近年，旋風性研我國首創了利用旋風爐附燒處理鉻渣的爐附理鉻技術并取得初步成功.這種方法是在熱電聯產的同時，使摻入燃煤中的燒處鉻渣經高溫熔融還原解毒后，以液態渣形態排出，安定經水淬粒化后固化為玻璃體渣，旋風性研最終還可用作建材而達到資源化目的爐附理鉻.旋風爐爐內過程具有極佳的反應熱力學和反應動力學條件，可使Cr6+→Cr3+的燒處半程還原反應得以徹底進行，其轉化率達到99.96%以上.同時，安定上述附燒處理工藝完全附合在大物流率的旋風性研熱電生產過程中，應而鉻渣處理得以集約化，爐附理鉻且由于鉻渣替代了原來摻用的燒處石灰石助熔添加劑，所以幾乎不附加額外的安定能耗.旋風爐附燒鉻渣時采用尾(飛)灰全回熔系統，運行中僅排出水淬渣，旋風性研消除了飛灰二次污染［1］.基于上述特性，爐附理鉻可以認為旋風爐附燒處理鉻渣技術是燒處迄至目前的一種無害化徹底、處理量大和無需附加能耗的最好的鉻渣處理方式.但是這種方法下解毒渣的安定性如何，就成為最終肯定這種方法的關鍵所在.
1 鉻渣解毒處理前后的化學和物相組成分析
送入旋風爐的煤灰質和鉻渣以及回熔飛灰經爐內過程后，即形成均質的準相平衡態熔體，并在爐內經過一定保持時間后，在渣溫降至1400℃，煙氣介質中的氧量為＜2%的條件下排出爐外.一般，排渣在渣井中當即經水淬激冷，形成玻璃體粒化渣.
1.1 摻混鉻渣后入爐煤的灰質組成
附燒鉻渣時，旋風爐應維持正常的爐內溫度水平和造渣、 排渣工況，因此煤與渣的配比決定于摻渣煤的熱值及其灰分的粘度—溫度(流變)特性要求.通常對于出力在50t/h以上的旋風爐，摻混鉻渣后應滿足以下綜合判定條件，即爐內理論燃燒溫度θa，應為：
θa≥1.05t25pas+480℃
式中，t25pas為熔渣粘度為25pas時的對應溫度，其可依據粘溫特性試驗結果或根據灰成份計算確定［2］.對于適用煤種，當其低位發熱量為23000kJ/kg以上時，其與鉻渣配比可達100∶30.以天津農藥廠熱電站附燒天津同生化工廠鉻渣工程為例，設計使用大同混煤按100∶28配比摻混鉻渣，相應的灰渣成分組成列于表1.
表1 煤灰分、摻渣煤灰分和鉻渣的成分組成(干燥基)(%)
Table 1 Component of coal ash, coal ash mixed with
sludge and sludge (dry)
組分
大同混煤
鉻 渣
100∶28摻渣煤
SiO2
64.29
18.32
44.14
Al2O3
21.53
2.95
13.39
CaO
1.18
32.84
15.06
MgO
0.75
25.25
11.49
Fe2O3
5.59
11.18
8.04
TiO2
1.04
0.58
SO3
0.72
0.4
P2O5
1.65
0.93
K2O
2.99
0.23
1.78
Na2O
0.26
2.54
1.26
Cr2O3
*
6.69
2.93
* 以Cr2O3計的Cr總量，其中Cr6+含量約為5％
從表1可見，摻渣煤灰分仍是以SiO2+Al2O3為主要成分，達57.5%，SiO2／Al2O3為33%，其硅比G(SiO2／（SiO2+CaO+MgO+Fe2O3))、堿性比J((Fe2O3+CaO+MgO+Na2O+K2O)/(SiO2+Al2O3+TiO2+P2O5+Cr2O3+SO3))分別為55.6%和0.603.因此，摻渣煤的灰分依然屬于高硅酸性灰范疇.
一般，我國動力用煤灰分均屬于酸性灰，其原生礦物質主要物相為粘土類礦物、碳酸鹽、硫鐵礦、石英及少量諸如金紅石(TiO2)和磷灰石之類的附礦物和重礦物等.而摻入的鉻渣本身的堿性比為2.58，呈強堿性.鉻渣成分與硅酸鹽水泥較為接近，但殘留有少量的水溶性和酸溶性六價鉻化合物，其組成主要為吸附的鉻酸鈉和鉻鋁酸鈣等.同生化工廠鉻渣物相的X衍射分析結果列于表2.摻渣煤經煤粉制備系統粉磨干燥后，其中煤灰分與鉻渣是以機械混合物形式送入爐內的，伴隨其后的燃燒初熔半程還原和保持過程，形成為均質的熔體.
