酸再生提高氧化鐵粉質量淺析

丁永慶

（河鋼股份有限公司唐山分公司，河北 唐山 063016）

在冷軋鋼板的過程中，會進行酸洗的這一個步驟，酸洗過程中遺留下來的廢棄鹽酸會進入酸再生爐中進行反應，在這個反應的過程中，廢棄鹽酸會與空氣進行反應，主要是與氧氣反應，在高溫的條件下，大約在600-700°C的范圍內，會與氧氣反應生成三氧化二鐵與四氧化三鐵，主要的產物是三氧化二鐵，這是產生的一種副產品，用途和價值都極為廣泛，但是由于現階段下的技術不夠成熟，導致氧化鐵粉的質量相對較低，不能夠達到要求，其中最為主要的影響因素就是酸再生爐中產生反應時的各個參數，研究好各個參數之間的關系，再根據這些關系采取措施。本文主要從酸再生爐里的反應原理出發，根據原理中不可避免的一些缺陷，進行一定舉措，將氧化鐵粉的質量提高到想要達到的結果。從而依靠這些改進措施，重新編制原有的控制程序。

1 酸再生爐中化學反應原理

酸洗冷軋鋼板所剩余的廢棄鹽酸，經過酸再生爐與高溫的氣體進行反應會產生氧化鐵粉，但是產生的氧化鐵粉的質量并不會很高，為了對氧化鐵粉的質量進行提高，可以從酸再生爐中所產生的化學反應出發分析，導致產生的副產品氧化鐵粉質量低下的原因，針對原因制定改進的方案。具體的操作原理如下：

在酸再生爐中，所進行的反應如上所示，第一個化學反應式中，廢棄的鹽酸氧化鐵粉，生成了氯化亞鐵，氯化亞鐵在再生爐中與高溫狀態下的水蒸氣和氧氣反應，就可以生成三氧化二鐵；第二個化學反應式中，廢棄的鹽酸與鐵粉反應會生成一部分的氯化鐵，氯化鐵與高溫水蒸氣反應后會生成三氧化二鐵與氯化氫，氯化氫溶于水又可以加強廢棄的鹽酸的濃度，保證了整個反應的充分進行；第三個反應化學式表明了氯化亞鐵在再生爐中也會產生另外一種化學反應，與高溫下的水蒸氣和高溫的氧氣反應生成四氧化三鐵和氯化氫，在整個酸再生爐中，主要進行的反應是第一個反應，所以主要生成的氧化鐵粉就是三氧化二鐵的產物，四氧化三鐵的生成說明還有鐵沒有被完全氧化為三價的鐵，但是四氧化三鐵的生成量在副產品氧化鐵粉中的含量較少。

并且在再生爐中用的燃料基本都是轉爐的煤氣，在發熱值方面可以直接考慮一氧化碳的作用，其它的燃燒成分都可以忽略不計[1]。

2 根據燃燒能量守恒原理計算反應物的用量

由上述的分析可知，在發熱值方面只需要考慮一氧化碳的發熱值，根據能量守恒的定律，可以得到空氣中的一氧化碳的含量，參與再生爐中反應的理論空氣含量，理論煙氣的生成量，假如廢棄的鹽酸反應再生率為百分之百，每個小時的鹽酸生成量為7.4立方米，則可以判斷每小時的鹽酸和水的揮發量，變成氣體后會增加反應面積，所以再生爐中的反應需要在高溫的條件下進行，每小時鹽酸的揮發量為299.83立方米，每小時水蒸氣的產生量為688.02立方米。同時可以計算出反應一個小時后氧氣的剩余量，保證反應的進行。除此之外，可以根據上述條件確定混合的煙氣含量和過氧含量，原理是依照質量守恒原理的。

3 影響氧化鐵粉質量的因素

3.1 產生的一氧化碳的發熱值因素的影響

當一氧化碳的發熱值增大，會降低再生爐中的混合氣體量以及空氣量，這樣會導致再生爐的內部溫度的升高，而大部分的熱量會被混合氣體在再生爐出口帶走，但是出口溫度不變，發熱值增加，導致再生爐內溫度增加，溫度過高會導致氧化鐵粉質量的降低。除此之外，一氧化碳的發熱量也會影響工作流程前所計算的理論的空氣反應量，以及空氣的消耗系數，進而造成理論的氧氣消耗量會發生變化[2]。

