CN105016589A

CN105016589A - 一种铁泥资源化利用的方法

Info

Publication number: CN105016589A
Application number: CN201510217670.3A
Authority: CN
Inventors: 章金骏; 陈丽娜; 刘仲明; 沈振雄; 赵瑞强; 张静
Original assignee: Extraordinary Splendour Environmental Science And Technology Co Ltd In Zhejiang
Current assignee: Extraordinary Splendour Environmental Science And Technology Co Ltd In Zhejiang; Zhejiang Qicai Eco Technology Co Ltd
Priority date: 2015-04-29
Filing date: 2015-04-29
Publication date: 2015-11-04
Anticipated expiration: 2035-04-29
Also published as: CN105016589B

Abstract

本发明公开了一种铁泥资源化利用的方法，步骤为：湿式氧化：将铁泥打浆溶解，经湿式氧化反应后分离得铁泥泥饼；酸溶：铁泥泥饼经硫酸溶解、反应后得到混合液Ⅰ；还原：混合液Ⅰ经铁粉还原法或气体还原法处理后，得到混合液Ⅱ，过滤后得到滤液和滤渣；冷析：滤液经冷却结晶，分离得工业级FeSO₄·7H₂O和硫酸亚铁饱和溶液；聚合硫酸铁的制备：调节硫酸亚铁饱和溶液的pH值至1～2，加入氧化剂，20～30℃保温搅拌反应2～6h后，浓缩得到聚合硫酸铁溶液。本发明提供的铁泥资源化利用的方法，以作为固废的铁泥为原料生产硫酸亚铁及聚合硫酸铁，从而使铁泥得到充分的利用。

Description

一种铁泥资源化利用的方法

技术领域

本发明涉及工业废弃物资源化处理技术领域，具体涉及一种铁泥资源化利用的方法。

背景技术

目前，国内铁泥主要有2种来源：1、Fenton法处理废水时产生的铁泥。与一般的化学氧化法相比，Fenton法处理难降解的有机物具有独特的优势，因此，工业废水多采用此手段。但Fenton法处理废水过程中会产生一定量的化学污泥，若不妥善处理会对人类及环境产生极大的危害。2、来自氨基化合物的生产，此类化合物大部分为重要的医药、染料、农药中间体，如H酸(1-萘胺-8-羟基-3,6-二磺酸单钠盐)、CLT酸(2-氯-5-氨基甲苯-4-磺酸)、对氨基苯酚、邻苯二酚等。国内大部分采用铁粉还原硝基制得此类化合物，该法虽工艺、操作简单，但会产生大量含有机毒物，不易处理的铁泥。

大量铁泥直接作为固体废弃物堆放，不仅对环境造成污染，且造成了资源的浪费。铁泥得不到妥善处理，主要会造成如下危害：1、占用大量的土地资源；2、长期堆放的铁泥在外界环境的作用下，会与土壤中的物质发生化学反应，从而破坏土壤的结构。3、铁泥直接排入江河、湖泊及海洋，会导致水体的严重污染。4、大量堆放后，污泥中会含有一些病毒性细菌，将危及到人类的健康。5、我国本就是一个资源短缺的国家，铁泥不经处理直接排放至环境中，会导致土地资源及铁资源的严重浪费。

国内处理铁泥的方法主要有堆存、土地掩埋法和送入钢铁厂回收。堆存及土地掩埋法不仅会产生二次污染，而且会导致资源的严重浪费。铁泥送入钢铁厂回收虽可以减少土地的占用，但铁泥粒径较细，易堵塞炼铁炉膛，导致炼铁操作条件变差，产品质量下降，回收利用困难。因此如何进行铁泥资源化利用已成为我国亟待解决的问题。

湿式氧化法是一种在高温高压的条件下对高浓度有机物进行氧化分解的方法。溶解于水中的空气或氧气为有机物的降解过程提供源源不断的强大动力。湿式氧化法通常能将有机物降解为水、二氧化碳及其它小分子物质，该法处理高浓度有毒有害有机物有独到之处。因此，本发明对含难降解有机物的铁泥先进行湿式氧化预处理，然后再对铁泥回收利用制备硫酸亚铁晶体及液态聚合硫酸铁，充分实现铁泥变废为宝。铁泥资源化利用不仅可以解决铁泥污染问题，且充分利用铁资源，有利于人类和社会的可持续发展。

