CN104817149B - 一种用酸洗废液制备聚合氯化硫酸铁的方法及系统 - Google Patents

一种用酸洗废液制备聚合氯化硫酸铁的方法及系统 Download PDF

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Abstract

一种用酸洗废液制备聚合氯化硫酸铁的方法及系统，包括在溶解釜中加入钢铁酸洗废液、硫酸亚铁或铁粉及浓盐酸或浓硫酸，充分搅拌均匀后加入固体稳定剂磷酸盐；配制好的溶液加热到60‑100℃，打入循环反应器；向循环反应器内通入氧气，并设置气体分布器；采用硝酸钠和碘化钾为催化剂，将硝酸钠和碘化钾配制成溶液，加入塔式反应器内，在1‑2小时内加完；氧化水解聚合反应进行2‑5小时，静止熟化10‑24小时后得聚合氯化硫酸铁。本发明利用钢铁酸洗废液制备聚合氯化硫酸铁，降低了工业酸洗废液对环境的污染，充分利用了资源，变废为宝；试验过程加入了硫酸亚铁和硫酸，有效地提高了最终产品的稳定性及产品盐基度。

Description

一种用酸洗废液制备聚合氯化硫酸铁的方法及系统
技术领域
本发明涉及环保化工技术领域，尤其涉及一种用酸洗废液制备聚合氯化硫酸铁的及系统。
背景技术
在钢铁加工和电镀行业，常需要用盐酸洗液对钢铁件表面和电镀件表面进行清洗，以除去其表面的铁锈。在酸洗过程中，盐酸洗液中的盐酸不断被消耗，同时其中的二价铁离子也在不断随着盐酸消耗而增加，直至该盐酸洗液不再具有清洗作用，此时产生了洗涤废液即为酸洗废液，该钢铁酸洗废液的主要成分是水、氯化亚铁、游离酸和少量杂质。该废液在金属表面酸洗处理过程中排放量大，若废液处理不当对环境影响较大。近年来对钢铁酸洗废液的应用主要是用其来制备聚合氯化铁。
聚合氯化铁是一种新型无机高分子净水剂，具有良好的混凝性能，但该产品的盐基度偏低，稳定性较差，从而严重约束了该技术成果的推广应用。现有技术中，聚合铁类絮凝剂的制备方法有氯气氧化法、催化氧化法、氯酸钠直接氧化法。氯气氧化法中使用的氯气为甲类剧毒化学品，工作环境高危高毒，存在安全隐患，且制备的絮凝剂余氯浓度高；催化氧化法是以氧气或空气为氧化剂，亚硝酸钠为催化剂，在反应釜内一定的压力下制备聚合铁絮凝剂，固液反应接触不充分，反应时间长达16小时，且亚硝酸钠盐对人体伤害较大；氯酸钠直接氧化法虽然工艺简单、设备投资少、反应快，但需消耗较多的价格昂贵的氯酸钠，生产成本较高。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种用酸洗废液制备聚合氯化硫酸铁的方法及系统，解决了现有技术中对废酸处理的高成本和环境污染问题以及传统生产聚合铁絮凝剂的方法存在的不足，同时制得了稳定性好的高附加值净水剂。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用酸洗废液制备聚合氯化硫酸铁的方法，包括以下步骤：
(1)在溶解釜中加入钢铁酸洗废液、硫酸亚铁或铁粉及浓盐酸或浓硫酸，充分搅拌均匀后加入固体稳定剂磷酸盐；配制好的溶液加热后打入循环反应器；
(2)向循环反应器内通入氧气，并设置气体分布器；
(3)采用硝酸钠和碘化钾为催化剂，将硝酸钠和碘化钾配制成溶液，以设定的流量加入反应器内；
(4)氧化水解聚合反应后静止熟化，得到聚合氯化硫酸铁。
所述步骤(1)中配制好的溶液加热到60-100℃后打入循环反应器中。
所述步骤(1)中酸洗废液与浓盐酸或浓硫酸质量比为5(w/w)％-12(w/w)％，加入硫酸亚铁或铁粉后总铁含量为10-20(w/w)％。
