CN102757099A - 一种利用镀锌酸洗废液生产高磁性四氧化三铁的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用镀锌酸洗废液生产高磁性四氧化三铁的工艺，其步骤为：（1）镀锌厂产生的含铁酸洗废液，用过量含铁锈的铁直接反应消耗游离酸；（2）使用800目的滤布过滤；（3）以含FeCl2的滤液为原料，经稀释、加热、搅拌、中和到体系pH为5.0-10.0后加入助剂，并以亚硝酸盐为催化剂，通入空气，当体系中Fe3+与Fe2+的摩尔比为1.8-2.2时，停止反应；（4）加入碱液控制体系的pH到10-12，保温、搅拌、加入助剂，自然放置，固液分离，滤液循环使用；（5）经洗涤、干燥、过筛、包装即得产品。本发明具有投资少、生产成本低、效率高、产品品质好、使含铁废酸液达到完全资源化处理等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种镀锌厂加工过程中产生的含铁废酸液的资源化处理工艺，特别涉及一种含氯化亚铁的盐酸废液的综合处理与制备高磁性四氧化三铁磁粉的工艺，属于污染治理与减排、资源节约与循环利用的环保技术领域。
背景技术
在钢铁热镀锌加工过程中产生大量的含铁废酸液，因其具有严重的腐蚀性和危害性，已被列入《国家危险废物名录》。该类废液处理难度高，若直接排放不仅严重污染环境，而且会造成极大的资源浪费，而对酸洗废液进行资源化处理，又是环境保护的难题之一。随着环境保护的强化，对酸洗液进行资源化处理，是发展该行业必须要解决的问题，也是“循环经济”的可持续发展战略的必然要求和目标。
国内外众多研究人员对如何处理含铁酸洗废液的资源化处理进行了长期研究，并提出了一些解决方法。
中和法是钢铁企业中最先采用的废酸处理方法。缺点是产生的沉渣造成了二次污染；浪费了碱和铁资源，没有实现资源化处理。
浓缩结晶法能使铁离子和酸都得到回收利用，但缺点是能耗高、设备腐蚀严重、污染大气、产品附加值低、成本高。
膜法是通过膜分离技术对废酸液中的酸和铁进行分离的方法。其中膜的性能、操作技术及酸洗废液的特点是膜分离技术中的关键，将膜法应用于该领域还有许多技术瓶颈需要突破。
喷雾焙烧法是目前国内外较先进的处理方法，该方法是在高温下直接进行气、固、液三相反应，适用于大型处理厂，建设投资高，关键技术由少数国家掌握。该法得到的氧化铁颗粒大、品位低，产品销路窄，经济效益差。
因此，上述各种酸洗废液的处理工艺，都存在一定的缺点和不足。有的会引起二次污染；有的不能回收酸；有的投资费用高、工艺流程复杂；有的回收的铁化合物档次低、产品销路窄，因而难以推广应用。
发明内容
为了克服传统处理工艺的不足，实现资源的合理利用，本发明的目的是提供一种利用镀锌酸洗废液生产高磁性四氧化三铁的工艺，既可消除含铁酸洗废液对环境的污染，又可获得高附加值的高磁性四氧化三铁。
本发明的工艺是一种含铁酸洗废液的新型助剂辅助的铁氧化转化工艺，其理论依据如下：
耗酸后废液中的亚铁盐用氢氧化钠调节pH值，加入相应助剂后，通入空气，将部分亚铁氧化为三价铁沉淀，在助剂存在下氢氧化铁和氢氧化亚铁形成共沉淀，然后脱水形成四氧化三铁，主要反应方程式如下：
用铁锈、铁直接反应消耗游离酸：
以耗酸后的废液和碱为原料、以空气为氧化剂，机理如下：
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种利用镀锌酸洗废液生产高磁性四氧化三铁的工艺，其特征是包括下述步骤：
（1）以镀锌厂产生的含铁酸洗废液为原料，用过量含铁锈的铁直接反应消耗游离酸；
（2）将处理后的含铁酸洗废液通过800目的滤布过滤；
（3）将滤液转移到反应釜中，加水稀释到亚铁溶液的浓度在0.1 -1.0 mol·L-1之间，升温到50-90℃后，搅拌速率控制在100~300转/分，边搅拌边加入稀碱液控制溶液的pH到5.0-10.0，再依次加入亚铁总量的0.50-1.5 wt％聚二甲基二丙烯基氯化铵和/或壳聚糖季铵盐阳离子表面活性剂作为助剂和亚铁总量的0.10-1.0 wt％亚硝酸盐作为催化剂；
（4）通空气进行反应，控制反应液中Fe3+与Fe2+的摩尔比为1.8-2.2时，停止通气；
（5）再次加入碱液控制溶液的pH为10-12，保温，边搅拌边依次加入助剂，每加入一种助剂搅拌0.5-1小时；
（6）自然放置，固液分离后将滤液循环使用，固体物料经洗涤、干燥即得产品。
上述步骤（3）中所述碱为固体、液体氢氧化钠或氨水，其浓度控制在3.0-30 wt %之间。
