張 濱， 韓文愛， 王占文， 田克情

(1.河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院 化學(xué)工程系，河北 石家莊 050026；2.石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 化學(xué)工程系，河北 石家莊 050081)

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電鍍酸洗液資源化的中試研究

張 濱1， 韓文愛2， 王占文1， 田克情1

(1.河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院 化學(xué)工程系，河北 石家莊 050026；2.石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 化學(xué)工程系，河北 石家莊 050081)

利用電鍍酸洗液氧化制備聚合氯化鐵溶液的方法為：工業(yè)廢酸確定含量后，配置成反應(yīng)液，進入反應(yīng)體系；氧氣催化氧化，檢測二價鐵合格后，進入濃縮體系，減壓濃縮；比重合格后，調(diào)節(jié)酸度，保溫聚合.

聚合氯化鐵; 催化氧化; 減壓濃縮

在鋼鐵制品生產(chǎn)中，由于鋼材表面采用鹽酸連續(xù)酸洗除銹，因而產(chǎn)生了大量含氯化亞鐵和低濃度鹽酸的酸洗廢液.目前，國內(nèi)外所采用的酸洗廢液處理方法主要有焙燒—吸收法、溶劑萃取法和氯氣氧化法.這些處理手段存在設(shè)備投資大、處理成本高、生產(chǎn)工藝較復(fù)雜等問題.有些廠家為經(jīng)濟利益在處理酸洗廢液時經(jīng)常采用私排亂放的方法，使得環(huán)境違法案件時有發(fā)生.因此，對酸洗廢液的處理成了電鍍行業(yè)的難題[1].

為綜合利用酸洗廢液，解決危險廢物處理的難題，實現(xiàn)廢物的資源化，我們在實驗室試驗的基礎(chǔ)上，對電鍍廢酸的綜合利用進行了中試研究[2-3].

1 中試項目概要

針對深州市宏利五金制造有限公司每月生產(chǎn)鍍鋅絲10 000余噸，排放3 500 t電鍍廢酸的情況，欲建成企業(yè)危險廢棄物處置中心，處理該廠所有的電鍍廢酸，以生產(chǎn)氯化鐵溶液、氯化鐵結(jié)晶、氯化亞鐵結(jié)晶、聚合氯化鐵等產(chǎn)品，初步確定以聚合氯化鐵為主要產(chǎn)品.

根據(jù)實驗室試驗情況進行生產(chǎn)裝置擴大，綜合設(shè)計工業(yè)化生產(chǎn)的裝備、設(shè)施、條件，確定了生產(chǎn)條件、設(shè)備參數(shù)、原材料消耗參數(shù)，目的是減少規(guī)模生產(chǎn)帶來的風(fēng)險，驗證工業(yè)設(shè)計思路，培訓(xùn)相關(guān)人員.

2 中試生產(chǎn)及工業(yè)化方案

經(jīng)過前期的準備和對現(xiàn)場的考察發(fā)現(xiàn)，企業(yè)場地已經(jīng)基本落實，水、電也具備，但尚沒有供熱設(shè)施，因此，采用電熱水器供熱.即在水箱內(nèi)安裝電加熱管，配熱水循環(huán)泵，再建一臺熱水爐配合熱水循環(huán)泵.

工藝要求使用90 ℃左右的循環(huán)熱水，主要用于多效蒸發(fā)工段.

中試設(shè)備及投資見表1.

總計投資費用約為28.4萬元.此費用不包含試車費用(蒸汽、循環(huán)水、電)，分析檢測儀器、藥品等的費用.

3 工業(yè)裝置的搭建及試生產(chǎn)

在工業(yè)中試的基礎(chǔ)上，進行工程設(shè)計，安裝，基本流程如下：

工業(yè)廢酸確定含量后，配置成反應(yīng)液，進入反應(yīng)體系；氧氣催化氧化，檢測二價鐵合格后，進入濃縮體系，減壓濃縮；比重合格后，進入產(chǎn)品儲罐.流程圖見圖1.

表1 中試設(shè)備清單及投資估算

圖1 中試裝置流程圖

以生產(chǎn)1 t、質(zhì)量分數(shù)為40%的液態(tài)FeCl3計，原料消耗定額為：廢鹽酸液(含F(xiàn)eCl2245～250 g/L，HCL 42～45 g/L)1670 kg；工業(yè)鹽酸60 kg；純氧(標準狀態(tài))25 m3；催化劑(工業(yè)品，95%)3～4 kg.

根據(jù)宏利公司提供的廢酸，初步測定廢酸中二價鐵含量為1.86 mol/L，氫離子含量為1.16 mol/L，三價鐵含量為0.136 mol/L.按所設(shè)計工藝，需另加30%的鹽酸60 L/t方可得到產(chǎn)品.

