CN107601577B - 利用钢铁精加工酸洗废液制备聚合氯化铁的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用钢铁精加工酸洗废液制备聚合氯化铁的装置，它包括氧气储罐、原料混合罐、反应釜、反应塔和聚合釜；所述氧气储罐分别与所述反应釜的内部和所述反应塔的内部相连通；所述原料混合罐的出料口与所述反应釜的进料口相连通，所述反应釜的出料口与所述反应塔的进料口相连通，所述反应塔的出料口分别与所述反应釜的进料口和所述聚合釜的进料口相连通。该装置结构简单、设计合理，通过反应釜和反应塔之间的液料循环有效的减少了催化剂用量；同时，本发明还提供利用该装置进行制备聚合氯化铁的方法。

Description

利用钢铁精加工酸洗废液制备聚合氯化铁的装置及方法

技术领域

本发明属于废液回收领域，具体的，涉及一种利用钢铁精加工酸洗废液制备聚合氯化铁的装置及方法。

背景技术

在钢精加工制品生产中，通常采用盐酸连续酸洗钢材表面进行除锈，产生大量含有氯化亚铁和盐酸的酸洗废酸。目前国内外所采用的酸洗废液处理方法主要有蒸馏浓缩法、焙烧-吸收法、溶剂萃取法和氧化法。其中，蒸馏浓缩法回收盐酸和氯化亚铁，没有从根本上解决废酸，只是物理分离，应用中存在产物积累无法处理的问题；焙烧-吸收法和溶剂萃取法是回收废酸液中的盐酸和含铁物料(如Fe₂O₃粉等)，氧化法则是利用废液直接制取无机化工絮凝剂聚合三氯化铁，但由于该法目前生产中主要是以氯气、氧气和氯酸钠作为氧化剂，氯气和氧气存在反应压力不稳定，用量偏大等问题，氯酸钠价格昂贵也不适合工业应用，且这种方法还存在设备投资大，生产工艺较复杂，环境污染较严重等问题，致使这种酸洗废液的综合利用受到一定限制。

因此，研究一种新的钢铁精加工酸洗废液的回收利用方法具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种利用钢铁精加工酸洗废液制备聚合氯化铁的装置及方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种利用钢铁精加工酸洗废液制备聚合氯化铁的装置，它包括氧气储罐、原料混合罐、反应釜、反应塔和聚合釜；所述氧气储罐分别与所述反应釜的内部和所述反应塔的内部相连通；所述原料混合罐的出料口与所述反应釜的进料口相连通，所述反应釜的出料口与所述反应塔的进料口相连通，所述反应塔的出料口分别与所述反应釜的进料口和所述聚合釜的进料口相连通。

基于上述，所述氧气储罐通过反应釜导气管连通所述反应釜，所述氧气储罐通过反应塔导气管连通所述反应塔；所述反应釜导气管和所述反应塔导气管分别伸入所述反应釜的底部和所述反应塔的底部。

基于上述，所述反应塔的上部设有喷淋器，所述喷淋器与所述反应釜的内腔相连通。

基于上述，所述反应塔的出料口连接有一液料循环泵，所述液料循环泵的流出口分别与一回流管的前端和所述聚合釜的进料口相连接，所述回流管的末端与所述反应釜的进料口相连接。

基于上述，该利用钢铁精加工酸洗废液制备聚合氯化铁的装置还包括预热釜，所述原料混合罐的出料口与所述预热釜的进料口相连通，所述预热釜的出料口与所述反应釜的进料口相连通，所述预热釜的出料口与所述反应釜的进料口之间设有液料输送泵；所述反应釜的上部溢流口和所述反应塔的上部溢流口相连通，两个溢流口均与所述预热釜的出料口相连通。

基于上述，所述预热釜、所述反应釜和所述聚合釜的外壁均设有加热套，所述加热套上设有加热介质入口和加热介质出口，所述预热釜、所述反应釜和所述聚合釜的加热套相互连通。

一种利用钢铁精加工酸洗废液制备聚合氯化铁的方法，利用上述的利用钢铁精加工酸洗废液制备聚合氯化铁的装置制备聚合氯化铁；其包括以下步骤：

排出空气 打开所述反应釜和所述反应塔的放空阀，将钢铁精加工酸洗废液、氯化亚铁溶液置于所述原料混合罐中混合均匀，再输送至所述反应釜和所述反应塔中，直至所述反应釜和所述反应塔内充满液料，所述反应釜和所述反应塔内的空气被排出，停止原料输送；

