鹽酸酸洗廢液綜合處理制備液態(tài)氯化鐵的研究

劉月月 陳杰 張震斌

摘要：指出了酸洗廢液是金屬鍛造過程中經(jīng)常產(chǎn)生的金屬廢棄液，其中含有大量鹽（硫）酸和重金屬離子，為滿足生產(chǎn)工藝的要求，工廠需更新外排，但直接排放或經(jīng)簡單地酸堿中和處理會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。研究了以酸洗廢液、廢氧化鐵皮為原料，雙氧水為氧化劑，最終制備了高純度三氯化鐵（FcCl3）絮凝劑的方案.并對產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行了表征。

關(guān)鍵詞：酸洗廢液;環(huán)保;制備;三氯化鐵;絮凝劑

中圖分類號：X703

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）14-0170-03

1 引言

酸作為一種清洗劑在冶金、機(jī)械及金屬制品加工等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。常用的酸洗液有硫酸酸洗液，鹽酸酸洗液，因濃硫酸有強(qiáng)烈的刺激和腐蝕作用，屬危險化學(xué)品，如有操作不當(dāng)便會造成人身傷害，而相同條件下鹽酸對鑄鐵件表面的清洗能力遠(yuǎn)大于硫酸，高效且安全，故近年來工廠多用鹽酸酸洗液。當(dāng)酸洗液中酸的濃度降低到一定程度時，其清洗、除銹效果顯著下降而成為廢酸液（或稱酸洗廢液）。酸洗廢液酸性強(qiáng)并含有大量鐵離子（ Fe³⁺、Fe²⁺），被列為危廢進(jìn)行管理，如不妥善處理會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染及資源浪費(fèi)。膜技術(shù)、滲析技術(shù)和蒸酸技術(shù)是有效的廢酸再生技術(shù);中和沉淀技術(shù)、析晶技術(shù)、離子交換技術(shù)是有效的金屬回收技術(shù)。但是各種技術(shù)都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，單純回收酸洗廢液中的酸或金屬鹽，都會造成其他有用成分的浪費(fèi)。綜合比較下本文研究了以錦州北方鐵道機(jī)車車輛配件制造有限公司的鹽酸酸洗廢液為原料處理生產(chǎn)三氯化鐵（ FeCl₃）絮凝劑的工藝，以下為具體工藝介紹。

2廢酸中和制備三氯化鐵工藝流程概述

該工藝流程主要分為三道工序，首先利用該廠的氧化鐵皮與廢酸中的殘酸反應(yīng)制得計劃濃度的氯化亞鐵（FeCl₂）溶液（含少量FeCl₃），再用工業(yè)雙氧水將混合液里氯化亞鐵（ FeCl₂）氧化轉(zhuǎn)化為氯化鐵（FeCl₃），經(jīng)沉淀去除殘渣后，加入PAM絮凝攪拌過濾去除懸浮物，得到完全附和標(biāo)準(zhǔn)液態(tài)三氯化鐵。工藝流程圖如圖1所示。

3廢酸液與廢鐵皮反應(yīng)階段

酸洗液為34%質(zhì)量濃度的工業(yè)鹽酸，當(dāng)清洗效果顯著下降時酸洗液變成濃度低于18%廢酸液，此時依據(jù)廢酸液里實(shí)時檢測到的亞鐵含量和殘余鹽酸濃度，確定加入氧化鐵皮的數(shù)量。反應(yīng)過程中需間隔一定時間取樣檢測其中Fe²⁺和益酸質(zhì)量濃度，二者按設(shè)計達(dá)到要求后，進(jìn)入下一工序。

4 雙氧水氧化亞鐵轉(zhuǎn)化為三價鐵反應(yīng)過程

通過大量比較實(shí)驗(yàn)，結(jié)合企業(yè)的具體生產(chǎn)實(shí)際，確定使用雙氧水氧化氯化亞鐵。依據(jù)酸洗廢液初始酸度及FeCl₂含量計算所需的雙氧水量。按計量將雙氧水以極緩速度加入到第一道工序后得到的中間液中，同時不間斷攪拌，并控制物料溫度不得超過50℃，在3～5h左右接近反應(yīng)終點(diǎn)，用快速檢驗(yàn)法檢驗(yàn)二價鐵氧化殘留情況，直至氧化完全，反應(yīng)結(jié)束得到粗產(chǎn)品。

