基于水热“以废治废”策略的高砷废酸与铬渣协同处理及砷铬稳定化机制研究

本研究创新性地提出水热"以废治废"策略，通过高砷废酸（含As(III)）与铬渣（COPR）的协同处理，实现砷铬同步解毒稳定化。研究采用响应面法优化工艺（液固比4.95，220.17℃，3.93h），使砷去除率达99.36%，总铬99.59%，Cr(VI)低于检测限（<0.01mg/L）。机理证实As(III)氧化为As(V)，Cr(VI)还原为Cr(III)，共沉淀形成稳定铬砷酸盐（CrAsO4）。DFT计算揭示Cr3+与H2AsO4-结合能达-119.53kcal/mol，处理渣浸出浓度（As 0.96mg/L，Cr 1.58mg/L）符合国标GB 18598-2019，为复杂重金属废物处理提供新思路。

　　

Highlight

本研究通过水热"以废治废"策略，巧妙利用高砷废酸与铬渣（COPR）的化学互补性，实现砷（As）和六价铬（Cr(VI)）的同步解毒与稳定化。酸性水热环境中，As(III)作为电子供体将COPR溶出的Cr(VI)高效还原，同步完成砷氧化和铬解毒。原位生成的Cr(III)替代外源铁盐，与As(V)形成热力学稳定的铬砷酸盐（CrAsO₄）沉淀。

单因素筛选规律与趋势

采用单因素实验系统探究液固比、温度、反应时间对砷铬共稳定的影响机制。基准条件设定为反应时间3h、温度180℃、液固比（L/S）5。研究发现：

1. 1.

   液固比提升促进Cr(VI)浸出但稀释反应物浓度，最优区间4-6；

2. 2.

   温度超过200℃显著加速As(III)还原Cr(VI)的电子转移；

3. 3.

   反应时间3-4h可实现As/Cr去除率>99%，延长导致CrAsO₄晶体结构重组。

结论

水热共处理技术实现了高砷废酸与COPR中砷铬的高效稳定化。CrAsO₄的生成使处理渣浸出浓度（As 0.96mg/L，Cr 1.58mg/L）远低于国标限值，360天监测显示卓越环境安全性。该技术为重金属危废治理提供了"零试剂添加"的绿色解决方案。

Declaration of competing interest

作者声明无任何可能影响研究结果的财务或个人利益冲突。

Acknowledgements

感谢国家自然科学基金（52100206）和中南民族大学中央高校基本科研业务费（CZQ24030）资助。注：作者声明无竞争性经济利益。