鋼鐵酸洗廢液資源化技術(shù)研究

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摘要：研究了鋼鐵酸洗廢液的組成及危害，歸納總結(jié)當(dāng)前鋼鐵酸洗廢液各種不同處理技術(shù)特點及應(yīng)用，結(jié)合當(dāng)前鋼鐵酸洗廢液資源化處理技術(shù)現(xiàn)狀，對未來鋼鐵酸洗廢液資源化技術(shù)進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：鋼鐵酸洗廢液；資源化；進(jìn)展

1廢酸回用技術(shù)

當(dāng)前，直接處理鋼鐵酸洗廢液，分別回收酸和有用金屬是研究的重要方向，尤其采用合理方法對廢液中的鹽酸進(jìn)行回收并重復(fù)利用，減少對環(huán)境危害的同時能夠有效的降低成本，帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。趙俊學(xué)[4]等采用微波加熱法對廢液中的鹽酸回收進(jìn)行了研究，向酸洗廢液中加入一定量H2SO4，微波加熱蒸發(fā)一定時間后，因H2SO4沸點較高，鹽酸（HCl）沸點低，鹽酸率先轉(zhuǎn)化為氣相，經(jīng)過冷凝，即可得到再生鹽酸，廢液體積減少超過60%，得到再生鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為ωHCl>30%，可重復(fù)使用；另一方面，H2SO4與廢液中存在的鐵、鉻、鎳等金屬鹽發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，將金屬離子最終以硫酸鹽形式析出，進(jìn)一步處理可得到磷肥和氧化鐵紅，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益顯著。盧旭曉[5]采用納濾膜過濾技術(shù)實現(xiàn)廢液中的金屬鹽和鹽酸分離，該技術(shù)是由壓力驅(qū)動的新型膜分離過程，無需添加化學(xué)試劑進(jìn)行預(yù)處理，鹽酸回收率達(dá)70%以上，該技術(shù)能耗低、工藝流程短、操作簡單，但在常溫下操作，回收鹽酸的濃度偏低。周柏青[6]采用離子交換膜進(jìn)行處理和分離鋼鐵酸洗廢液,大大降低了廢液中Fe2+離子的含量，同時使鹽酸回收率達(dá)到了90%以上，該技術(shù)優(yōu)點在于，操作壓力低、離子交換膜對熱、酸及堿耐的受性較好，同時將透析和濃縮過程結(jié)為一體，降低了處理時間，提高了效率，但濾膜的使用壽命較短，導(dǎo)致處理成本偏高。李秋菊[7]等采用兩步法處理酸洗廢液，首先向鋼鐵酸洗廢液中添加少量晶種，使廢液中的金屬離子在晶種的誘導(dǎo)作用下，以金屬氟化物的形式進(jìn)行結(jié)晶、沉淀，從而回收廢液中的金屬離子，使廢酸液中的金屬雜質(zhì)含量顯著降低；其次采用機(jī)械方法分離金屬沉淀，并向凈化分離的后的酸洗廢液中添加新酸，使其能夠在鋼鐵酸洗過程中循環(huán)利用。

2制備絮凝劑技術(shù)

通常鋼鐵酸洗廢液中鹽酸和Fe2+含量較高，經(jīng)過一系列的化學(xué)反應(yīng)可制備出諸如FeCl3、聚硅酸氯化鐵、聚合氯化鐵、聚合氯化鋁鐵等一系列絮凝劑，并將其應(yīng)用到工業(yè)廢水處理過程中，能顯著降低污染物指數(shù)。隨著研究的深入，該技術(shù)已日趨成熟，在工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)開始逐漸應(yīng)用。徐斌[8]等以酸洗廢液和Si為基礎(chǔ)原料，在25℃、nFe∶nSi=25、nNaOH∶nFe=0.5條件下，分別進(jìn)行氧化、水解、聚合處理，制備出了性能良好的復(fù)合聚硅酸氯化鐵（PSFC）絮凝劑，對高嶺土模擬廢水進(jìn)行處理，濁度去除率超過95%。肖娟宜[9]等將廢液和鹽酸按nFeCl2∶nHCl=1∶1混合得到基本原料，預(yù)熱至60℃，投加0.30%（酸洗廢液質(zhì)量分?jǐn)?shù)）亞硝酸鈉作為催化劑，并通入O2，使廢液中的Fe2+全氧化為Fe3+，制得性能良好的FeCl3無機(jī)絮凝劑，其工藝過程簡單，成本低，推廣價值高。王博[10]等采用30%H2O2作為氧化劑，使廢液中Fe2+全部轉(zhuǎn)化為Fe3+，加入鋁酸鈣粉和穩(wěn)定劑，熟化12h后制得到性能良好的聚合氯化鐵鋁（PFAC），并對模擬生活污水進(jìn)行處理，對水色度、總磷、濁度及CODCr的去除率均較高，同時PFAC具有沉降速度快、毒性小、效能高、價格低的優(yōu)點。魯秀國[11]采用直接氧化法處理酸洗廢液，在NaClO3∶Fe2+摩爾比為0.1776、氧化反應(yīng)時間48min、熟化時間12h、穩(wěn)定劑KH2PO4投加量0.1%時，制備得到總鐵含量約為15.4%、鹽基度為（9%~12%）的無機(jī)高分子絮凝劑聚合氯化鐵（PFC），并將其應(yīng)用于處理城市生活污水處理，該絮凝劑對城市生活污水的色度（SS）和CODCr具有較高的去除率。

3制備磁粉（Fe3O4）技術(shù)