所述步骤(4)中氧化水解聚合反应进行2-5小时，静止熟化10-24小时。
所述步骤(1)中稳定剂为磷酸三钠、磷酸二氢鈉、三聚磷酸钠的一种或多种的混合物，加入量P/Fe摩尔比0.04-0.12。
所述步骤(3)中硝酸钠和碘化钾配制成溶液在1-2小时内加入反应器内。
所述步骤(3)中硝酸钠用量为酸洗废液重量的1(w/w)％-5(w/w)％，碘化钾为硝酸钠重量的0.1(w/w)％-0.5(w/w)％。
所述步骤(3)中硝酸钠溶液质量浓度为10(w/w)％-20(w/w)％，碘化钾溶液质量浓度为0.01(w/w)％-0.1(w/w)％。
一种用酸洗废液制备聚合氯化硫酸铁方法的系统，包括酸洗废液储罐，所述酸洗废液储罐与溶解釜连接，所述溶解釜连接反应器，所述反应器与成品罐连接，液氧储罐和催化剂溶解釜均与反应器连接。
所述反应器采用外循环；所述反应器采用塔式反应器。
浓硫酸是指H2SO4的水溶液里H2SO4的质量百分比大于等于70％的H2SO4的水溶液；质量分数超过37％的盐酸称为浓盐酸。
本发明的有益效果：
(1)本发明利用钢铁酸洗废液制备聚合氯化硫酸铁，降低了工业酸洗废液对环境的污染，充分利用了资源，变废为宝；
(2)试验过程加入了硫酸亚铁和硫酸，有效地提高了最终产品的稳定性及产品盐基度；
(3)采用硝酸钠作为催化剂，避免使用亚硝酸钠对人体的伤害；采用碘化钾作为助催化剂提高反应速率，缩短反应时间；
(4)采用氧气为氧化剂，降低了使用氯酸钠带来的高成本，也避免了使用氯气存在的安全隐患；
(5)采用循环反应器增大气液混合面积，使气液充分混合，提高反应速率。加入聚合引发剂，提高反应速率，并使得聚合氯化铁产品的品质提升；
(6)加入适量的稳定剂，提高了聚合氯化铁产品的储存稳定性；
(7)以盐酸酸洗废液作为原料生产聚合氯化硫酸铁的工艺技术简便、可行，设备投入低，操作费用低，产品性能稳定，适合工业化生产；
(8)本发明提供的絮凝剂聚合氯化硫酸铁与聚合氯化铁相比，稳定性较高且絮凝性能更佳，与聚合硫酸铁相比，生产成本低且絮凝性能提高，且经改进的催化氧化法生产工艺缩短了生产周期，进一步降低了生产成本。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图：
其中1-酸洗废液储罐；2-溶解釜；3-反应器；4-液氧储罐；5-催化剂溶解釜；6-成品罐。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种用酸洗废液制备聚合氯化硫酸铁方法的系统,包括酸洗废液储罐1，所述酸洗废液储罐1与溶解釜2连接，所述溶解釜2连接反应器3，所述反应器3与成品罐6连接，液氧储罐4和催化剂溶解釜5均与反应器3连接。
所述反应器3采用外循环；所述反应器3采用塔式反应器。
实施例1
在搅拌条件下向溶解釜中加入总铁含量为9(w/w)％的酸洗废液20kg、硫酸亚铁3.4kg、浓盐酸2kg，待硫酸亚铁溶解后加入酸洗废液重量的0.3(w/w)％稳定剂磷酸三钠，充分搅拌均匀。加热溶液至70℃，用泵打入循环式反应器内。开启循环式反应器外循环，通入氧气。将配制好的总浓度为11.2(w/w)％硝酸钠和碘化钾溶液连续加入循环反应器中，1小时内加完。反应进行2.5小时，熟化18小时既得聚合氯化硫酸铁。
取0.85mL聚合氯化硫酸铁产品，投入到1L生活废水中，机械搅拌8分钟，静置待分层后，取上层液体测定化学需氧量、水质悬浮物、浊度、色度等去除率如表1所示。
表1生活废水处理结果
检测指标 处理前
化学需氧量去除率 75％
水质悬浮物去除率 91％
色度去除率 93％
