水热协同稳定化处理高砷废酸与铬渣的氧化还原驱动矿物重构技术

【编辑推荐】本研究创新性地提出水热"以废治废"策略，通过原位氧化还原反应实现高砷废酸(As(III))与铬渣(COPR)中Cr(VI)的协同稳定化。优化条件下(液固比4.95，220.17°C，3.93h)，砷铬去除率超99%，形成热力学稳定的铬砷酸盐(CrAsO4)，DFT计算揭示Cr3+与H2AsO4-结合能达-119.53kcal/mol，为复杂重金属废物处理提供新范式。

　　

Highlight

本研究通过水热协同处理技术，在高酸性环境中利用高砷废酸中的三价砷(As(III))作为电子供体，高效还原铬渣(COPR)溶出的六价铬(Cr(VI))，实现砷氧化与铬解毒的双重功效。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。

Materials and reagents

实验采用铜冶炼厂的高砷废酸（含H₂SO₄的SO₂烟气洗涤废水）与铬盐厂的纯碱铬渣(COPR)作为原料，通过ICP-OES分析主要元素含量（详见表1）。

Single-factor screening rules and trends

采用单因素实验系统考察液固比、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3h、温度180°C、液固比(L/S)5，通过控制变量法确定各参数的独立作用规律，为响应面优化提供参数域。

Conclusions

酸性水热环境中，As(III)的电子转移能力使COPR中Cr(VI)的还原效率达99.59%，最终Cr(VI)浓度低于检测限(<0.01mg/L)。形成的CrAsO₄晶体结构经360天监测显示卓越的环境安全性，砷铬浸出浓度分别为0.96mg/L和1.58mg/L，远低于GB 18598-2019标准限值。该技术为重金属危废协同处理提供了理论支撑和工程化解决方案。