发明内容

本发明提供一种铁泥资源化利用的方法，以作为固废的铁泥为原料生产硫酸亚铁及聚合硫酸铁，从而使铁泥得到充分的利用。

一种铁泥资源化利用的方法，步骤如下：

(1)湿式氧化：将铁泥打浆溶解，经湿式氧化反应后分离得铁泥泥饼；

(2)酸溶：步骤(1)得到的铁泥泥饼经硫酸溶解、反应后得到混合液Ⅰ；

(3)还原：步骤(2)得到的混合液Ⅰ经铁粉还原法或气体还原法处理后，得到混合液Ⅱ，过滤后得到滤液和滤渣；

所述的气体还原法具体为：向混合液Ⅰ中投加吸附剂，再通入SO₂气体，反应3～5h后得到混合液Ⅱ；

(4)冷析：步骤(3)得到的滤液经冷却结晶，分离得工业级FeSO₄·7H₂O和硫酸亚铁饱和溶液；

(5)聚合硫酸铁的制备：调节硫酸亚铁饱和溶液的pH值至1～2，加入氧化剂，20～30℃保温搅拌反应2～6h后，浓缩得到聚合硫酸铁溶液。

作为优选，步骤(1)中，所述湿式氧化反应的条件：以空气为氧化剂，氧化温度为130～320℃、压力为1～15MPa。

步骤(1)中，湿式氧化反应后分离得到的滤液可继续用做打浆水。

作为优选，步骤(2)中，所述酸溶的温度为60～80℃，反应在搅拌条件下进行在1～4h。进一步优选，所述硫酸的质量浓度为20～30％，实际投加量为理论投加量的1.0～1.1倍。

作为优选，步骤(3)中，以铁泥质量为基准，所述吸附剂的投加量为1～5‰。

进一步优选，步骤(3)中，采用二氧化硫还原时得到的废吸附剂回用至湿式氧化反应中。研究发现，将废吸附剂与打浆溶解后的铁泥混合后，共同进行湿式氧化反应，不仅可以分解除去铁泥中的有机物，还可再生废吸附剂；同时，再生的吸附剂对湿式催化氧化反应有促进作用，进一步增强了湿式氧化去除有机物的能力。

作为优选，步骤(3)中，所述的吸附剂选自活性炭、硅藻土、分子筛中的至少一种。进一步优选，所述的吸附剂为活性炭。

作为优选，步骤(3)中，所述SO₂气体的实际用量为理论用量的1.0～1.1倍。

进一步优选，以SO₂气体为还原剂的气体还原过程在常温常压下进行，后续还设有尾气吸收装置，可以保证无有毒有害气体泄露。

采用该气体还原法的优势在于：1、减少铁泥酸溶时的耗酸量；2、SO₂气体比铁粉价格低，采用为还原剂可减少生产成本；3、采用SO₂气体还原，不会产生沉淀；4、SO₂气体是大多数化工企业都会产生的废气，采用其做还原剂，可以废气资源化。

经研究发现，气体还原法中添加吸附剂不仅可以吸附混合液Ⅰ中残留的有机物，还能吸附SO₂，增加SO₂与混合液Ⅰ的接触面积及停留时间，显著提高SO₂的利用效率。

作为优选，步骤(3)中，所述铁粉还原法具体为：

向混合液Ⅰ中加入还原铁粉，加热至60-80℃并保温搅拌反应1-4h，得混合物Ⅱ。

作为优选，步骤(4)中，所述冷析的温度为0～5℃，冷析的降温速率为0.1～10℃/min，冷析的保温过程中伴有搅拌，搅拌速率为10～1000r/min；

进一步优选，所述冷析的降温速率为0.1～2℃/min，搅拌速率为40～100r/min。

冷析的次数、降温速率以及保温过程中的搅拌速率均对析出物有一定影响，由于冷析过滤得到的产物一方面直接分离得到FeSO₄·7H₂O，另一方面用于聚合硫酸铁的生产，那么冷析产物的纯度、颜色等物理状态就要符合下游反应的要求，以避免带来不良影响。作为进一步优选，所述的冷析为二次冷析，第一次冷析的降温速率为0.1～0.5℃/min，降温至2～5℃保温0.5～1.5h，保温过程中的搅拌速率为80～100r/min；第二次冷析的降温速率为1～2℃/min，降温至0～2℃保温0.5～1.5h，保温过程中的搅拌速率为40～80r/min。

