CN104876357A - 钢铁酸洗废水制备纳米级四氧化三铁的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钢铁酸洗废水制备纳米级四氧化三铁的方法。将钢铁酸洗废水进行过滤去除掉废水中的悬浮物；将废水中的部分二价铁离子氧化成三价铁离子，并控制二价铁离子与三价铁离子的摩尔比为1:1.7-1:1.9，停止氧化剂的加入；控制废水中助剂的浓度为1-5g/L；加入pH调节剂，将废水的pH值调节至10-12后；加入偏硅酸钠，偏硅酸钠加入量为2-4g/L；将上述得到的溶液继续加热至60-80℃，并保温1-3h后自然冷却至室温；固液分离后，所得固体粉末经水洗涤并干燥后，即得纳米级四氧化三铁。本发明可对钢铁酸洗废水进行有效的资源化处理，利用废水中所含的二价铁离子制备出纳米级四氧化三铁。
Description
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，尤其涉及一种利用钢铁酸洗废水制备纳米级四氧化三铁的方法。
背景技术
钢材在加工处理前通常需消耗大量盐酸对其进行酸洗，以去除表面的氧化铁皮。随着酸洗的进行，产生大量的含盐酸和二价铁离子的酸洗废水。例如，一个中型轧钢厂每天排出的酸洗废水多达数十吨乃至上百吨，其典型组成为盐酸含量5-15％，二价铁离子含量80-150g/L。因酸洗废水对环境污染和生态安全隐患巨大，因此被我国视为危险废物之一列入《国家危险废物名录》。
对于钢铁酸洗废水的处理，目前多数采用中和法进行。其最大缺点是产生的沉渣占地面积大，运输费用高；其次，二次污染严重，且基本没有产品回收，造成了资源的极大浪费。其他诸如蒸发浓缩法和高温焙烧法等，尽管能回收酸洗废水中的盐酸和铁盐，但由于均需在盐酸气氛下600℃左右的高温进行，因而带来如下致命的缺点：工艺流程复杂、设备投资大、能耗高；高温下耐盐酸腐蚀材料难以解决；回收过程中的设备管道的堵塞、结疤等问题。
发明内容
本发明的目的在于利用钢铁酸洗废水中的二价铁离子，提出通过氧化和沉淀等过程制备纳米级四氧化三铁的方法，达到资源化处理钢铁酸洗废水的目的。
本发明的主要技术特征为：(1)钢铁酸洗废水的主要成分是二价铁离子和盐酸，以钢铁酸洗废水为主要生产原料制备纳米级四氧化三铁；(2)利用酸洗废水中的部分二价铁离子，通过氧化过程将其转变为三价铁离子，避免了外加三价铁盐的过程；(3)无需高温操作，避免了盐酸气氛下的腐蚀等问题。
本发明的技术方案如下：
一种由钢铁酸洗废水制备纳米级四氧化三铁的方法，由下述步骤组成：
(1)将钢铁酸洗废水进行过滤去除掉废水中的悬浮物，加热至30～50℃；
(2)加入氧化剂，将废水中的部分二价铁离子氧化成三价铁离子，并控制二价铁离子与三价铁离子的摩尔比为1:1.7～1.9，停止氧化剂的加入；
(3)加入助剂，控制废水中助剂的浓度为1～5g/L；
(4)加入pH调节剂，将废水的pH值调节至10～12后，停止pH调节剂的加入；之后加入偏硅酸钠，偏硅酸钠加入量为2～4g/L；
(5)将步骤(4)得到的溶液继续加热至60～80℃，并保温1～3h后自然冷却至室温；
(6)固液分离后，所得固体粉末经水洗涤并干燥后，即得纳米级四氧化三铁。
本发明中的氧化剂指的是双氧水、高锰酸钾、次氯酸钠的任意一种。