表2 同生化工廠鉻渣物相組成分析結果
Table 2 Phase component of sludge containing chromium(Ⅵ) compounds from Tongsheng Chemical Plant
符號
物相名稱
物相分子式
相對含量
X-射線結面網間距,nm-1
實驗條件
A
四水鉻酸鈉
Na2CrO4*4H2O
微
10
C
鉻鋁酸鈣
3CaO*Al2O3*CaCrO4*12H2O
中
7.73(3.04)
D
堿式鉻酸鐵
Fe*(OH)*CrO4
少
3.36
E
硅酸二鈣
2CaO*SiO2
中
2.79，3.04
銅靶
F
鐵鋁酸鈣
4CaO*Al2O3*Fe2O3
多
1.93， 2.05， 2.65， 3.66
(CuKa)
G
水合鋁酸鈣
3CaO*Al2O3*6H2O
少
2.29， 2.79， 3.36
H
方鎂石
MgO
少
2.09
I
鉻鐵礦
(Mg*Fe)Cr2O4
中
4.80
K
α-亞鉻酸鈣
α-CaCr2O4
少
1.87，2.29，3.49
電壓 40kV
L
碳酸鈣
CaCO3
多
1.87， 1.91， 3.49， 3.04
M
α-水合三氧化鋁
α-Al2O3*H2O
多
4.47，4.92
S
硅酸鐵
FeSiO3
中
2.37
電流 45mA
B
硅酸鉻
Cr2SiO3
可能存在
2.05， 2.37， 2.79
R
鉻酸鈣
CaCrO4
可能存在
1.87， 2.26， 2.65
N
氧化鉻
Cr2O3
可能存在
2.17， 2.49， 2.68， 3.66
1.2 解毒渣的物相分析
對于附燒處理后解毒渣的物相構成，應于著重分析的是其在爐內過程中最終形成的均質準相平衡熔體降溫歷程中的相變路線.熔體的組成、所達到的最高終溫水平及在真實液體溫度t0以上的環境中的保持時間、此后排出爐外的降溫速率等因素決定了解毒渣物相結構.因此，即便是簡化為較簡單的SiO2-Al2O3-CaO(MgO)-FeO物系，根據相平衡來確定解毒渣物相組成也是不實際的.所以通常都是借助X射線衍射分析來確定解毒渣物相組成.試驗使用Philips APD10X-射線衍射儀，波長：CuKa,1.54056A，電壓 40kV,電流45mA，狹縫：發射1、接收2、防散射線0、掃描速度4度/min，步寬0.02度.采用X射線粉末衍射法，同時有專用的軟件系統支持，并輔以其它物理化學方法，最終予以準確判斷解毒渣樣品的物相組成.
分析樣品取自在天津化工廠所做(工業性)規模試燒鉻渣試驗的兩個工況，內蒙古巴彥淖爾皮革化工廠熱電聯產附燒鉻渣的兩個工況以及試驗室等效條件模擬爐14個工況.
真實熔體，亦即牛頓流體熔體，其原子結構是遠程無序的，屬于無規密堆積模型.在激冷時，也就是相變學中稱作的琉態轉變過程中，熔體中原子熱運動能量頓減而趨向更密的接觸，它的粘度隨溫度驟降而銳增，未及發生結晶現象，唯一結構性變化是原子間距縮小，仍維持著原來的空間相對位置，但密集程度變大.因此，可以說在琉態轉變中，熔體結構在原處凍結，從結構特性上看，形成的玻璃體只是過冷的熔體而已［3］.對于低于臨界溫度t0的塑性流體，已開始析晶過程，在激冷時仍然和上述情形一樣，也是把激冷起始時相應溫度下的熔體結構凍結下來，由于有一部分結晶物相存在，玻璃化程度相應有所降低.
因此，熔體水淬前初始溫度水平接近或高于其臨界溫度t0時，水淬后玻璃化程度就越高，模擬試驗渣的X衍射檢驗表明，滿足上述條件時，玻璃化程度可在90%～95％.通常熔渣從渣口到水淬點有≤1s的下落行程.測定表明，這一過程由于渣流向渣井四壁散發輻射熱，而有約100℃溫降，即水淬時渣溫為≥1300℃，此時熔體已呈開始析晶的塑性段粘溫特性，水淬時降溫速率當在1000—10000℃/s.總的看來，水淬過程為典型的驟然冷卻過程.
表3給出驟冷解毒渣的結晶物相組成，由于等效爐試驗中驟冷條件最為理想，其玻璃化程度較高，所余凍結于琉態轉變后過冷熔體中的結晶物含量一般較低.總的看來，原來鉻渣中的鉻酸鈉(Na2CrO4*4H2O)，鉻鋁酸鈣(4CaO*Al2O3*CrO3*12H2O)，堿式鉻酸鐵(Fe(OH)CrO4)和亞鉻酸鈣(CaCr2O4)等物相在解毒渣中均消失殆盡，轉而生成Cr2O3的固溶體，其中在較大配比下，可以析出極微量的鉻尖晶石((Mg,Fe)(Al,Cr)2O4，和亞鉻酸亞鐵(FeO*Cr2O3)等Cr3+物相.各工況解毒渣中未檢見Cr6+化合物，說明旋風爐附燒鉻渣的解毒過程是徹底的，各工況解毒渣的Cr6+→Cr3+轉化率均在99.96%以上，X衍射分析不能檢出的極微量殘余Cr6+(≤2ppm)，固化和包絡在玻璃體網絡中，由于其為玻璃物相所封閉，故而極為穩定，一般極難于浸溶.
