膜技術在處理鋼鐵酸洗廢硫酸中的應用

張鮮苗 李志剛 陳曉丹

摘 要：文章通過研究硫酸亞鐵在不同濃度、溫度下飽和度不同的性質，用擴散滲析膜技術處理鋼鐵酸洗廢酸的前期論證、現場實驗，現已實際應用于對廢酸回收利用的生產中。目前，該系統運行正?！，F就該項膜技術對廢酸回收的原理、工藝流程等情況做以介紹。

關鍵詞：擴散滲析;酸回收率;硫酸亞鐵飽和度;溫度;濃度

一、 引言

隨著鋼鐵消費市場的不斷擴大，近年來，我國的鋼鐵生產規模已急劇增長，其產量已達到了始料不及的程度。然而，在鋼鐵酸洗過程中，當洗板酸液中金屬離子濃度超過規定值時，必須設法降低金屬離子濃度，以滿足工藝需求。目前的通常做法是先排出一定量的金屬離子濃度超標酸液，再補充新酸液。排出的廢酸液，酸濃度較高，當前較成熟的廢酸回收方法是焙燒或蒸餾等。由于這種廢酸回收方法存在一次性投資成本大、二次污染環境、效率低等問題。隨著膜技術在水處理方面的應用與發展，為擴散滲析膜技術在酸回收中應用奠定了基礎。

二、 廢酸水的主要特征

為了使擴散滲析膜技術處理鋼鐵酸洗廢酸的效果更有說服力，前往濰坊某特鋼企業提取廢酸樣進行模塊實驗，廢酸水特征如下。

硫酸濃度7%，硫酸亞鐵達到飽和（酸液靜置24小時后底部有大量硫酸亞鐵晶體析出）。晝夜溫差十度左右，由析出晶體初步判定硫酸亞鐵飽和度與溫度有關。做驗證性試驗及結果如下。

（一）硫酸亞鐵飽和度與溫度的關系

取含7%硫酸的過飽和硫酸亞鐵溶液5份500ml分別放入17℃、25℃、30℃、35℃、40℃水浴鍋中，靜置2小時后分別檢測鐵離子濃度。

圖1數據表明隨著溫度的升高，硫酸亞鐵飽和度增加，溫度在35℃左右飽和度趨于平穩。

（二）硫酸亞鐵飽和度與硫酸濃度的關系

取硫酸亞鐵溶液7份500ml分別放入適量硫酸調節酸度，加熱充分溶液后靜置18小時后分別檢測鐵離子濃度。數據如圖2。圖2數據表明，隨著硫酸濃度的增加硫酸亞鐵飽和度降低。

（三）相同溫度酸度下硫酸亞鐵飽和度對比

分別取含硫酸2%和12%的過飽和硫酸亞鐵溶液500ml，在設定好溫度的水浴鍋中靜置2小時，檢測鐵離子濃度，數據如圖3。圖3數據表明，相同溫度下，硫酸濃度越高硫酸亞鐵飽和度越低。

基于以上研究，得出以下結論：硫酸亞鐵飽和度隨著溫度的升高而增加，隨時硫酸濃度的升高而降低。

三、 擴散滲析膜法回收廢酸原理及工藝流程說明

（一）擴散滲析膜法回收廢酸原理

整個裝置是由一定數量的膜組成的一系列結構單元;其中每個單元由一張陰離子均相膜隔開成滲析室和擴散室，采用逆流操作，在陰離子均相膜的兩側分別通入廢酸液及接受液（自來水）時，廢酸液側的酸及其鹽的濃度遠高于水的一側，根據擴散滲析原理，由于濃度梯度的存在，廢酸及其鹽類有向擴散室滲透的趨勢，但膜對陰離子具有選擇透過性，故在濃度差的作用下，廢酸側的陰離子被吸引而順利地透過膜孔道進入水的一側。同時根據電中性要求，也會夾帶陽離子，由于H+的水化半徑比較小，電荷較少;而金屬鹽的水化半徑較大，電荷較多，因此H+會優先通過膜，這樣廢液中的酸就會被分離出來。

（二）工藝流程

由于鋼鐵酸洗行業中的廢酸含量高、鐵離子含量高、鐵離子濃度易變等特點，特設計廢酸回收的工藝流程圖。

（三）工藝說明

廢酸中含有大量的固體雜質和懸浮物，首先進入沉降池，再用泵輸送經過濾器進一步去除懸浮物;料液升溫至35度進入膜系統。

漂洗水升溫至35℃后與料液同時進入膜系統，回收酸自流進入回收酸緩沖罐，緩沖罐出口配置泵將料液打入配酸罐。殘液自流進入殘液緩沖罐（要求該儲罐入口高度低于設備高度），再用泵將殘液進行冷卻結晶，因為溫度越低硫酸亞鐵的飽和度越低。

料液和漂洗水升溫是基于硫酸亞鐵飽和度隨著溫度升高而增加，這樣也就降低了硫酸亞鐵在膜系統中析出的風險。膜系統溫度需要控制在40℃以下，所以設置料液和水的溫度為35℃。

四、 運行效果

嘉興某不銹鋼企業和山東某鋼簾線企業的項目實施后，筆者跟蹤投運后的生產狀況，對運行效果進行了分析。該項目廢酸回收率在85%左右，鐵離子截留率在90%以上。而且每年減少大量處理廢酸用的石灰及高分子絮凝劑。每年產生的經濟效益相當可觀。同時水處理產生的污泥量減少，也產生了良好的環境效益。

五、 結語

“擴散滲析膜技術”工藝在鋼鐵酸洗廢酸回收項目上運用是完全可行的。該項工藝流程簡單，設備占地少，易于操作維護。設備一次性投資相對較低，酸回收率相對較高，產生良好的經濟效益。避免了因焚燒或蒸餾而引起的二次污染問題，減少了通過廢水處理的污泥產生量，減輕了對區域環境的壓力。

參考文獻：

[1]Qdais H A，Moussa H.Removal of heavy metals from wastewater by membrane processeas：a comparative study〔J〕.desalination，2004，1164（2）：10-110.

[2]張啟修.濕法煉銅領域中的膜技術〔J〕.有色金屬，2002，54（4）：81-85.

[3]張傳福，張啟修.離子交換膜分離技術在冶金中的應用[J].膜科學與技術，2001，21.

[4]雷兆武，孫穎.礦山酸性廢水重金屬沉淀分離研究 環境科學與管理，2008，33（11）.

作者簡介：張鮮苗，李志剛，陳曉丹，山東天維膜技術有限公司。