三氯化鐵危廢資源化利用研究

0 前言

我國在經濟快速發展的同時，也面臨多種環境污染，其中危險廢棄物（以下簡稱“危廢”）是不可忽視的環境污染之一。隨著工業化進程的加快，我國危廢產生的種類與數量也越來越多。根據《中國統計年鑒》，我國2017年的危廢產生量5 347．30萬t，2018年危廢產生量6 936．89萬t，2019年危廢產生量6 581．45萬t，2020年危廢產生量7 281．81萬t，由此可見，危廢產生量呈現逐年穩中有增的局面，那么如何處置逐年增加的危廢，也是政府亟須解決的問題。目前危廢的處置方法主要有減量化、無害化和資源化。減量化需要企業提升生產技術水平，減少危廢量的產生。無害化處置方法主要包括填埋和焚燒，但是填埋會占用大量土地資源，焚燒會對環境產生嚴重的二次污染。而資源化是將危廢作為生產的原材料進行再利用的過程，資源化利用將會是危廢處理的一個未來發展趨勢。

成品溶劑類危廢是全國危廢種類的最大量之一，其中三氯化鐵溶液是比較常見的一種成品溶劑類危廢。三氯化鐵廢液有其自身的優越性，價格比固體三氯化鐵成本低50%左右，而且避免了配置過程中的安全性問題。經過大量的資料搜集和現場調研，發現目前三氯化鐵溶液資源化利用的方向主要為蝕刻工藝和廢水處理。電子工業線路板蝕刻工藝過程中產生蝕刻廢液，如果將蝕刻廢液作為危廢焚燒，除了會產生高額的危廢處理費用外，還會因為焚燒過程中產生的二噁英等廢氣對環境造成二次污染。如果將蝕刻廢液再次利用，不僅為企業節省大量的危廢處置成本，又減少了對環境的污染，同時也降低了能耗。如果在蝕刻液資源化利用的過程中產生了可以售賣的副產品，則為企業帶來了經濟效益。

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1 現狀

1.1 蝕刻廢液資源化利用

三氯化鐵蝕刻液可以用于金屬蝕刻，蝕刻對象包括銅、不銹鋼、鋁等材料，常用于印染滾筒刻花、電子工業線路板、熒光數字筒等領域

。蝕刻工藝過程中會產生大量的三氯化鐵蝕刻廢液，如果蝕刻廢液不及時排出將可能影響蝕刻效果，所以必須周期性地將蝕刻液從系統中排出

。

以線路板廠利用三氯化鐵蝕刻銅工藝為例，蝕刻過程中發生的化學反應主要是Cu+2FeCl

=Cu-Cl

+2FeCl

。所以，蝕刻廢液的主要成分是銅、三氯化鐵和亞鐵，其中銅的含量較低，一般為8%左右。資源化利用三氯化鐵蝕刻廢液，原理是在三氯化鐵蝕刻廢液中加入鐵粉，可以置換出單質銅，化學反應方程主要是Fe+CuCl

=FeCl

+Cu。如果鐵粉過量，則會繼續發生化學反應，產生大量的亞鐵鹽，化學反應方程是Fe+2FeCl

=3FeCl

。如果往系統中通入一定量的氯氣，則亞鐵鹽會被再次氧化為三氯化鐵溶液，可以重復用于蝕刻工藝，實現三氯化鐵溶液的循環利用

。

在P-SSHI電路中,若同步開關閉合持續時間無法準確跟隨L-C振蕩半周期,會使Δt增大,從而造成式(4)中〈io(t)〉和式(5)中η減小,即電路的能量俘獲效率降低。由此可見,精準的開關控制可以有效提高壓電能量俘獲效率。

工業污水處理工藝中常用三氯化鐵除磷，原理主要為沉淀形成、沉淀凝聚、沉淀絮凝及固液分離。有研究認為，污水中的磷酸根（PO

）與金屬離子生成的含磷混合物質是化學沉淀除磷過程中的主要沉淀物。投加的三氯化鐵在污水中產生的化學反應主要是Fe

+PO

→FePO

（鐵磷化合物）、Fe

+3OH

→Fe（OH)

。

1.2 資源化利用于廢水處理站

如果在蝕刻廢液中通入氯氣來制取三氯化鐵，則需要注意氯氣的安全使用。氯氣是有強烈刺激性的劇毒氣體，儲存過程需要使用鋼瓶。三氯化鐵有刺激性氣味，容易刺激皮膚，對眼睛也有嚴重傷害，所以在操作過程中需要嚴格注意操作人員的安全。三氯化鐵蝕刻廢液使用鐵置換時也可以考慮機加工過程中的廢鐵絲，可以進一步降低使用成本，最大程度地實現廢物的資源化利用

