盐酸酸洗废液综合处理制备液态氯化铁的研究

2018年7月
m it
Journal of Green Science and Technology第14期
盐酸酸洗废液综合处理制备液态氯化铁的研究
刘月月、陈杰2,张震斌3
(1.辽宁工业大学化学与环境工程学院，辽宁锦州121001;2.辽宁工业大学研究生学院，辽宁锦州121001;
3,辽宁工业大学化学与环境工程学院，辽宁锦州121001)
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（FeCl3)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
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[1]。

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[2]，故近年来工厂多用盐酸酸洗液[3]。

当酸洗液中酸 的浓度降低到一定程度时，其清洗、除镑效果显著下降 而成为废酸液（或称酸洗废液）。

酸洗废液酸性强[4]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[5]。

膜 技术[s’7]、渗析技术™和蒸酸技术[9]是有效的废酸再生 技术；中和沉淀技术[1°~12]、析晶技术[13]、离子交换技术[14]是有效的金属回收技术[15]。

但是各种技术都有其
文章编号：1674-9944(2018)14-0170-03
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[16’17]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计划浓度的氯化亚铁 (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，加人P A M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。

图1酸洗废液制备三氯化铁工艺流程
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 定加人氧化铁皮的数量。

反应过程中需间隔一定时间 取样检测其中Fe2+和盐酸质量浓度，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[ls]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 X：，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[19]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
收稿日期：2018-05-25
作者简介:刘月月（1996—），女,辽宁工业大学化学与环境工程学院学生。

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刘月月，等：盐酸酸洗废液综合处理制备液态氯化铁的研究环境与安全
图2
酸洗废液制备三氯化铁布置设计
171
加人到自然沉降完大颗粒物体的粗产品中，快速搅拌5 min ，慢速搅拌10 min 后，开阀门放人过滤箱中进行过 滤，滤清液即为目标液体产物三氯化铁混凝剂。

尔质量的数值，单位为克每摩尔（g /mol )[M (HCl ) =
36. 5] 为称取的试料质量的数值，单位为克(g )。

5.2酸洗废液中（FeCl 2)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：
—(V —V 0)c M 、
-X100
(2)
1000m
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 );V 。

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（m L);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(m 〇l /L );M 为氯化铁摩尔质量的数值，单位为 克没摩尔（居/111〇1)[]\4^6(：13) = 162.2];»1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（FeCl 3絮凝 剂）酸度恰好满足标准既游离酸酸度低于〇. 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)。

Fe 0+HCl =FeCl 2 + H 20
(3)2FeCl 2 + H 2 02 + 2 H CL = 2FeCl 3 + 2 H 2 O
(4)
表1
单位废酸需投放废铁质量
15.00%
15. 50%16.00%16. 50%17.00%17. 50%18.00%14.00%103, 05107.74112,44117. 14121,83126. 53131.2314.50%101, 69106.39111.09115. 78120. 48125.18129.8715.00%100. 34105.04109.73114.43119.13123.82128.5215.50%98.99103.69108. 38113. 08117.78122.47127.1716.00%97. 64102.33107.03111. 73116.42121.12125.8216.50%96. 29100.98105. 68110. 38115.07119. 77124. 4717.00%94. 9399. 63104.33109. 02113.72118.42123.1117.50%93.5898. 28102, 97107.67112,37117.06121.7618,00%
92. 23
96,93
101,62
106. 32
111,02
115. 71
120.41
注:W 为废酸中HC 1质量分数％，a 为废酸中FeCl2质量分数％^为需要废铁皮质量
表2
单位废酸需投放双氧水质量
15.00%
15. 50%16.00%
16. 50%17.00%17. 50%18.00%14.00%185.53189.57193,60197. 63201.66205. 70209. 7314. 50%187, 84191.87195.90199. 94203. 97208. 00212.0315.00%190.14194.18198.21202.24206.27210.31214. 3415.50%192. 45196.48200. 51204. 55208.58212.61216. 6416.00%194.76198.79202. 82206. 85210.89214. 92218. 9516.50%197.06201.09205.13209. 16213.19217. 22221.2617,00%199. 37203. 40207. 43211.46215.50219. 53223.5617.50%201.67205.71209,74213. 77217,80221.84225.8718. 00%
203. 98
208. 01
212.04
216. 08
220.11
224.14
228.17
注:W 为废酸中HC 1质量分数％，a 为废酸中FeCl2质量分数为需要双氧水质量kg
^
(~_2§2800^)/〇_7
109. 5 13884. 6_ 17000tt ; 1232500a
Z_C 109. 5 _ 13884. 6
除杂净化过程
)/0.275/0,7
(5)
(6)
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人釜底缓冲罐中，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P A M 按比例1 : 1007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。

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2018年7月
绿色科技
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Preparation of Liquid Ferric Chloride by Acid Pickling Wastewater
L iu Y u e y u e 1 , C h en Jie2, Z h a n g Z h e n b in 3
Ql. School o f Chemical and Environmental Engineering，Liaoning University o f Technology ，
Jinzhou 9 Liaoning, 121001, Chinas
2. Liaoning University o f Technology, Jinzhou, Liaoning, 121001, Chinas
3.
School o f Chemistry and Environmental Engineering 9 Liaoning University o f Technology 9
Jinzhou 9 Liaoning, 121001, China)
Abstract * P ick le liq u o r is o fte n p r o d u c e d in m etal fo r g in g p r o c e s s ,
w h ich co n ta in s a lo t o f sa lt (s u lfu r) acid and h ea v y
m eta l io n s. In o r d e r to m e e t th e req u irem en ts o f p r o d u c tio n p r o c e s s , th e fa c to r y n eed s to u pdate th e o u te r r o w. S eri­o u s e n v iro n m e n ta l p o llu tio n ca n b e ca u se d b y d ire ct d is ch a rg e o r b y s im p le acid —b a se n eu tra liza tion. In th is p a p e r, th e s o lu tio n o f h igh p u rity fe rric c h lo rid e (F e C l3) flo c cu la n t w a s p rep a red and th e p r o d u c t qu a lity w a s ch a ra cterized b y u sin g a cid w a s h in g w a s te liq u id , w h e r e w a s te o x id ize d sh e e t w a s u sed as ra w m a teria l an d h y d r o g e n p e ro x id e w a s u se d as ox id a n t.
Key words ： p ick lin g w a s te liq u id ； e n v iro n m e n ta l p r o t e c t io n ； p rep a ra tion o f fe r ric ch lo rid e flo c cu la n t
图3酸洗废液制备三氯化铁布置实物
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。

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