盐酸酸洗废液综合处理制备液态氯化铁的研究
2018-01-25刘月月陈杰张震斌
刘月月 陈杰 张震斌
摘要：指出了酸洗废液是金属锻造过程中经常产生的金属废弃液，其中含有大量盐（硫）酸和重金属离子，为满足生产工艺的要求，工厂需更新外排，但直接排放或经简单地酸碱中和处理会造成严重的环境污染。研究了以酸洗废液、废氧化铁皮为原料，双氧水为氧化剂，最终制备了高纯度三氯化铁（FcCl3）絮凝剂的方案.并对产品质量进行了表征。
关键词：酸洗废液;环保;制备;三氯化铁;絮凝剂
中图分类号：X703
文献标识码：A
文章编号：1674-9944（2018）14-0170-03
1 引言
酸作为一种清洗剂在冶金、机械及金属制品加工等行业得到广泛应用。常用的酸洗液有硫酸酸洗液，盐酸酸洗液，因浓硫酸有强烈的刺激和腐蚀作用，属危险化学品，如有操作不当便会造成人身伤害，而相同条件下盐酸对铸铁件表面的清洗能力远大于硫酸，高效且安全，故近年来工厂多用盐酸酸洗液。当酸洗液中酸的浓度降低到一定程度时，其清洗、除锈效果显著下降而成为废酸液（或称酸洗废液）。酸洗废液酸性强并含有大量铁离子（ Fe3+、Fe2+），被列为危废进行管理，如不妥善处理会造成严重的环境污染及资源浪费。膜技术、渗析技术和蒸酸技术是有效的废酸再生技术;中和沉淀技术、析晶技术、离子交换技术是有效的金属回收技术。但是各种技术都有其优点和缺点，单纯回收酸洗废液中的酸或金属盐，都会造成其他有用成分的浪费。综合比较下本文研究了以锦州北方铁道机车车辆配件制造有限公司的盐酸酸洗废液为原料处理生产三氯化铁（ FeCl3）絮凝剂的工艺，以下为具体工艺介绍。
2废酸中和制备三氯化铁工艺流程概述
该工艺流程主要分为三道工序，首先利用该厂的氧化铁皮与废酸中的残酸反应制得計划浓度的氯化亚铁（FeCl2）溶液（含少量FeCl3），再用工业双氧水将混合液里氯化亚铁（ FeCl2）氧化转化为氯化铁（FeCl3），经沉淀去除残渣后，加入PAM絮凝搅拌过滤去除悬浮物，得到完全附和标准液态三氯化铁。工艺流程图如图1所示。
3废酸液与废铁皮反应阶段
酸洗液为34%质量浓度的工业盐酸，当清洗效果显著下降时酸洗液变成浓度低于18%废酸液，此时依据废酸液里实时检测到的亚铁含量和残余盐酸浓度，确定加入氧化铁皮的数量。反应过程中需间隔一定时间取样检测其中Fe2+和益酸质量浓度，二者按设计达到要求后，进入下一工序。
4 双氧水氧化亚铁转化为三价铁反应过程
通过大量比较实验，结合企业的具体生产实际，确定使用双氧水氧化氯化亚铁。依据酸洗废液初始酸度及FeCl2含量计算所需的双氧水量。按计量将双氧水以极缓速度加入到第一道工序后得到的中间液中，同时不间断搅拌，并控制物料温度不得超过50℃，在3～5h左右接近反应终点，用快速检验法检验二价铁氧化残留情况，直至氧化完全，反应结束得到粗产品。
5指标控制
5.1 酸洗废液残酸浓度检测
以NaOH溶液为标准溶，以乙基紫为指示剂，氟化钠为掩蔽剂使用酸碱中和滴定法测试出废液中残酸浓度。计算公式如下：
式（1）中：V为试样消耗NaOH标准滴定溶液体积的数值，单位为毫升（mL）;C为NaOH标准滴定溶液浓度的准确数值，单位为摩尔每升（ mol/L）;M为盐酸摩尔质量的数值，单位为克每摩尔（ g/mol）LM（HCl）=36.5];m为称取的试料质量的数值，单位为克（g）。
5.2 酸洗废液中（FeCl2）浓度检测
参考GB 4482 - 2006方法，以硫代硫酸钠溶液为标准液，以二苯胺磺酸钠为指示剂，检测残酸里二价铁的含量，其计算公式如下：
式（2）中：V为试样消耗硫代硫酸钠标准滴定溶液体积的数值，单位为毫升（mL）;V0空白试验消耗硫代硫酸钠标准滴定溶液体积的数值，单位为毫升（mL）;c为硫代硫酸钠标准滴定溶液浓度的准确数值，单位为摩尔每升（mol/L）;M为氯化铁摩尔质量的数值，单位为克没摩尔（g，/mol）[M（FeCl3） =162. 2];m为称取的试料质量的数值，单位为克（g）。
5.3投料配比
若使双氧水氧化阶段过后最终产品（FeCl3絮凝剂）酸度恰好满足标准既游离酸酸度低于0.5%，拟采用FeO代替氧化铁皮成分，根据公式（3）、（4）计算得到第一二阶段投料配比表（表1、表2）。
FeO+HCl=FeCl2+H2O
（3）
2FeCl2 +H2O2+2HCL=2FeCl3 +2 H2O
（4）
6除杂净化过程
6.1 自然沉淀过程
酸铁反应阶段与氧化阶段结束后，静置产品自然沉降，使未反应完全的大颗粒物体流入釜底缓冲罐中，待自然沉降完成后，准备进入絮凝沉降过滤悬浮物阶段。
6.2沉降过滤阶段
将现场配好的含量为1%的PAM按比例1： 100加入到自然沉降完大颗粒物体的粗产品中，快速搅拌5min，慢速搅拌10 min后，开阀门放入过滤箱中进行过滤，滤清液即为目标液体产物三氯化铁混凝剂。
7装置设计图
此工艺采用连续机械搅拌方式加快反应速度，反应装置设置如图2、图3。
8结论
本工艺使酸洗废液得到了完全利用，没有外排氯离子、铁离子，实现了全路循环，对地表水体、地下水体无污染;所用原料除氧化剂外，无需外购，皆为企业废弃料;反应工艺流程简单，工程造价低;除杂靠自然重力，无需外加能源;经过反复检验，生产的三氯化铁絮凝效果优良，达到了污水处理厂对产品的质量要求。