上述步骤（3）中所述的壳聚糖季铵盐阳离子表面活性剂为2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖或碘化N-三甲基氯化铵壳聚糖。
上述步骤（3）中所述亚硝酸盐为亚硝酸铵或亚硝酸钠。
上述步骤（4）中空气流量控制在0.1~2.0 m3/h，反应温度控制在50~90℃。
上述步骤（5）所述助剂为：季铵盐型树状改性聚酰胺-胺、磺酸盐型双子表面活性剂、高级脂肪酰胺磺酸盐中的一种或几种，其用量分别为亚铁总量的1.0-2.0 wt％。
上述步骤（6）固液分离后的滤液返回步骤（3）中用于稀释亚铁溶液。
上述步骤（6）中固液分离后的滤液经过2-5次循环后，进行脱盐处理并回收氯化钠。
上述步骤（6）中固体物料的干燥条件为40-150℃下干燥30~300分钟。
上述步骤（6）中固体物料的洗涤水返回步骤（3）中用于稀释亚铁溶液。
本发明集合并继承了目前优秀处理方法的一些优点，摒弃了传统方法的一些缺点，具有能耗低、设备易得、产品原料来源广（废物资源化）、消除环境污染及实现循环经济，投资少、易操作、产品质量高、易于工业化生产等优点；本发明既能彻底解决含铁废酸液的污染问题，又能变废为宝，获得高附加值的高磁性四氧化三铁，真正实现循环经济，造福人类。
与目前国内外采用的其它工艺相比，本发明的具体优势为：
采用该技术生产的产品性能稳定、形貌规范、黑度较高、耐热性强、分散性和流动性优良；
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图2为实施例1的Fe3O4磁粉的透射电子显微镜照片。
图3为实施例2的Fe3O4磁粉的透射电子显微镜照片。
图4为实施例3的Fe3O4磁粉的透射电子显微镜照片。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例详细说明本发明。
实施例1：
在某镀锌厂的酸洗含铁废酸液中加入铁锈、铁，消耗掉溶液中的游离酸，然后通过800目滤布过滤。将过滤后的滤液240 ml转移到反应釜中，向反应釜中加入160 ml水稀释。开启加热装置进行加热，开启搅拌进行缓慢搅拌。当加热温度到达50℃后，搅拌速率控制在300r/min，加入3 mol·L-1的氢氧化钠溶液200 ml，控制溶液的pH为6.0。向反应釜中依次添加聚二甲基二丙烯基氯化铵（0.5g）、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖（0.5g）。通入空气，空气流量控制在0.5 m3/h。当检测体系中Fe3+与Fe2+的摩尔比为1.8时，停止通气。
加入20 ml 3 mol·L-1的氢氧化钠溶液，控制溶液的pH为10，然后依次加入N,N，-双棕榈酰基乙二胺二乙基磺酸钠（0.5g）、3-（2-十六酰胺基）乙氨基-2羟丙基磺酸钠（0.8g），每加一种助剂搅拌保温0.5小时。
固液分离，其中反应废水返回用于稀释耗酸后的滤液而循环使用，下层物料用去离子水洗涤至无氯化钠，将产品在110℃条件下干燥1小时，即得产品，产率为97%。
该磁粉的透射电镜照片见图2，磁粉的粒度及磁性见表1。
实施例2：
在某镀锌厂的酸洗含铁废酸液中加入铁锈、铁，消耗掉溶液中的游离酸，然后通过800目滤布过滤。将处理后的滤液480 ml转移到反应釜中，向反应釜加入320 ml水稀释。开启加热装置进行加热，开启搅拌进行缓慢搅拌。当加热温度到达70℃后，搅拌速率控制在200r/min，加入3 mol·L-1的氢氧化钠溶液205 ml，控制溶液的pH为6.5。向反应釜中添加2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖（1.2g）。通入空气，空气流量控制在0.8 m3/h。当检测体系中Fe3+与Fe2+的摩尔比为2.2时，停止通气。
加入20 ml 3 mol·L-1的氢氧化钠溶液，控制溶液的pH为10.5，然后依次加入N,N，-双棕榈酰基乙二胺二乙酸钠（1.2g）、3-（2-十四酰胺基）乙氨基-2羟丙基磺酸钠（1.6g），每加一种助剂搅拌保温0.5小时。
固液分离，其中反应废水返回用于稀释耗酸后的滤液而循环使用，下层物料用去离子水洗涤至无氯化钠，将产品在110℃条件下干燥1小时，即得产品，产率为95%。
该磁粉的透射电镜照片见图3，磁粉的粒度及磁性见表1。
实施例3：