形成氧气环境 关闭所述放空阀，开启所述反应釜和所述反应塔的上部溢流口，使所述上部溢流口和所述预热釜2相连通，向所述反应釜和所述反应塔中通入氧气，使氧气在所述反应釜和所述反应塔的上部聚集，所述反应釜和所述反应塔中的液料通过所述上部溢流口溢流至所述预热釜中，直至所述预热釜中液料开始鼓泡，关闭所述反应釜和所述反应塔的上部溢流口，保持所述反应釜和所述反应塔的内部压力稳定，所述原料混合罐开始向所述预热釜中输送液料；

液料循环 将所述反应釜和所述预热釜加热至55～65℃，开启所述反应塔底部的液料循环泵、所述液料循环泵连接的回流管和所述反应塔上部喷淋器，关闭所述液料循环泵和所述聚合釜的连接，在所述反应釜和所述反应塔之间形成液料循环；液料循环过程中，在所述反应塔的顶部加入催化剂和稳定剂，使液料中的二价铁离子被氧化，然后关闭所述回流管，打开所述液料循环泵和所述聚合釜的连接，使氧化后的液料自所述反应塔底部进入所述聚合釜中保温，进行聚合，得到絮凝剂聚合氯化铁；

重复循环 所述预热釜中的液料通过液料输送泵输送至所述反应釜，重复所述液料循环的步骤。

基于上述，所述原料混合罐中二价铁离子和氢离子的摩尔比为1:（0.7～1）。

基于上述，所述催化剂为硝酸盐或亚硝酸盐，所述催化剂的用量为所述钢铁精加工酸洗废液的0.1%～0.2%。

基于上述，所述稳定剂为磷酸、磷酸盐或磷酸二氢盐，所述稳定剂的用量为所述钢铁精加工酸洗废液的0.5%～1.5%。

与现有技术相比，本发明具有突出的实质性特点和显著进步。具体来说，本发明提供一种利用钢铁精加工酸洗废液制备聚合氯化铁的装置，它包括原料混合罐、预热釜、反应釜、反应塔和聚合釜，原料在所述原料混合罐中混合均匀，再在所述预热釜中进行预热，然后进入所述反应釜中，通过喷淋器和液料循环泵使液料在所述反应釜和所述反应塔之间不断循环，直到液料中的二价铁离子被氧化，氧化后的液料进入所述聚合釜进行聚合，得到絮凝剂聚合氯化铁；同时，氧化过程中加入亚硝酸盐或硝酸盐作为催化剂，该催化剂在酸性环境中具有强氧化性，使二价铁离子被氧化形成三价铁离子，而且氧化过程在密闭体系中进行，氧化过程形成NO_x可以和水与氧气反应形成硝酸继续对二价铁离子继续进行氧化，该密闭体系极大的减小了催化剂的用量，降低钢铁精加工酸洗废液回收利用成本；同时，氧化过程后剩余的NO_x可以通过碱液吸收重新形成亚硝酸盐或硝酸盐作为催化剂循环利用；另外，所述预热釜、所述反应釜和所述聚合釜的外壁均设有加热套，所述加热套上设有加热介质出口和加热介质出口，所述预热釜、所述反应釜和所述聚合釜的加热套相互连通，加热介质可以在所述预热釜、所述反应釜和所述聚合釜的加热套之间流动，这样可以充分利用加热介质的热能，减少能量损失。

本发明还提供利用该利用钢铁精加工酸洗废液制备聚合氯化铁的装置制备聚合氯化铁的方法，该方法中先在钢铁精加工酸洗废液中加入氯化亚铁，调节二价铁离子和氢离子的摩尔比为1:（0.7～1），通氯化亚铁调节，避免加入铁粉后生成氢气造成的安全问题，在所述反应塔进行氧化反应过程中加入稳定剂，以维持所述反应塔中的酸性环境促使氧化反应进行；该方法条件温和、操作简单，适于工业应用。