本发明中的助剂指的是柠檬酸钠、聚乙二醇、偏硅酸钠的任意一种或两种混合。
本发明中的pH调节剂指的是氢氧化钠、氨水的任意一种。
本发明的主要优点在于：
(1)化害为利，变废为宝。采用本发明可回收钢铁酸洗废水中的铁资源，达到废水资源化处理的目的；
(2)通过氧化剂将钢铁酸洗废水中的部分二价铁离子转变为三价铁离子，不仅充分利用了废水中的铁资源，同时有效降低了废水中的二价铁离子浓度，有利于后续过程的进行和纳米级四氧化三铁的生成；
(3)整个过程无高温操作，即使步骤(5)在60～80℃下进行，但由于废水中盐酸已被pH调节剂中和，避免了盐酸气氛下的高温腐蚀等问题；
(4)由钢铁酸洗废水制备出纳米级四氧化三铁后，其产生的废水仅为一般碱性废水，经pH调节后即可排放。且整个制备纳米级四氧化三铁的过程中无有毒有害物质的加入，不会产生二次污染。
附图说明
图1为本发明制备的纳米级四氧化三铁的透射电子显微镜照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
由钢铁酸洗废水制备纳米级四氧化三铁的方法，由下述步骤组成：
(1)将钢铁酸洗废水进行过滤去除掉废水中的悬浮物，加热至30℃；
(2)加入双氧水，将废水中的部分二价铁离子氧化成三价铁离子，并控制二价铁离子与三价铁离子的摩尔比为1:1.7，停止双氧水的加入；
(3)加入柠檬酸钠，控制废水中柠檬酸钠的浓度为1g/L；
(4)加入氢氧化钠，将废水的pH值调节至10后，停止氢氧化钠的加入；之后加入偏硅酸钠，偏硅酸钠加入量为2g/L；
(5)将步骤(4)得到的溶液继续加热至60℃，并保温1h后自然冷却至室温；
(6)固液分离后，所得固体粉末经水洗涤并干燥后，即得纳米级四氧化三铁。
实施例2
由钢铁酸洗废水制备纳米级四氧化三铁的方法，由下述步骤组成：
(1)将钢铁酸洗废水进行过滤去除掉废水中的悬浮物，加热至40℃；
(2)加入双氧水，将废水中的部分二价铁离子氧化成三价铁离子，并控制二价铁离子与三价铁离子的摩尔比为1:1.8，停止双氧水的加入；
(3)加入柠檬酸钠，控制废水中柠檬酸钠的浓度为3g/L；
(4)加入氢氧化钠，将废水的pH值调节至11后，停止氢氧化钠的加入；之后加入偏硅酸钠，偏硅酸钠加入量为3g/L；
(5)将步骤(4)得到的溶液继续加热至70℃，并保温2h后自然冷却至室温；
(6)固液分离后，所得固体粉末经水洗涤并干燥后，即得纳米级四氧化三铁。
实施例3
由钢铁酸洗废水制备纳米级四氧化三铁的方法，由下述步骤组成：
(1)将钢铁酸洗废水进行过滤去除掉废水中的悬浮物，加热至50℃；
(2)加入双氧水，将废水中的部分二价铁离子氧化成三价铁离子，并控制二价铁离子与三价铁离子的摩尔比为1:1.9，停止双氧水的加入；
(3)加入柠檬酸钠，控制废水中柠檬酸钠的浓度为5g/L；
(4)加入氢氧化钠，将废水的pH值调节至12后，停止氢氧化钠的加入；之后加入偏硅酸钠，偏硅酸钠加入量为4g/L；
(5)将步骤(4)得到的溶液继续加热至80℃，并保温3h后自然冷却至室温；
(6)固液分离后，所得固体粉末经水洗涤并干燥后，即得纳米级四氧化三铁。
实施例4
由钢铁酸洗废水制备纳米级四氧化三铁的方法，由下述步骤组成：
(1)将钢铁酸洗废水进行过滤去除掉废水中的悬浮物，加热至30℃；
