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常產生的金屬廢棄液，其中含有大量鹽（硫）酸和重金屬離子，為滿足生產工藝的要求，工廠需更新外排，但直接排放或經簡單地酸堿中和處理會造成嚴重的環(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.并對產品質量進行了表征。

關鍵詞：酸洗廢液;環(huán)保;制備;三氯化鐵;絮凝劑

中圖分類號：X703

文獻標識碼：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、機械及金屬制品加工等行業(yè)得到廣泛應用。常用的酸洗液有硫酸酸洗液，鹽酸酸洗液，因濃硫酸有強烈的刺激和腐蝕作用，屬危險化學品，如有操作不當便會造成人身傷害，而相同條件下鹽酸對鑄鐵件表面的清洗能力遠大于硫酸，高效且安全，故近年來工廠多用鹽酸酸洗液。當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）。酸洗廢液酸性強并含有大量鐵離子（ Fe³⁺、Fe²⁺），被列為危廢進行管理，如不妥善處理會造成嚴重的環(huán)境污染及資源浪費。膜技術、滲析技術和蒸酸技術是有效的廢酸再生技術;中和沉淀技術、析晶技術、離子交換技術是有效的金屬回收技術。但是各種技術都有其優(yōu)點和缺點，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。綜合比較下本文研究了以錦州北方鐵道機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）氧化轉化為氯化鐵（FeCl₃），經沉淀去除殘渣后，加入PAM絮凝攪拌過濾去除懸浮物，得到完全附和標準液態(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階段

酸洗液為34%質量濃度的工業(yè)鹽酸，當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。反應過程中需間隔一定時間取樣檢測其中Fe²⁺和益酸質量濃度，二者按設計達到要求后，進入下一工序。

4 雙氧水氧化亞鐵轉化為三價鐵反應過程

通過大量比較實驗，結合企業(yè)的具體生產實際，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左右接近反應終點，用快速檢驗法檢驗二價鐵氧化殘留情況，直至氧化完全，反應結束得到粗產品。

5指標控制

5.1 酸洗廢液殘酸濃度檢測

以NaOH溶液為標準溶，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標準滴定溶液體積的數(shù)值，單位為毫升（mL）;C為NaOH標準滴定溶液濃度的準確數(shù)值，單位為摩爾每升（ mol/L）;M為鹽酸摩爾質量的數(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準液，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準滴定溶液體積的數(shù)值，單位為毫升（mL）;V₀空白試驗消耗硫代硫酸鈉標準滴定溶液體積的數(shù)值，單位為毫升（mL）;c為硫代硫酸鈉標準滴定溶液濃度的準確數(shù)值，單位為摩爾每升（mol/L）;M為氯化鐵摩爾質量的數(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品（FeCl₃絮凝劑）酸度恰好滿足標準既游離酸酸度低于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

酸鐵反應階段與氧化階段結束后，靜置產品自然沉降，使未反應完全的大顆粒物體流入釜底緩沖罐中，待自然沉降完成后，準備進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品中，快速攪拌5min，慢速攪拌10 min后，開閥門放入過濾箱中進行過濾，濾清液即為目標液體產物三氯化鐵混凝劑。

7裝置設計圖

此工藝采用連續(xù)機械攪拌方式加快反應速度，反應裝置設置如圖2、圖3。

8結論

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;經過反復檢驗，生產的三氯化鐵絮凝效果優(yōu)良，達到了污水處理廠對產品的質量要求。