一氧化碳發熱值的增加會直接導致理論空氣量成比例的增大，一氧化碳燃燒的同時也需要消耗氧氣，一氧化碳被氧化為二氧化碳，進一步加大再生爐中的氣體壓力，溫度升高，研究表明，實際的操作過程中氧氣消耗量比理論的計算中用量更大，所以一氧化碳的發熱值對氧化鐵粉的質量會產生一定性的影響。

3.2 空氣中氧氣的占比因素影響

從酸再生爐的反應原理可以看出，整個氧化鐵粉的生成量，或多或少地與氧氣的含量有著密不可分的聯系，氧氣含量的多少直接決定了氧化鐵粉的質量高低，當氧氣的含量按照反應的標準衡量，沒有達到要求的時候，會導致四氧化三體不能夠完全氧化，變成三氧化二鐵，導致氧化鐵粉質量的降低，所以，在再生爐中反應進行的同時需要注意氧氣的含量應當稍微過量，這樣才能將反應生成的四氧化三鐵更加有效地轉化為三氧化二鐵。如果空氣中的氧氣占比含量較低，很有可能造成生成的副產品三氧化二鐵中含有大量的四氧化三鐵，氧氣含量的多少將會直接影響氧化鐵粉質量的高低。

3.3 廢棄鹽酸是否含有雜質

在產生氧化鐵粉的過程中，廢棄的鹽酸是主要的一個反應物，但是如果當廢棄的鹽酸的純度達不到要求時，也就不能夠保證氧化鐵粉的純度，在廢棄的鹽酸中通常會含有硅、鋁、錳等其它金屬元素，這些多余的金屬元素都是影響氧化鐵粉純度的一個重要因素，因為在再生爐中氧化反應產生的過程中，會將硅和鋁錳等雜質也進行氧化，生成對應的氧化物，從而產生其它的產物，降低氧化鐵粉的質量。除此之外，當廢棄的鹽酸中含有其它雜質的時候，生成的二氧化硅和三氧化二鋁對再生爐中的反應也會產生一定的影響，根據相關的知識，可以了解到，由于置換反應，會將鐵的含量降低，從而很大程度上影響氧化鐵粉的質量，并且這些雜質在一定程度上都是有好的。

3.4 再生爐中的溫度

從再生爐中所進行的化學反應可以看出，生成氧化鐵粉的主要反應是在高溫下進行的，所以再生爐的溫度對反應的進行和氧化鐵粉的生成有非常大的影響，如果再生爐中的溫度不能夠達到反應進行的溫度要求，那么將會導致主要生成氧化鐵粉的化學反應不能夠充分進行，同時也很大可能促進四氧化三鐵的形成，再生爐的爐溫過低，會導致主要反應進行得不徹底，同時由于四氧化三鐵的存在，會導致氧化鐵粉的總體顏色偏黑，同時在再生爐中，長時間的溫度偏低也會導致氯化亞鐵的液體流出，顏色為淺綠色，氯離子的含量偏高會降低三氧化二鐵的含量，增加氯化鐵的含量，導致氧化鐵粉的質量降低。此外，如果再生爐的反應溫度過高，會使氧化鐵粉產生過燒的現象，經過一定的研究表明，當產生不同溫度梯度的反應條件時，相應的氧化鐵粉和氯的含量也會不同，最終最適合氧化鐵粉生成的反應溫度是600℃到800℃。

3.5 廢棄鹽酸反應時的密度與接觸面積壓力的影響

廢棄的鹽酸在再生爐中的反應往往是不能徹底的，因為普通的液體與固體的接觸不能夠使接觸面積擴大，從而大致反應的不完全進行，造成氧化鐵粉質量的下降，當生成了氧化鐵粉后，壓力又成了一個最為關鍵的因素，壓力的不同會導致生成的氧化鐵粉的粒徑不同，氧化鐵粉的粒徑將直接影響氧化鐵粉的質量，同時壓力的存在，壓力的大小也會對再生爐的溫度產生影響[3]。

3.6 漂洗水的純度

在再生爐之前所進行的是吸收塔的吸收工作，它主要是吸收產生的氯化氫氣體，這些氣體在吸收塔中經過漂洗水的作用后會形成鹽酸，這些鹽酸都會再利用的，但是在有些生產廠里面生產的漂洗水往往會混有氯化鉀、氯化鈉、氯化鈣和氯化鎂等雜質，這些雜質會導致漂洗水中的氯離子濃度升高，從而導致氯化氫氣體吸收得不及時，影響再生爐中主反應的進行，導致氧化鐵粉質量的降低。

