近年，我国首创了利用旋风炉附烧处理铬渣的技术并取得初步成功.这种方法是在热电联产的同时，使掺入燃煤中的铬渣经高温熔融还原解毒后，以液态渣形态排出，经水淬粒化后固化为玻璃体渣，最终还可用作建材而达到资源化目的.旋风炉炉内过程具有极佳的反应热力学和反应动力学条件，可使Cr6+→Cr3+的半程还原反应得以彻底进行，其转化率达到99.96%以上.同时，上述附烧处理工艺完全附合在大物流率的热电生产过程中，应而铬渣处理得以集约化，且由于铬渣替代了原来掺用的石灰石助熔添加剂，所以几乎不附加额外的能耗.旋风炉附烧铬渣时采用尾(飞)灰全回熔系统，运行中仅排出水淬渣，消除了飞灰二次污染［1］.基于上述特性，可以认为旋风炉附烧处理铬渣技术是迄至目前的一种无害化彻底、处理量大和无需附加能耗的最好的铬渣处理方式.但是这种方法下解毒渣的安定性如何，就成为最终肯定这种方法的关键所在.
1 铬渣解毒处理前后的化学和物相组成分析
送入旋风炉的煤灰质和铬渣以及回熔飞灰经炉内过程后，即形成均质的准相平衡态熔体，并在炉内经过一定保持时间后，在渣温降至1400℃，烟气介质中的氧量为＜2%的条件下排出炉外.一般，排渣在渣井中当即经水淬激冷，形成玻璃体粒化渣.
1.1 掺混铬渣后入炉煤的灰质组成
附烧铬渣时，旋风炉应维持正常的炉内温度水平和造渣、 排渣工况，因此煤与渣的配比决定于掺渣煤的热值及其灰分的粘度—温度(流变)特性要求.通常对于出力在50t/h以上的旋风炉，掺混铬渣后应满足以下综合判定条件，即炉内理论燃烧温度θa，应为：
θa≥1.05t25pas+480℃
式中，t25pas为熔渣粘度为25pas时的对应温度，其可依据粘温特性试验结果或根据灰成份计算确定［2］.对于适用煤种，当其低位发热量为23000kJ/kg以上时，其与铬渣配比可达100∶30.以天津农药厂热电站附烧天津同生化工厂铬渣工程为例，设计使用大同混煤按100∶28配比掺混铬渣，相应的灰渣成分组成列于表1.
表1 煤灰分、掺渣煤灰分和铬渣的成分组成(干燥基)(%)
Table 1 Component of coal ash, coal ash mixed with
sludge and sludge (dry)
组分
大同混煤
铬 渣
100∶28掺渣煤
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计的Cr总量，其中Cr6+含量约为5％
从表1可见，掺渣煤灰分仍是以SiO2+Al2O3为主要成分，达57.5%，SiO2／Al2O3为33%，其硅比G(SiO2／（SiO2+CaO+MgO+Fe2O3))、碱性比J((Fe2O3+CaO+MgO+Na2O+K2O)/(SiO2+Al2O3+TiO2+P2O5+Cr2O3+SO3))分别为55.6%和0.603.因此，掺渣煤的灰分依然属于高硅酸性灰范畴.
一般，我国动力用煤灰分均属于酸性灰，其原生矿物质主要物相为粘土类矿物、碳酸盐、硫铁矿、石英及少量诸如金红石(TiO2)和磷灰石之类的附矿物和重矿物等.而掺入的铬渣本身的碱性比为2.58，呈强碱性.铬渣成分与硅酸盐水泥较为接近，但残留有少量的水溶性和酸溶性六价铬化合物，其组成主要为吸附的铬酸钠和铬铝酸钙等.同生化工厂铬渣物相的X衍射分析结果列于表2.掺渣煤经煤粉制备系统粉磨干燥后，其中煤灰分与铬渣是以机械混合物形式送入炉内的，伴随其后的燃烧初熔半程还原和保持过程，形成为均质的熔体.
