Different Pathways for Cr(III) Oxidation: Implications for Cr(VI) Reoccurrence in Reduced Chromite Ore Processing Residue

化学 六价铬 铬铁矿 催化作用 氧化还原 缺氧水域 氧化态 无机化学 环境化学 核化学 有机化学
作者
Weizhen Liu,Jing Li,Jiayi Zheng,Yao Song,Zhenqing Shi,Zhang Lin,Liyuan Chai
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:54 (19): 11971-11979 被引量:172
标识
DOI:10.1021/acs.est.0c01855
摘要

Hexavalent chromium contamination is a global environmental issue and usually reoccurs in alkaline reduced chromite ore processing residues (rCOPR). The oxidation of Cr(III) solids in rCOPR is one possible cause but as yet little studied. Herein, we investigated the oxidation of Cr(OH)3, a typical species of Cr(III) in rCOPR, at alkaline pH (9–11) with δ-MnO2 under oxic/anoxic conditions. Results revealed three pathways for Cr(III) oxidation under oxic conditions: (1) oxidation by oxygen, (2) oxidation by δ-MnO2, and (3) catalytic oxidation by Mn(II). Oxidations in the latter two were efficient, and oxidation via Pathway 3 was continuous and increased dramatically with increasing pH. XANES data indicated feitknechtite (β-MnOOH) and hausmannite (Mn3O4) were the reduction products and catalytic substances. Additionally, a kinetic model was established to describe the relative contributions of each pathway at a specific time. The simulation outcomes showed that Cr(VI) was mainly formed via Pathway 2 (>51%) over a short time frame (10 days), whereas in a longer-term (365 days), Pathway 3 predominated the oxidation (>78%) with an increasing proportion over time. These results suggest Cr(III) solids can be oxidized under alkaline oxic conditions even with a small amount of manganese oxides, providing new perspectives on Cr(VI) reoccurrence in rCOPR and emphasizing the environmental risks of Cr(III) solids in alkaline environments.
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