4 提高氧化鐵粉的措施

4.1 將鹽酸霧化增加接觸面積

由于對氧化鐵粉質量影響因素的分析，廢棄鹽酸反應時并不能完全接觸，并且還會影響再生爐中的壓力大小，一般將鹽酸進行濃縮，濃縮酸的密度控制在1.3～1.4g/立方厘米，再將鹽酸進行霧化，霧化后可以采用噴灑的方式在再生爐中反應，但是需要注意的是將噴灑的壓力需要控制在一定的區間內，根據不同規格的再生爐，所需要的參數也不一樣。同時，廢棄鹽酸的噴灑量也會控制再生爐的爐溫，一般再生爐的溫度都有專門的控制設備來進行控制，都會有一定的上限和下限，而想要達到最佳的反應溫度，可以采取合理控制廢棄酸液的噴灑量，如果在噴灑的過程中，噴灑的廢棄鹽酸的量較少，那么噴灑的廢棄鹽酸遇到爐壁冷凝下來的冷凝酸也就越少，霧化的鹽酸不能有效的冷卻，將會直接導致反應爐中的溫度增加，從而影響氧化鐵粉的質量。

4.2 對廢棄的鹽酸進行提純處理

上述的影響因素中談到，廢棄的鹽酸中可能會含有少量的硅、鋁、錳等雜質金屬，這些金屬元素在再生爐中通過與氧氣的作用，會生成其對應的氧化物，摻雜在生成的氧化鐵粉中，使副產品氧化鐵粉中混有雜質，質量降低，可以對廢棄的鹽酸進行提純處理，可以將酸洗線產生的廢棄鹽酸導入接近80℃的貯存罐里面，可以事先在貯存罐里面加入一些鋼，這時鐵就會與鹽酸反應生成氯化亞鐵，再將這些生成的氯化亞鐵溶液導入濃氨水，兩者反應會生成氫氧化亞鐵這種淺綠色的沉淀，由于氫氧化亞鐵的吸附效果并不是特別突出，這時可以通入一定的壓縮空氣，將氫氧化亞鐵氧化為氫氧化鐵，將氫氧化鐵進行生產使用，將氫氧化鐵加入再生爐中可以有效地提高氧化鐵粉的質量。

4.3 提高再生爐中空氣的氧氣含量

根據化學反應方程式可以得到氧氣在反應的過程中有著絕對性的作用，氧氣的含量將直接決定了氧化鐵粉的質量問題，如果通入的空氣中的氧氣含量較低，將導致大量的四氧化三鐵不能夠直接轉化為三氧化二鐵，所以為了提高通入空氣中的氧氣含量，可以在輸入空氣的過程中，加入一些提高氧氣含量的設備，在進行提升氧氣含量的過程中需要注意保留一定的水蒸氣，從而保證反應的順利進行，當然這個過程必須要合理，必須要滿足企業的預算要求，在提高再生爐效率，制造更多的氧化鐵粉，來提高收益的同時，也需要考慮支出設備的預算合理性，不能為了提高通入空氣中的氧氣含量，而導致收益降低，一切都是為了從企業的利益出發考慮。

4.4 提高漂洗水的純度

漂洗水在吸收塔中對氯化氫氣體起著一個回收利用的作用，但是一般投入使用的漂洗水都會含有一定的其它雜質，雜質的含有將會導致氧化鐵粉質量的降低。所以在用漂洗水吸收之前可以用一定方法將漂洗水中的這一系列雜質給去除掉，從而提高氯化氫氣體的吸收轉化率，保證氧化鐵粉的質量[4]。

5 結束語

隨著科技的不斷進步，人們總是希望在原有的基礎上能夠實現突破。為了提高酸再生過程中產生的附加產品氧化鐵粉的質量，可以從現階段酸再生爐中與反應有關的相關因素進行分析，比如：產生的一氧化碳的發熱值因素的影響，空氣中氧氣的占比因素影響，廢棄鹽酸是否含有雜質的影響，再生爐中的溫度的影響，廢棄鹽酸反應時的密度與接觸面積壓力的影響，漂洗水的純度影響因素。通過這些影響因素可以制定相應的應對措施，可以在合理的范圍里加設一些系統來提高吸收爐中漂洗水的純度，通入的空氣中氧氣的含量，對廢棄的鹽酸進行提純處理，去掉其含有的雜質，并且可以廢棄的鹽酸進行霧化處理，來擴大反應的接觸面積，便于反應的進行，從而提高氧化鐵粉的質量。