表2 同生化工厂铬渣物相组成分析结果
Table 2 Phase component of sludge containing chromium(Ⅵ) compounds from Tongsheng Chemical Plant
符号
物相名称
物相分子式
相对含量
X-射线结面网间距,nm-1
实验条件
A
四水铬酸钠
Na2CrO4*4H2O
微
10
C
铬铝酸钙
3CaO*Al2O3*CaCrO4*12H2O
中
7.73(3.04)
D
碱式铬酸铁
Fe*(OH)*CrO4
少
3.36
E
硅酸二钙
2CaO*SiO2
中
2.79，3.04
铜靶
F
铁铝酸钙
4CaO*Al2O3*Fe2O3
多
1.93， 2.05， 2.65， 3.66
(CuKa)
G
水合铝酸钙
3CaO*Al2O3*6H2O
少
2.29， 2.79， 3.36
H
方镁石
MgO
少
2.09
I
铬铁矿
(Mg*Fe)Cr2O4
中
4.80
K
α-亚铬酸钙
α-CaCr2O4
少
1.87，2.29，3.49
电压 40kV
L
碳酸钙
CaCO3
多
1.87， 1.91， 3.49， 3.04
M
α-水合三氧化铝
α-Al2O3*H2O
多
4.47，4.92
S
硅酸铁
FeSiO3
中
2.37
电流 45mA
B
硅酸铬
Cr2SiO3
可能存在
2.05， 2.37， 2.79
R
铬酸钙
CaCrO4
可能存在
1.87， 2.26， 2.65
N
氧化铬
Cr2O3
可能存在
2.17， 2.49， 2.68， 3.66
1.2 解毒渣的物相分析
对于附烧处理后解毒渣的物相构成，应于着重分析的是其在炉内过程中最终形成的均质准相平衡熔体降温历程中的相变路线.熔体的组成、所达到的最高终温水平及在真实液体温度t0以上的环境中的保持时间、此后排出炉外的降温速率等因素决定了解毒渣物相结构.因此，即便是简化为较简单的SiO2-Al2O3-CaO(MgO)-FeO物系，根据相平衡来确定解毒渣物相组成也是不实际的.所以通常都是借助X射线衍射分析来确定解毒渣物相组成.试验使用Philips APD10X-射线衍射仪，波长：CuKa,1.54056A，电压 40kV,电流45mA，狭缝：发射1、接收2、防散射线0、扫描速度4度/min，步宽0.02度.采用X射线粉末衍射法，同时有专用的软件系统支持，并辅以其它物理化学方法，最终予以准确判断解毒渣样品的物相组成.
分析样品取自在天津化工厂所做(工业性)规模试烧铬渣试验的两个工况，内蒙古巴彦淖尔皮革化工厂热电联产附烧铬渣的两个工况以及试验室等效条件模拟炉14个工况.
真实熔体，亦即牛顿流体熔体，其原子结构是远程无序的，属于无规密堆积模型.在激冷时，也就是相变学中称作的琉态转变过程中，熔体中原子热运动能量顿减而趋向更密的接触，它的粘度随温度骤降而锐增，未及发生结晶现象，唯一结构性变化是原子间距缩小，仍维持着原来的空间相对位置，但密集程度变大.因此，可以说在琉态转变中，熔体结构在原处冻结，从结构特性上看，形成的玻璃体只是过冷的熔体而已［3］.对于低于临界温度t0的塑性流体，已开始析晶过程，在激冷时仍然和上述情形一样，也是把激冷起始时相应温度下的熔体结构冻结下来，由于有一部分结晶物相存在，玻璃化程度相应有所降低.
因此，熔体水淬前初始温度水平接近或高于其临界温度t0时，水淬后玻璃化程度就越高，模拟试验渣的X衍射检验表明，满足上述条件时，玻璃化程度可在90%～95％.通常熔渣从渣口到水淬点有≤1s的下落行程.测定表明，这一过程由于渣流向渣井四壁散发辐射热，而有约100℃温降，即水淬时渣温为≥1300℃，此时熔体已呈开始析晶的塑性段粘温特性，水淬时降温速率当在1000—10000℃/s.总的看来，水淬过程为典型的骤然冷却过程.
表3给出骤冷解毒渣的结晶物相组成，由于等效炉试验中骤冷条件最为理想，其玻璃化程度较高，所余冻结于琉态转变后过冷熔体中的结晶物含量一般较低.总的看来，原来铬渣中的铬酸钠(Na2CrO4*4H2O)，铬铝酸钙(4CaO*Al2O3*CrO3*12H2O)，碱式铬酸铁(Fe(OH)CrO4)和亚铬酸钙(CaCr2O4)等物相在解毒渣中均消失殆尽，转而生成Cr2O3的固溶体，其中在较大配比下，可以析出极微量的铬尖晶石((Mg,Fe)(Al,Cr)2O4，和亚铬酸亚铁(FeO*Cr2O3)等Cr3+物相.各工况解毒渣中未检见Cr6+化合物，说明旋风炉附烧铬渣的解毒过程是彻底的，各工况解毒渣的Cr6+→Cr3+转化率均在99.96%以上，X衍射分析不能检出的极微量残余Cr6+(≤2ppm)，固化和包络在玻璃体网络中，由于其为玻璃物相所封闭，故而极为稳定，一般极难于浸溶.