剩余浊度(NUT) 2.1
实施例2
在搅拌条件下向溶解釜中加入总铁含量为11(w/w)％的酸洗废液60kg、铁粉4kg、浓硫酸6kg，待铁粉溶解后加入酸洗废液重量的0.2(w/w)％稳定剂磷酸二氢钠，充分搅拌均匀。加热溶液至80℃，用泵打入循环式反应器。开启反应器外循环，通入氧气。将配制好的总浓度为13.6(w/w)％硝酸钠和碘化钾溶液连续加入循环反应器中，两小时内加完。反应进行3小时，熟化16小时既得聚合氯化硫酸铁。
将取0.6mL聚合氯化硫酸铁产品，投入到1L合成废水中，机械搅拌11分钟，静置待分层后，取上层液体测定化学需氧量、水质悬浮物、浊度、色度等去除率如表2所示。
表2生活废水处理结果
检测指标 处理前
化学需氧量去除率 81％
水质悬浮物去除率 95％
色度去除率 91％
剩余浊度(NUT) 1.6
反应过程中的检测。取反应过程中少量样品分析Fe3+、Fe2+的含量，按照工业聚合硫酸铁的国家标准GB14591-2006中的要求，Fe3+、Fe2+的含量分别≥11％和≤0.1％，盐基度8％-16％。化验合格的产品打入成品罐储存；化验不合格则继续循环反应至合格。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种用酸洗废液制备聚合氯化硫酸铁的方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)在溶解釜中加入钢铁酸洗废液、硫酸亚铁或铁粉及浓盐酸或浓硫酸，充分搅拌均匀后加入固体稳定剂磷酸盐；配制好的溶液加热后打入循环反应器；
(2)向循环反应器内通入氧气，并设置气体分布器；
(3)采用硝酸钠和碘化钾为催化剂，将硝酸钠和碘化钾配制成溶液，以设定的流量加入反应器内；
(4)氧化水解聚合反应后静止熟化，得到聚合氯化硫酸铁；
所述步骤(1)中稳定剂为磷酸三钠、磷酸二氢鈉、三聚磷酸钠的一种或多种的混合物，加入量P/Fe摩尔比0.04-0.12。
2.如权利要求1所述一种用酸洗废液制备聚合氯化硫酸铁的方法，其特征是，所述步骤(1)中配制好的溶液加热到60-100℃后打入循环反应器中。
3.如权利要求1所述一种用酸洗废液制备聚合氯化硫酸铁的方法，其特征是，所述步骤(1)中酸洗废液与浓盐酸或浓硫酸质量比为5％-12％，加入硫酸亚铁或铁粉后总铁含量为10-20％。
4.如权利要求1所述一种用酸洗废液制备聚合氯化硫酸铁的方法，其特征是，所述步骤(4)中氧化水解聚合反应进行2-5小时，静止熟化10-24小时。
5.如权利要求1所述一种用酸洗废液制备聚合氯化硫酸铁的方法，其特征是，所述步骤(3)中硝酸钠和碘化钾配制成溶液在1-2小时内加入反应器内。
6.如权利要求1所述一种用酸洗废液制备聚合氯化硫酸铁的方法，其特征是，所述步骤(3)中硝酸钠用量为酸洗废液重量的1％-5％，碘化钾为硝酸钠重量的0.1％-0.5％。
7.如权利要求1所述一种用酸洗废液制备聚合氯化硫酸铁的方法，其特征是，所述步骤(3)中硝酸钠溶液质量浓度为10％-20％，碘化钾溶液质量浓度为0.01％-0.1％。
8.一种利用如权利要求1所述用酸洗废液制备聚合氯化硫酸铁方法的系统，其特征是，包括酸洗废液储罐，所述酸洗废液储罐与溶解釜连接，所述溶解釜连接反应器，所述反应器与成品罐连接，液氧储罐和催化剂溶解釜均与反应器连接。
9.如权利要求8所述一种用酸洗废液制备聚合氯化硫酸铁方法的系统，其特征是，所述反应器采用外循环；所述反应器采用塔式反应器。
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