Fe3O4屬于氧化鐵的一種，是磁鐵礦的主要組成成分，具有立方晶系結(jié)構(gòu)，因而表現(xiàn)出很強(qiáng)的磁性能，在諸如磁吸波材料、磁記錄材料、醫(yī)學(xué)、工業(yè)催化、磁流體等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。鋼鐵洗廢液中含有大量的鐵離子，可通過一定的化學(xué)、物理方法使之轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)磁粉，帶來顯著地經(jīng)濟(jì)效益。傳統(tǒng)主要采用共沉淀法制備Fe3O4磁粉，由于廢液中的鐵含量較低，難以滿足制備要求，往往需要向酸洗廢液中補(bǔ)充大量的Fe3+，使得生產(chǎn)成本明顯增加，而過高鐵離子含量會引發(fā)一系列水解反應(yīng)，使產(chǎn)品純度降低，可通過加水稀釋進(jìn)行緩解，但往往會造成水資源的大量消耗，廢水量顯著增加?；诮?jīng)濟(jì)效益和當(dāng)前嚴(yán)格的環(huán)保要求，采用傳統(tǒng)共沉淀法資源化處理酸洗廢液局限性愈加明顯。金秀紅[12]等以電石渣作為中和劑與沉淀劑，采用微波促進(jìn)一鍋法處理鋼鐵酸洗廢液，在微波輻射功率為255W條件下制備出了納米級別的Fe3O4，晶粒尺寸35nm，鐵含量為58%，將其用作吸附劑，對水中甲基橙吸附性能進(jìn)行了研究，其去除率可達(dá)96.3%，吸附時間100min，經(jīng)濟(jì)效益顯著。董晴晴[13]等采用采用空氣氧化技術(shù)制備出了微納米Fe3O4，具體方法為：加水稀釋調(diào)節(jié)廢液總鐵濃度為1mol•L-1，采用NaOH進(jìn)行堿化處理，以氨-氯化銨緩沖溶液調(diào)節(jié)體系的pH≈7，以30ml•min-1流速的空氣作為氧化劑，至Fe3+與Fe2+比例為1.99時氧化結(jié)束，于82℃下攬拌30min后抽濾，洗涂，干燥，研磨即可得到100nm左右的Fe3O4磁粉，其顆粒感及分散性良好，結(jié)晶度高，流動性好，可作為高性能打印機(jī)墨粉的基本原料。

4制備氧化鐵紅（Fe2O3）技術(shù)

氧化鐵紅（Fe2O3）又稱為鐵氧紅、鐵丹，因其自身具有高的表面積、高穩(wěn)定性、超順磁性、耐酸堿和高溫等一系列等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于的塑料、涂料、催化劑、生物工程等領(lǐng)域，尤其作為高附加值的彩色無機(jī)顏料，已經(jīng)引起了人們的廣泛關(guān)注。當(dāng)前，化學(xué)法是制備氧化鐵紅最為主要的一種方法，少部分通過天然礦物與化學(xué)中間體加工混合制備而成，但其產(chǎn)量較小，且成本偏高，較難推廣。鋼鐵酸洗廢液中因其較高鐵離子含量，因此，可綜合應(yīng)用一系列化學(xué)、物理方法制備出高附加值的氧化鐵紅，實現(xiàn)對資源的充分利用。劉克文[14]等采用兩步氧化法，在83℃、pH≈9、亞鐵鹽濃度70%條件下，將鐵屑和晶種置于酸洗廢液中，通入空氣使Fe2+被空氣氧化，生成Fe2O3并沉積于晶種之上，同時產(chǎn)生的鹽酸與鐵屑反應(yīng)不斷補(bǔ)充Fe2+，繼續(xù)氧化，進(jìn)而制備出晶種比率為33%的紅棕色氧化鐵紅，大大節(jié)省了企業(yè)治理費用，同時帶來了可觀的收益。劉娟[15]等以鋼鐵酸洗廢液和NaOH為基礎(chǔ)原料，在溫度30℃，堿比為0.5，空氣流量1.5L•min-1，反應(yīng)時間2h條件下制備出到氧化鐵黃，二次調(diào)整參數(shù)后得到鐵黃粉末，并于800℃煅燒2h得到純度97.3%氧化鐵紅，其各項參數(shù)符合國家顏料標(biāo)準(zhǔn)，且工藝簡單、易操作，具有重要的現(xiàn)實指導(dǎo)意義。杜榮娟[16]等在溫度為80℃、時間3h條件下先對酸洗廢液進(jìn)行預(yù)處理，后投加1.5倍鐵粉、60mg•LPAM-1，維持溫度為65℃，并以飽和NH4HCO3為沉淀劑進(jìn)行沉淀反應(yīng)，于800℃下鍛燒可制得的純度為99.3%、粒徑約0.2μm的高純氧化鐵紅，品質(zhì)高于HG/T2574-94《工業(yè)氧化鐵》優(yōu)等品標(biāo)準(zhǔn)。

5結(jié)語

隨著資源短缺的加劇和日益嚴(yán)峻的生態(tài)環(huán)境問題，如何充分利用二次資源中的有用部分制備出具有良好環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益再生產(chǎn)品，必將成為未來廢棄物處理的一種趨勢。以鋼鐵酸洗廢液為基礎(chǔ)原料，充分利用其中的有用組分，進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化研究和技術(shù)推廣，能有效推動鋼鐵行業(yè)中二次資源的綜合利用，不僅解決了鋼鐵酸洗廢液難處理及處理成本高的難題，同時還能帶來顯著經(jīng)濟(jì)效益，具有廣闊的應(yīng)用前景。

作者：李斌 單位：陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院