在某镀锌厂的酸洗含铁废酸液中加入铁锈、铁，消耗掉溶液中的游离酸，然后通过800目滤布过滤。将过滤后的滤液240 ml转移到反应釜中，向反应釜中加入160 ml水稀释。开启加热装置进行加热，开启搅拌进行缓慢搅拌。当加热温度到达85℃后，搅拌速率控制在100 r/min，加入3 mol·L-1的氢氧化钠溶液200 ml，控制溶液的pH为6.0。向反应釜中依次添加聚二甲基二丙烯基氯化铵（0.7g）、碘化N-三甲基氯化铵壳聚糖（0.8g）。通入空气，空气流量控制在1.0 m3/h。当检测体系中Fe3+与Fe2+的摩尔比为2.1时，停止通气。
加入20 ml 3 mol·L-1的氢氧化钠溶液，控制溶液的pH为10，然后依次加入乙二胺为核的季铵盐型树状改性聚酰胺-胺（0.5g）、N,N，-双棕榈酰基乙二胺二乙基磺酸钠（0.5g）、3-（2-十六酰胺基）乙氨基-2羟丙基磺酸钠（0.5g），每加一种助剂搅拌保温0.5小时。
固液分离，其中反应废水返回用于稀释耗酸后的滤液而循环使用，下层物料用去离子水洗涤至无氯化钠，将产品在110℃条件下干燥1小时，即得产品，产率为97%。
该磁粉的透射电镜照片见图4，磁粉的粒度及磁性见表1。
表1 实施例1-3磁粉粒度及磁性
| 实施例 | 磁粉形貌 | 粒度/nm | 比饱和磁化强度(emu/g) | 剩磁(emu/g) | 矫顽力(Hc/Oe) |
| 1 | 近球形 | 120~250 | 112.5 | 22.47 | 99.37 |
| 2 | 近球形 | 130~250 | 105.9 | 15.02 | 63.49 |
| 3 | 近球形 | 150~250 | 96.14 | 13.60 | 62.57 |
Claims (10)
1. 一种利用镀锌酸洗废液生产高磁性四氧化三铁的工艺，其特征是包括下述步骤：
（1）以镀锌厂产生的含铁酸洗废液为原料，用过量含铁锈的铁直接反应消耗游离酸；
（2）将处理后的含铁酸洗废液通过800目的滤布过滤；
（3）将滤液转移到反应釜中，加水稀释到亚铁溶液的浓度在0.1 -1.0 mol·L-1之间，升温到50-90℃后，搅拌速率控制在100~300转/分，边搅拌边加入稀碱液控制溶液的pH到5.0-10.0，再依次加入亚铁总量的0.50-1.5 wt％聚二甲基二丙烯基氯化铵和/或壳聚糖季铵盐阳离子表面活性剂作为助剂和亚铁总量的0.10-1.0 wt％亚硝酸盐作为催化剂；
（4）通空气进行反应，控制反应液中Fe3+与Fe2+的摩尔比为1.8-2.2时，停止通气；
（5）再次加入碱液控制溶液的pH为10-12，保温，边搅拌边依次加入助剂，每加入一种助剂搅拌0.5-1小时；
（6）自然放置，固液分离后将滤液循环使用，固体物料经洗涤、干燥即得产品。
2.根据权利要求1所述的生产高磁性四氧化三铁的工艺，其特征是步骤（3）中所述碱为固体、液体氢氧化钠或氨水，其浓度控制在3.0-30 wt %之间。
3.根据权利要求1所述的生产高磁性四氧化三铁的工艺，其特征是步骤（3）中所述的壳聚糖季铵盐阳离子表面活性剂为2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖或碘化N-三甲基氯化铵壳聚糖。
4.根据权利要求1所述的生产高磁性四氧化三铁的工艺，其特征是步骤（3）中所述亚硝酸盐为亚硝酸铵或亚硝酸钠。
5.根据权利要求1所述的生产高磁性四氧化三铁的工艺，其特征是所述步骤（4）中空气流量控制在0.1~2.0 m3/h，反应温度控制在50~90℃。
6.根据权利要求1所述的生产高磁性四氧化三铁的工艺，其特征是步骤（5）所述助剂为：季铵盐型树状改性聚酰胺-胺、磺酸盐型双子表面活性剂、高级脂肪酰胺磺酸盐中的一种或几种，其用量分别为亚铁总量的1.0-2.0 wt％。
7.根据权利要求1所述的生产高磁性四氧化三铁的工艺，其特征是所述步骤（6）固液分离后的滤液返回步骤（3）中用于稀释亚铁溶液。
8.根据权利要求1所述的生产高磁性四氧化三铁的工艺，其特征是所述步骤（6）中固液分离后的滤液经过2-5次循环后，进行脱盐处理并回收氯化钠。
9.根据权利要求1所述的生产高磁性四氧化三铁的工艺，其特征是所述步骤（6）中固体物料的干燥条件为40-150℃下干燥30~300分钟。
10.根据权利要求1所述的生产高磁性四氧化三铁的工艺，其特征是所述步骤（6）中固体物料的洗涤水返回步骤（3）中用于稀释亚铁溶液。
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