(2)加入高锰酸钾，将废水中的部分二价铁离子氧化成三价铁离子，并控制二价铁离子与三价铁离子的摩尔比为1:1.8，停止高锰酸钾的加入；
(3)加入柠檬酸钠，控制废水中柠檬酸钠的浓度为5g/L；
(4)加入氢氧化钠，将废水的pH值调节至11后，停止氢氧化钠的加入；之后加入偏硅酸钠，偏硅酸钠加入量为3g/L；
(5)将步骤(4)得到的溶液继续加热至70℃，并保温2h后自然冷却至室温；
(6)固液分离后，所得固体粉末经水洗涤并干燥后，即得纳米级四氧化三铁。
实施例5
由钢铁酸洗废水制备纳米级四氧化三铁的方法，由下述步骤组成：
(1)将钢铁酸洗废水进行过滤去除掉废水中的悬浮物，加热至40℃；
(2)加入次氯酸钠，将废水中的部分二价铁离子氧化成三价铁离子，并控制二价铁离子与三价铁离子的摩尔比为1:1.8，停止次氯酸钠的加入；
(3)加入柠檬酸钠，控制废水中柠檬酸钠的浓度为5g/L；
(4)加入氢氧化钠，将废水的pH值调节至11后，停止氢氧化钠的加入；之后加入偏硅酸钠，偏硅酸钠加入量为3g/L；
(5)将步骤(4)得到的溶液继续加热至70℃，并保温2h后自然冷却至室温；
(6)固液分离后，所得固体粉末经水洗涤并干燥后，即得纳米级四氧化三铁。
实施例6
由钢铁酸洗废水制备纳米级四氧化三铁的方法，由下述步骤组成：
(1)将钢铁酸洗废水进行过滤去除掉废水中的悬浮物，加热至40℃；
(2)加入双氧水，将废水中的部分二价铁离子氧化成三价铁离子，并控制二价铁离子与三价铁离子的摩尔比为1:1.8，停止双氧水的加入；
(3)加入柠檬酸钠，控制废水中柠檬酸钠的浓度为5g/L；
(4)加入氨水，将废水的pH值调节至11后，停止氨水的加入；之后加入偏硅酸钠，偏硅酸钠加入量为3g/L；
(5)将步骤(4)得到的溶液继续加热至70℃，并保温2h后自然冷却至室温；
(6)固液分离后，所得固体粉末经水洗涤并干燥后，即得纳米级四氧化三铁。
实施例7
一种由钢铁酸洗废水制备纳米级四氧化三铁的方法，由下述步骤组成：
(1)将钢铁酸洗废水进行过滤去除掉废水中的悬浮物，加热至30℃；
(2)加入双氧水，将废水中的部分二价铁离子氧化成三价铁离子，并控制二价铁离子与三价铁离子的摩尔比为1:1.8，停止双氧水的加入；
(3)加入柠檬酸钠和聚乙二醇，控制废水中柠檬酸钠的浓度为1.5g/L，与聚乙二醇的浓度为1.5g/L；
(4)加入氨水，将废水的pH值调节至11后，停止氨水的加入；之后加入偏硅酸钠，偏硅酸钠加入量为2g/L；
(5)将步骤(4)得到的溶液继续加热至80℃，并保温2h后自然冷却至室温；
(6)固液分离后，所得固体粉末经水洗涤并干燥后，即得纳米级四氧化三铁。
实施例8
由钢铁酸洗废水制备纳米级四氧化三铁的方法，由下述步骤组成：
(1)将钢铁酸洗废水进行过滤去除掉废水中的悬浮物，加热至30℃；
(2)加入双氧水，将废水中的部分二价铁离子氧化成三价铁离子，并控制二价铁离子与三价铁离子的摩尔比为1:1.8，停止双氧水的加入；
(3)加入柠檬酸钠和偏硅酸钠，控制废水中柠檬酸钠的浓度为2.5g/L，偏硅酸钠的浓度为0.5g/L；
(4)加入氨水，将废水的pH值调节至11后，停止氨水的加入；之后加入偏硅酸钠，偏硅酸钠加入量为2g/L；
(5)将步骤(4)得到的溶液继续加热至70℃，并保温2h后自然冷却至室温；
(6)固液分离后，所得固体粉末经水洗涤并干燥后，即得纳米级四氧化三铁。