整體裝置投產(chǎn)設(shè)備及安裝費用控制在50萬元以內(nèi)，處理廢酸能力預(yù)期設(shè)計為6000 t/年，產(chǎn)三氯化鐵3000 t /年.根據(jù)市場情況也可生產(chǎn)水合二氯化鐵晶體、水合三氯化鐵晶體、聚合氯化鐵等相關(guān)產(chǎn)品.

按照企業(yè)3000 t廢酸處理費用貼現(xiàn)60萬元，產(chǎn)品1500 t售價60萬元，收入合計為120萬元；處理成本按200元/t，成本支出60萬元計算，宏利公司廢酸處理的投資僅一年即可收回.

4 有關(guān)問題探討

4.1 反應(yīng)溫度的控制

試驗結(jié)果表明，反應(yīng)溫度是影響反應(yīng)速度的重要因素，在55～65 ℃時此反應(yīng)速度最快.因此，本反應(yīng)控制反應(yīng)溫度為60 ℃左右.

4.2 反應(yīng)體系壓力的控制

提高系統(tǒng)壓力，增大氣液接觸濃度，有利于提高反應(yīng)速度，但反應(yīng)壓力提高，不利于設(shè)備的密封，同時，也會加快催化劑的泄露.因此采取微正壓操作，控制反應(yīng)系統(tǒng)壓力在1000 Pa左右.

4.3 反應(yīng)液中FeCl2與HCl摩爾比的控制

此反應(yīng)有酸參與，廢酸液中FeCl2與游離鹽酸的比值直接影響FeCl3產(chǎn)品的質(zhì)量.酸度高，反應(yīng)速度快，產(chǎn)品中游離酸含量高，后處理麻煩；酸度低，F(xiàn)e2+轉(zhuǎn)化速度慢，反應(yīng)時間延長；在過低酸度時，易生成不溶性沉淀物，使產(chǎn)品含量降低.因此，生產(chǎn)氯化鐵時，將FeCl2與鹽酸比值控制在1∶1 (摩爾比)左右為宜.生產(chǎn)聚合氯化鐵時，要適當調(diào)低酸度，同時添加穩(wěn)定劑.

4.4 蒸發(fā)濃縮的時間與濃縮的程度

將密度為1.221～1.257 kg/L含F(xiàn)eCl3小于30%的溶液濃縮到密度為1.38～1.40 kg/L含F(xiàn)eCl338%～40%，即可得到符合合格標準的FeCl3溶液或聚合氯化鐵溶液.試驗表明，初始濃度越高，蒸發(fā)時間越短.

5 結(jié)語

此工藝產(chǎn)品質(zhì)量高、流程短、投資小、不產(chǎn)生二次污染，只要配料準確，其產(chǎn)品可不含游離酸，檢測不出Fe2+，質(zhì)量達到國家標準；生產(chǎn)裝置投資、生產(chǎn)成本較老工藝有較大幅度下降[2].廢酸越濃，此工藝濃縮費用越低，效益越顯著.利用此工藝，能實現(xiàn)電鍍酸洗液的資源化，有利于保護環(huán)境[3].

[1] 高素霞,董文魁,陳永志,等.穩(wěn)定化聚合氯化鐵的合成、檢測及技術(shù)指標 [J].甘肅環(huán)境研究與監(jiān)測，2002(4):292-293.

[2] 舒華.鋼鐵酸洗廢液的回收利用研究 [J].化學(xué)工程師，2003(4)：61-64.

[3] 李鳳亭，劉遂慶.無機高分子混凝劑聚合氯化鐵的合成方法 [J].工業(yè)水處理，1999，19(6)：26-27.

責任編輯：金 欣

A pilot study of the resourcing at electroplating acid pickling

ZHANG Bin1, HAN Wen-ai2, WANG Zhan-Wen1, TIAN Ke-qing1

(1.Department of Chemistry,Hebei Vocational College of Chemical Pharmacy,Shijiazhuang,Hebei 050026,China; 2.Department of Chemistry,Shijiazhuang Vocational Technology Institute,Shijiazhuang,Hebei 050081,China)

This paper discusses the method of making polymeric ferric chloride solution by electroplating acid pickling and oxygen,i.e.,after the content of industrial waste acid is determined,reaction liquid is configured and put into the reaction system.With the catalytic oxidation by oxygen,and qualification of two valent irons,it is put into the concentrated system for the vacuumed concentration.

polyferric chloride; catalytic oxidation; vacuum concentration

2015-01-09

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院2014年度院級課題“鋼鐵酸洗廢液的資源化利用”(yz201413)

張 濱(1984-)，男，河北石家莊人，河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，碩士，從事科研和專業(yè)教學(xué)工作.

1009-4873(2015)02-0049-03

X781.1

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