。

資源化利用三氯化鐵廢液用于廢水處理站除磷，不僅能夠幫助企業將廢水總磷達標排放，也能實現危廢的循環利用，將危廢變廢為寶，減少對環境的污染，同時也節能降耗。

現如今，在城市交通密集地區，人行天橋、立交橋建設數量逐漸增加。鋼結構橋梁工程重量輕，強度高，跨越能夠大，被廣泛應用于城市橋梁工程建設中。

在實際污水處理中，鐵鹽能否形成穩定的沉淀與除磷效果顯著相關，三氯化鐵溶于水中，一方面與磷酸根形成磷酸鹽沉淀物，另一方面三氯化鐵發生水解作用，在水解的同時發生聚合反應，生成具有較長線性的多羥基絡合物，這些含鐵的羥基絡合物能顯著降低水體中膠體的電位，通過電中和、吸附架橋及絮體的卷掃作用使膠體凝聚，再通過沉淀分離將磷去除

。

資源化利用三氯化鐵溶液的過程，可以為市場提供優質原料單質銅，減緩了礦產資源銅的消耗量，同時為印制線路板工業的企業提供質優價廉的三氯化鐵蝕刻液，能夠有效削減蝕刻廢液的排放量，減少對環境的污染，同時減少了蝕刻廢液危廢處置成本和處置能耗。危廢資源化利用既節能環保，又給企業帶來經濟效益，實現了資源的循環利用。

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2 問題

另外，我國的危廢資源化利用率較低，大多數發達國家的危廢資源化利用率占總量的50%以上

。而且，我國不同行業的資源化利用技術水平處于不同的發展階段，部分行業處于初步發展階段，部分行業處于快速發展階段，但均與發達國家有一定的差距。

三氯化鐵溶液是工業廢水處理中常用的高效絮凝劑，具有除磷、脫色、除油、降低出水中的COD、BOD等作用。有研究認為，三氯化鐵的絮凝效果比硫酸鹽的沉淀效果好

。缺點是容易導致出水水質發黃，過量投加容易導致金屬設備受到腐蝕，影響設備的使用壽命和工藝的正常運行。

在實際使用過程中，可能會碰到各種危廢資源化利用的問題。比如在廢水處理中，如果三氯化鐵投加過量，會導致金屬設備受到腐蝕，影響設備的使用壽命和工藝的正常運行，所以在實際使用過程中需要嚴格控制三氯化鐵的用量。工業廢水水質成分復雜，用三氯化鐵除磷的效果受多種因素影響，比如廢水水質、水溫、pH值、進水中總磷濃度等

。甚至有的工業綜合廢水，只使用三氯化鐵還不能達到很好的效果，需要同時使用幾種以上的絮凝劑才能達到很好的絮凝沉淀除磷效果。

鋼筋的應力-應變關系采用彈塑性硬化的兩折線模型，如圖1所示。其中彈性模量Es=2.0×105 MPa、屈服強度fy、強化段應變長度Δεy及極限強度fu根據材性試驗確定，泊松比為0.3。

3 未來趨勢

危廢無害化處理的方法主要是填埋和焚燒，但都對環境有不同程度的危害，危廢資源化利用不僅實現了資源的循環利用，而且還減少了對環境的污染，同時給企業帶來了經濟效益，也降低了危廢處置成本和處置能耗。

黨的十九大報告指出，要“建立健全綠色低碳循環發展的經濟體系”。循環經濟又稱4R經濟，即Reduce（減量）、Reuse（再利用）、Recycle（再循環）、Remanufacture（再制造）

。危廢資源化利用就是將危廢再利用、再循環的一個過程。要想建立循環經濟體系，實現社會的可持續發展，將社會從一個吞噬資源的消耗體，變成一個將消耗轉化為資源的循環體，危廢資源化利用將是未來的危廢處置的大趨勢。

目前，我國提出了實現“碳達峰”、“碳中和”的戰略目標，危廢資源化利用可以助推“雙碳”目標的實現。在國務院頒發的《2030年前碳達峰行動方案》中，強調了要加強大宗固廢綜合利用。《“十四五”循環經濟發展規劃》中強調中央企業要以減量化、再利用、資源化為重點，著力構建資源循環型產業體系，推動企業循環式生產、產業循環式組合，促進廢物綜合利用。《“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導意見》中提出，要以全面提高資源利用效率為目標，以推動資源綜合利用產業綠色發展為核心，促進大宗固廢實現綠色、高效、高質、高值、規模化利用，提高大宗固廢綜合利用水平。

綜上所述，危廢資源化利用既節能環保，又能助推循環經濟體系的建立，為“雙碳”目標的實現作出貢獻。危廢資源化利用將是未來危廢處置的一個大趨勢，只有不斷提升危廢資源化利用的技術，趕上發達國家的腳步，才能致力于研究國際行業難題。

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