实施例9
由钢铁酸洗废水制备纳米级四氧化三铁的方法，由下述步骤组成：
(1)将钢铁酸洗废水进行过滤去除掉废水中的悬浮物，加热至40℃；
(2)加入双氧水，将废水中的部分二价铁离子氧化成三价铁离子，并控制二价铁离子与三价铁离子的摩尔比为1:1.8，停止双氧水的加入；
(3)加入偏硅酸钠和聚乙二醇，控制废水中偏硅酸钠的浓度为0.5g/L，聚乙二醇的浓度为3.5g/L；
(4)加入氨水，将废水的pH值调节至11后，停止氨水的加入；之后加入偏硅酸钠，偏硅酸钠加入量为2g/L；
(5)将步骤(4)得到的溶液继续加热至70℃，并保温2h后自然冷却至室温；
(6)固液分离后，所得固体粉末经水洗涤并干燥后，即得纳米级四氧化三铁。
实施例10
由钢铁酸洗废水制备纳米级四氧化三铁的方法，由下述步骤组成：
(1)将钢铁酸洗废水进行过滤去除掉废水中的悬浮物，加热至40℃；
(2)加入双氧水，将废水中的部分二价铁离子氧化成三价铁离子，并控制二价铁离子与三价铁离子的摩尔比为1:1.8，停止双氧水的加入；
(3)加入柠檬酸钠和聚乙二醇，控制废水中柠檬酸钠的浓度为1g/L，聚乙二醇的浓度为1g/L；
(4)加入氨水，将废水的pH值调节至11后，停止氨水的加入；之后加入偏硅酸钠，偏硅酸钠加入量为3g/L；
(5)将步骤(4)得到的溶液继续加热至70℃，并保温2h后自然冷却至室温；
(6)固液分离后，所得固体粉末经水洗涤并干燥后，即得纳米级四氧化三铁。
由本实施例1～10制备的纳米级四氧化三铁的透射电子显微镜照片如图1所示。纳米级四氧化三铁的形貌为球形，粒径为10-20nm。
本发明提出的利用钢铁酸洗废水制备纳米级四氧化三铁的方法，已通过实施例进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的制作方法进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。
Claims (4)
1.一种钢铁酸洗废水制备纳米级四氧化三铁的方法，其特征是由下述步骤组成：
(1)将钢铁酸洗废水进行过滤去除掉废水中的悬浮物，加热至30～50℃；
(2)加入氧化剂，将废水中的部分二价铁离子氧化成三价铁离子，并控制二价铁离子与三价铁离子的摩尔比为1:1.7～1.9，停止氧化剂的加入；
(3)加入助剂，控制废水中助剂的浓度为1～5g/L；
(4)加入pH调节剂，将废水的pH值调节至10～12后，停止pH调节剂的加入；之后加入偏硅酸钠，偏硅酸钠加入量为2～4g/L；
(5)将步骤(4)得到的溶液继续加热至60～80℃，并保温1～3h后自然冷却至室温；
(6)固液分离后，所得固体粉末经水洗涤并干燥后，即得纳米级四氧化三铁。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的氧化剂指的是双氧水、高锰酸钾或次氯酸钠的任意一种。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是助剂指的是柠檬酸钠、聚乙二醇、偏硅酸钠的任意一种或两种混合。
4.如权利要求1所述的方法，其特征是pH调节剂指的是氢氧化钠、氨水的任意一种。
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