5指標(biāo)控制

5.1 酸洗廢液殘酸濃度檢測

以NaOH溶液為標(biāo)準(zhǔn)溶，以乙基紫為指示劑，氟化鈉為掩蔽劑使用酸堿中和滴定法測試出廢液中殘酸濃度。計算公式如下：

式（1）中：V為試樣消耗NaOH標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液體積的數(shù)值，單位為毫升（mL）;C為NaOH標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液濃度的準(zhǔn)確數(shù)值，單位為摩爾每升（ mol/L）;M為鹽酸摩爾質(zhì)量的數(shù)值，單位為克每摩爾（ g/mol）LM（HCl）=36.5];m為稱取的試料質(zhì)量的數(shù)值，單位為克（g）。

5.2 酸洗廢液中（FeCl₂）濃度檢測

參考GB 4482 - 2006方法，以硫代硫酸鈉溶液為標(biāo)準(zhǔn)液，以二苯胺磺酸鈉為指示劑，檢測殘酸里二價鐵的含量，其計算公式如下：

式（2）中：V為試樣消耗硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液體積的數(shù)值，單位為毫升（mL）;V₀空白試驗(yàn)消耗硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液體積的數(shù)值，單位為毫升（mL）;c為硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液濃度的準(zhǔn)確數(shù)值，單位為摩爾每升（mol/L）;M為氯化鐵摩爾質(zhì)量的數(shù)值，單位為克沒摩爾（g，/mol）[M（FeCl₃） =162. 2];m為稱取的試料質(zhì)量的數(shù)值，單位為克（g）。

5.3投料配比

若使雙氧水氧化階段過后最終產(chǎn)品（FeCl₃絮凝劑）酸度恰好滿足標(biāo)準(zhǔn)既游離酸酸度低于0.5%，擬采用FeO代替氧化鐵皮成分，根據(jù)公式（3）、（4）計算得到第一二階段投料配比表（表1、表2）。

FeO+HCl=FeCl₂+H₂O

（3）

2FeCl₂ +H₂O₂+2HCL=2FeCl₃ +2 H₂O

（4）

6除雜凈化過程

6.1 自然沉淀過程

酸鐵反應(yīng)階段與氧化階段結(jié)束后，靜置產(chǎn)品自然沉降，使未反應(yīng)完全的大顆粒物體流入釜底緩沖罐中，待自然沉降完成后，準(zhǔn)備進(jìn)入絮凝沉降過濾懸浮物階段。

6.2沉降過濾階段

將現(xiàn)場配好的含量為1%的PAM按比例1： 100加入到自然沉降完大顆粒物體的粗產(chǎn)品中，快速攪拌5min，慢速攪拌10 min后，開閥門放入過濾箱中進(jìn)行過濾，濾清液即為目標(biāo)液體產(chǎn)物三氯化鐵混凝劑。

7裝置設(shè)計圖

此工藝采用連續(xù)機(jī)械攪拌方式加快反應(yīng)速度，反應(yīng)裝置設(shè)置如圖2、圖3。

8結(jié)論

本工藝使酸洗廢液得到了完全利用，沒有外排氯離子、鐵離子，實(shí)現(xiàn)了全路循環(huán)，對地表水體、地下水體無污染;所用原料除氧化劑外，無需外購，皆為企業(yè)廢棄料;反應(yīng)工藝流程簡單，工程造價低;除雜靠自然重力，無需外加能源;經(jīng)過反復(fù)檢驗(yàn)，生產(chǎn)的三氯化鐵絮凝效果優(yōu)良，達(dá)到了污水處理廠對產(chǎn)品的質(zhì)量要求。