝置實現(xiàn)盈利，但與業(yè)內(nèi)平均水平相比，裝置產(chǎn)能偏小，且產(chǎn)品氧化鉻的市場份額僅為15%，目前市場上主流產(chǎn)品還是重鉻酸鈉和鉻酸酐。
此外，由于我國鉀資源匱乏，價格較貴，以氫氧化鉀作為反應(yīng)介質(zhì)增加了成本。同時，鉻酸鉀或重鉻酸鉀相對較貴，市場需求不多。不過，液相法工藝通過氫還原法實現(xiàn)了鉀資源的回收，從而降低了生產(chǎn)成本。與之相比，以氫氧化鈉為反應(yīng)介質(zhì)可以降低原料成本，并可生產(chǎn)市場份額較高的重鉻酸鈉，經(jīng)濟上更可行。徐紅彬透露，目前他們正在和另一家企業(yè)合作建設(shè)以氫氧化鈉為反應(yīng)介質(zhì)的中試生產(chǎn)線。
根據(jù)今年初頒布的《鉻鹽行業(yè)清潔生產(chǎn)實施計劃》，2013年年底前，將全面淘汰有鈣焙燒落后生產(chǎn)工藝，在全行業(yè)推廣無鈣焙燒、鉀系亞熔鹽液相氧化法等成熟清潔生產(chǎn)技術(shù)。如果將有鈣焙燒工藝轉(zhuǎn)為液相法工藝，通常需要以釜式或塔式反應(yīng)器取代回轉(zhuǎn)窯，而主體反應(yīng)器投資成本通常占總投資成本的30%左右。據(jù)了解，國內(nèi)鉻鹽生產(chǎn)企業(yè)更傾向于采用投資成本較低的無鈣焙燒工藝。
不過，隨著國家環(huán)保監(jiān)管力度的加大，未來環(huán)保成本在產(chǎn)品總成本中所占比重將不容忽視。此外，隨著全球范圍內(nèi)鉻鐵礦的開發(fā)和總體資源量的日益減少，鉻鐵礦原料的成本在產(chǎn)品總成本中所占比重將越來越大。因此，徐紅彬?qū)σ合喾üに嚨耐茝V前景信心十足。