铬铁渣综合治理：金属回收、Cr(VI)稳定化及在建筑材料中的可持续利用

本研究针对铬铁渣(FCS)中重金属回收率低、Cr(VI)浸出风险高及资源化利用受限等问题，通过电弧熔炼实现金属回收率>90%，采用硅灰(SF)添加剂使Cr(VI)浸出浓度降至0.6ppm以下，并开发出抗压强度达30MPa的FCS基地质聚合物。该研究为铬铁行业提供了"金属回收-污染控制-材料再生"的全链条解决方案，推动循环经济发展。

　　

铬铁合金作为不锈钢生产的关键原料，全球年产量持续攀升，中国2024年前五个月产量已达357万吨。然而每生产1吨铬铁合金就会产生1.1-1.2吨铬铁渣(FCS)，这种富含SiO₂-Al₂O₃-MgO体系的工业固废含有10-12%的金属价值和2-12%的铬元素，其中具有强致癌性的六价铬(Cr(VI))使其被列为危险废物。传统处理方式面临三大困境：金属回收率低、Cr(VI)浸出风险控制不足、建材化应用受限。针对这些问题，CSIR-矿物与材料技术研究所联合Ferro Alloys公司的科研团队在《Journal of Environmental Management》发表研究，提出"金属回收-铬稳定-材料再生"三位一体的解决方案。

研究采用电弧熔炼（Arc smelting）、X射线衍射（XRD）和场发射扫描电镜（FE-SEM）等关键技术，系统分析了印度FACOR公司提供的铬铁渣。通过优化液固比（L/S）、pH值和浸出时间等参数，结合硅灰（SF）添加剂，实现了金属回收与污染控制的双重目标。

【FCS表征】XRF显示原料含33.56% SiO₂、23.49% Al₂O₃和23.31% MgO，XRD证实主要物相为尖晶石(MgAl₂O₄)和镁橄榄石(Mg₂SiO₄)。SEM-EDS显示金属颗粒嵌布在硅酸盐基质中，为后续回收提供理论依据。

【金属回收】碳热还原实验在电弧炉中完成，获得Cr含量58-60%的合金，金属回收率突破90%。相比传统磁选/重选工艺（回收率<70%），该方法显著提升资源利用率。

【Cr(VI)稳定化】浸出研究表明，原始FCS中Cr(VI)浸出浓度达0.6ppm。添加1-2%硅灰（SF）后，不仅使浸出量降至安全标准，还意外发现SF能促进Cr(VI)还原为低毒性的Cr(III)。

【地质聚合物应用】残余FCS制备的地质聚合物28天抗压强度达30MPa，较未添加SF的18MPa提升67%。微观分析表明SF既作为纳米填料增强力学性能，又通过[SiO₄]^4-四面体参与地质聚合反应，形成更致密的N-A-S-H（钠铝硅酸盐）凝胶结构。

该研究创新性地将冶金过程与材料科学相结合，首次实现FCS中金属组分的高效回收与硅酸盐组分的增值利用。相比传统水泥（每吨排放0.9吨CO₂），FCS地质聚合物可减少60%碳足迹。研究团队特别指出，虽然Nath等曾报道过30MPa的FCS地质聚合物，但本研究首次系统解决了Cr(VI)浸出难题，为工业化应用扫清障碍。该成果不仅为全球年产生量超3000万吨的铬铁渣找到出路，更建立了工业固废"减量化-无害化-资源化"的示范模式，对推动循环经济具有重要意义。