作为优选，步骤(5)中，所述的氧化剂选自双氧水、次氯酸钠、氯酸钾中的至少一种，氧化剂的实际投加量为理论投加量的1.0～1.1倍。

进一步优选，步骤(5)中，所述氧化剂的投加速度为0.5～1.5mL/min。

以上所述的理论投加量均由化学反应方程式计算得到。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)已有废铁泥处理工艺大部分只针对无机钢铁业的废铁泥，该类铁泥中杂质较少且易去除，本发明针对有机生产中产生的铁泥进行处理，不仅去除了铁泥中的有机物和杂质，还能得到高品质的硫酸亚铁及液态聚合硫酸铁。

(2)本发明所述工艺可同时实现铁泥和废活性炭减量化、资源化处理的目标。

(3)本发明所述工艺简单易操作，很易产业化。

(4)本发明使铁泥变成附加值较高的硫酸亚铁及液态聚合硫酸铁，实现铁泥变废为宝，具有较高的环保和经济价值。

附图说明

图1为本发明铁泥资源化利用的工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

原料：生产H酸时采用铁粉还原过程中产生的还原铁泥，其中亚硝值(氨基有机化学物的当量表示)为1.87g/Kg，含水量为21％，含铁量为65％(以氧化铁质量计)。

处理步骤：

(1)湿式氧化：100g还原铁泥中加入250mL水及0.3g活性炭打浆，制成浆液并测定清液的COD。将浆液置于湿式氧化反应釜内，保持釜内温度260℃，搅拌转述300rpm，压力为5MPa，反应2h后过滤分离，得铁泥饼和滤液。再次检测滤液的COD，计算可知湿式氧化对铁泥中有机物的去除率为95.23％。

(2)酸洗：66mL 98％硫酸与466mL水混合制成质量分数为20.9％的稀硫酸，将铁泥泥饼投加到稀硫酸中，70℃搅拌反应1h。

(3)还原：向步骤(2)反应得到的混合液中加入23g还原铁粉，70℃搅拌反应1h，分离得到滤液和滤渣。滤渣可与下一批次的铁粉混合，做本步骤的还原剂。

(4)冷析：对步骤(3)得到的滤液搅拌冷却至4℃，冷析结晶，离心分离即得工业级FeSO₄·7H₂O和硫酸亚铁饱和溶液。

(5)聚合硫酸铁的制备：用稀硫酸调节硫酸亚铁饱和溶液pH至1～2，然后滴加双氧水(滴加速度为0.5mL/min)，并在25℃搅拌反应4h。经浓缩后可得符合国标的液态聚合硫酸铁溶液。

对比例1

实施例1所述的铁泥处理方法，其他条件不变，步骤(1)中不添加活性炭时，湿式氧化处理后测得铁泥中有机物的去除率为89.76％。

由实施例1和对比例1分析可知：活性炭对湿式氧化反应有促进作用。

对比例2

实施例1所述的铁泥处理方法，其他条件不变，步骤(5)中，双氧水的滴加速度为2mL/min时，所耗的双氧水较实施例1多出15％左右，饱和溶液表面产生大量气泡，并伴有液体飞溅现象。

由实施例1和对比例2分析可知：添加氧化剂时，滴加速度不宜过快，速度过快时不仅耗氧化剂量大，而且伴有安全隐患。

实施例2

原料：某水处理厂Fenton处理造纸废水产生的铁泥，铁泥中主要残留木质素、大分子碳水化合物、不饱和脂肪酸等有机物。其含水量为85％，含铁量为18％(以氧化铁质量计)。

处理步骤：

(1)湿式氧化：取200g Fenton铁泥，加入250mL水及0.5g活性炭，制成浆液并测定清液的COD。将打浆液置于湿式氧化反应釜内，保持釜内温度230℃，搅拌转述300rpm，压力为2MPa，反应1h后抽滤得铁泥饼和滤液，测定滤液的COD，经计算可知湿式氧化处理对铁泥中有机物的COD去除率为92.56％。

