高碳铬铁水及渣环境

高碳铬铁、高碳铬铁渣、铬矿及粉尘的性质对环境的影响

高碳铬铁又名碳素铬铁是由铬和铁组成的铁合金。

高碳铬铁（含再制铬铁）主要用途有：

（1）用作含碳较高的滚珠钢、工具钢和高速钢的合金剂，提高钢的淬透性，增加钢的耐磨性和硬度；

（2）用作铸铁的添加剂，改善铸铁的耐磨性和提高硬度，同时使铸铁具有良好的耐热性；

（3）用作无渣法生产硅铬合金和中、低、微碳铬铁的含铬原料；

（4）用作电解法生产金属铬的含铬原料；

（5）用作吹氧法冶炼不锈钢的原料。

铬的主要物理化学性质如下：

相对原子质量52.01、密度(7.19g/cm3)、熔点 (2148 k)、沸点 (2938k)、电阻率14.1x10-6（Ω·cm）铬与铁形成连续的固溶体。铬是一种具有银白色光泽的金属，无毒，化学性质很稳定，不锈钢中便含有12%以上的铬。常见的铬化合物有六价的铬酐、重铬酸钾、重铬酸钠、铬酸钾、铬酸钠等；三价的三氧化二铬(铬

绿、Cr

2O

3

)；二价的氧化亚铬。

铬与冶炼高碳铬铁原料形成的主要化合物

铬和碳形成Cr

23C

6

、Cr

7

C

3

、Cr

3

C

2

碳化物。在有铁存在时，形成（Cr,Fe）

23

C

6

、（Cr,Fe）

7C

3

、（Cr,Fe）

3

C

2

等复合碳化物。

铬与硅形成Cr

3Si、Cr

5

Si

3

、CrSi、CrSi

2

等硅化物。

铬与磷形成Cr

3P、Cr

2

P等磷化物。

铬与硫形成CrS、Cr

7S

8

、 Cr

3

S

4

、Cr

5

S

6

、Cr

2

S

3

等硫化物。

铬与氧形成CrO

3、CrO

2

、Cr

2

O

3

、Cr

3

O

4

、和CrO等氧化物。其中以Cr

2

O

3

最为稳定。

高碳铬铁产品无毒无害。产品生产形成的以上化合物均不溶于水。

矿热炉电炉法冶炼基本原理

电炉法冶炼高碳铬铁的基本原理是用碳还原铬矿中铬和铁的氧化物。

2/3Cr

2O

3

+2C=4/3Cr+2CO↑△Gθ=123970-81.22T T

开

=1523K

2/3Cr

2O

3

+26/9C=4/9Cr

3

C

2

+2CO↑△Gθ=114410-83.05T T

开

=1373K

2/3Cr

2O

3

+18/7C=4/21Cr

7

C

3

+2CO↑△Gθ=115380-82.09T T

开

=1403K

2/3Cr

2O

3

+54/23C=4/69Cr

23

C

6

+2CO↑△Gθ=118270-81.75T T

开

=1448K

从以上反应可以看出，碳还原氧化铬生成Cr

3C

2

的开始温度为1373K,生成Cr

7

C

3

的反应开始温度1403K，而还原生成铬的反应开始温度为1523K，因而在碳还原铬矿时得到的是铬的碳化物，而不是金属铬。因此，只能得到含碳较高的高碳铬铁。而且铬铁中含碳量的高低取决于反应温度。生成含碳量高的碳化物比生成含碳量低的碳化物更容易。实际生产中，炉料在加热过程中先有部分铬矿与焦炭反应生

成Cr

3C

2

，随着炉料温度升高，大部分铬矿与焦炭反应生成Cr

7

C

3

，温度进一步升高，

三氧化二铬对合金起精炼脱碳作用。这些反应是：

14/5Cr

3O

2

+2/3Cr

2

O

3

=4/3Cr+6/5Cr

7

C

3

+2CO↑△Gθ=130050-74.03T T

开

=1763K

1/3Cr

23C

6

+2/3Cr

2

O

3

=9Cr+2CO↑△Gθ=156740-28.15T T

开

=2003K

氧化铁还原反应开始温度（T开=1184K）比三氧化二铬还原反应开始温度低，因而铬矿中的氧化铁在较低的温度下就充分地被还原出来，并与碳化铬互溶，组成复合碳化物，降低了合金的熔点。同时，由于铬与铁互相溶解，使还原反应更易进行，形成铬与铁的合金。

其它铬矿中的氧化铝、氧化钙、氧化镁等均很难与铬形成化合物、磷元素在温很低时就被还原与铬形成磷化铬、硫元素大部分挥发，一小部分进入合金。

铬矿在过量还原剂存在下冶炼，根本没有形成六价离子的反应条件。形成六价铬离子需要在强氧化氛围中进行。

铬矿石是冶炼高碳铬铁的主要原料，世界上铬矿储量主要分布在南非(74％)、哈萨克斯坦(12％)、津巴布韦(9％)、印度、巴西、芬兰、俄罗斯等几个国家。此外，土耳其、阿尔巴尼亚、伊朗、阿曼、澳大利亚和越南等国也有少量储量。中国的铬矿储量不多。

目前，世界铬矿年开采量约2000万吨，其中90％属冶金级铬矿，用于