(2)酸洗：取37mL 98％硫酸与255mL水混合制得质量分数为21％的稀硫酸，将泥饼溶解到稀硫酸中，升温至70℃搅拌反应1h。

(3)还原：向步骤(2)反应得到的混合液中加入13g还原铁粉，于70℃搅拌反应1h，分离。

(4)冷析：对步骤(3)得到的滤液搅拌冷却至5℃，冷析结晶，离心分离即得工业级FeSO₄·7H₂O和硫酸亚铁饱和溶液。

(5)聚合硫酸铁的制备：采用稀硫酸调节硫酸亚铁饱和溶液pH至1-2，再滴加次氯酸钠(滴加速度为1mL/min)，并在25℃搅拌反应4h。经浓缩后可得符合国标的液态聚合硫酸铁溶液。

实施例3

原料：采用Fenton技术处理印染废水时，产生的有机物含量较高的化学污泥，主要含有染料、浆料、助剂、纤维杂质等物质，含铁量为68％(以氧化铁质量计)。

(1)湿式氧化：取100g Fenton铁泥，加入200mL水及0.5g活性炭，制成浆液并测定清液COD。置于湿式氧化反应釜内，保持釜内温度280℃，搅拌转述300rpm，压力为4MPa，反应2h后抽滤分离得铁泥饼和滤液，测定滤液的COD。经计算可知：湿式氧化处理对铁泥中有机物的去除率为93.87％。

(2)酸洗：35mL 98％硫酸与480mL水混合(硫酸的质量分数为21.2％)投加到铁泥饼中，于70℃搅拌反应1h。

(3)还原：向步骤(2)反应得到的混合液Ⅰ中投加0.3g活性炭，再缓慢通入SO₂，继续搅拌反应4h。

(4)冷析：对步骤(3)得到的混合液Ⅱ进行抽滤分离，将得到的滤液搅拌冷却至3℃(降温速率为0.5℃/min)，保温搅拌0.5小时(搅拌速率为90r/min)后，离心分离即得工业级FeSO₄·7H₂O和硫酸亚铁饱和溶液。

(5)聚合硫酸铁的制备：调节硫酸亚铁饱和溶液pH至1-2，再滴加双氧水，并在25℃搅拌反应4h。经浓缩后可得符合国标的液态聚合硫酸铁溶液。

实施例4

实施例3所述废水处理方法，其他条件相同，区别仅在于将还原过程中过滤得到的废渣分离得到的废活性炭回用至湿式氧化过程中，添加废活性炭的湿式氧化处理后铁泥浆液的COD去除率为92.39％。

由实施例3和实施例4分析可知：废活性炭经湿式氧化后不仅可以再生，而且对湿式氧化反应所起的催化作用与新鲜活性炭相当。

Claims

1. 一种铁泥资源化利用的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的铁泥资源化利用的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述湿式氧化反应的条件：以空气为氧化剂，氧化温度为130～320℃、压力为1～15MPa。

3.根据权利要求1所述的铁泥资源化利用的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述酸溶的温度为60～80℃，反应在搅拌条件下进行在1～4h；

步骤(3)中，以铁泥质量为基准，所述吸附剂的投加量为1～5‰。

4.根据权利要求3所述的铁泥资源化利用的方法，其特征在于，步骤(3)中，滤渣中分离得到的废吸附剂回用至湿式氧化反应中。

5.根据权利要求4所述的铁泥资源化利用的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的吸附剂选自活性炭、硅藻土、分子筛中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的铁泥资源化利用的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述SO₂气体的实际用量为理论用量的1.0～1.1倍。

7.根据权利要求1所述的铁泥资源化利用的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述铁粉还原法具体为：

8.根据权利要求1所述的铁泥资源化利用的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述冷析的温度为0～5℃。

9.根据权利要求1所述的铁泥资源化利用的方法，其特征在于，步骤(5)中，所述的氧化剂选自双氧水、次氯酸钠、氯酸钾中的至少一种，氧化剂的实际投加量为理论投加量的1.0～1.1倍。

10.根据权利要求9所述的铁泥资源化利用的方法，其特征在于，步骤(5)中，所述氧化剂的投加速度为0.5～1.5mL/min。