附图说明

图1 是本发明中利用钢铁精加工酸洗废液制备聚合氯化铁的装置的结构示意图。

图2 是实施例2中利用钢铁精加工酸洗废液制备聚合氯化铁的装置的结构示意图。

图中：1.原料混合罐；2.预热釜；3.反应釜；4.反应塔；5.聚合釜；6.液料输送泵；7.液料循环泵；8.喷淋器；9.尾气吸收装置；10.加热介质输送泵；11.反应釜导气管；12.反应塔导气管。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种利用钢铁精加工酸洗废液制备聚合氯化铁的装置，它包括氧气储罐、原料混合罐1、预热釜2、反应釜3、反应塔4和聚合釜5；所述氧气储罐分别与所述反应釜3的内部和所述反应塔4的内部相连通；所述原料混合罐1的出料口分别与所述预热釜2的进料口和所述反应釜3的进料口相连通，以便所述原料混合罐1对所述预热釜2和所述反应釜3进行供料，所述预热釜2的出料口与所述反应釜3的进料口相连通，以便物料在所述预热釜2中预热后进入所述反应釜3，所述反应釜3的出料口与反应塔4的进料口相连通，以便所述反应釜3对反应塔4进行供料，所述反应塔4的出料口分别与所述反应釜3的进料口和所述聚合釜5的进料口相连通，以便反应过程中所述反应塔4和所述反应釜3进行物料循环，反应完成后所述反应塔4中的物料进入所述聚合釜5中，所述反应釜3的上部溢流口和所述反应塔4的上部溢流口相连通，且两溢流口均与所述预热釜2的出料口相连通，以便所述反应釜3和所述反应塔4物料可以通过所述溢流口流入所述预热釜2中。

进一步的，所述反应塔4的进料口和出料口为位于所述反应塔4底部的同一个液料进出口，需要说明的是，在其他的实施例中，所述反应塔4的进料口和出料口可以不为同一个。

进一步的，所述预热釜2的出料口与所述反应釜3的进料口之间设有液料输送泵6。

进一步的，所述反应塔4的出料口连接有一液料循环泵7，所述液料循环泵7的流出口分别与一回流管的前端和所述聚合釜5的进料口相连接，所述回流管的末端与所述反应釜3的进料口相连接。

进一步的，所述反应塔4的上部设有喷淋器8，所述喷淋器8与所述反应釜3的内腔相连通，以便所述反应釜3中的物料通过所述喷淋器8进入所述反应塔4中。

进一步的，所述氧气储罐通过反应釜导气管11连通所述反应釜3，所述氧气储罐通过反应塔导气管12连通所述反应塔4；所述反应釜导气管11和所述反应塔导气管12分别伸入所述反应釜3的底部和所述反应塔4的底部

进一步的，所述反应塔4的顶部连接有尾气吸收装置9，所述尾气吸收装置中含有碱液，可以对NO_x进行吸收。

进一步的，该装置中各部分通过管道连接，各管道上设置有阀门，以便控制流向。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于：如图2所示，所述预热釜2、所述反应釜3和所述聚合釜5的外壁均设有加热套，所述加热套上设有加热介质入口和加热介质出口，所述预热釜2、所述反应釜3和所述聚合釜5的加热套相互连通，以便各所述加热套中的加热介质可相互流通，具体地所述反应釜3和所述聚合釜5的加热套和所述聚合釜5的加热套之间设有加热介质输送泵10，需要说明的是，在其他的实施例中，为了加热介质的输送更加便捷，加热介质输送泵的个数及位置可根据输送需求设置。

实施例3

如图2所示，本实施例提供一种钢铁精加工酸洗废液回收利用方法，利用实施例2提供的利用钢铁精加工酸洗废液制备聚合氯化铁的装置制备聚合氯化铁；其包括以下步骤：

排出空气 打开所述反应釜3和所述反应塔4的放空阀，将钢铁精加工酸洗废液和氯化亚铁溶液置于所述原料混合罐1中混合均匀，再输送至所述反应釜3和所述反应塔4中，直至所述反应釜3和所述反应塔4内充满液料，所述反应釜3和所述反应塔4内的空气被排出，停止原料输送；其中，所述原料混合罐1中二价铁离子和氢离子的摩尔比为1:0.8；

形成氧气环境 关闭所述放空阀，开启所述反应釜和所述反应塔的上部溢流口，使所述上部溢流口和所述预热釜2相连通，向所述反应釜3和所述反应塔4中通入氧气，使氧气在所述反应釜3和所述反应塔4的上部聚集，直至所述反应釜3和所述反应塔4中的液料通过所述上部溢流口溢流至所述预热釜2中，且所述预热釜2中液料开始鼓泡，关闭所述反应釜3和所述反应塔4的上部溢流口，所述原料混合罐1开始向所述预热釜2中输送液料；

液料循环 将所述反应釜3和所述预热釜2加热至55～65℃，开启所述反应塔4底部的液料循环泵、所述液料循环泵7连接的回流管和所述反应塔4上部喷淋器8，关闭所述液料循环泵7和所述聚合釜5的连接，在所述反应釜3和所述反应塔4之间形成液料循环；液料循环过程中，在所述反应塔4的顶部加入催化剂和稳定剂，使液料中的二价铁离子被氧化，然后关闭所述回流管，打开所述液料循环泵7和所述聚合釜5的连接，使氧化后的液料自所述反应塔4的底部进入所述聚合釜5中保温，进行聚合，得到絮凝剂聚合氯化铁；其中，所述催化剂为亚硝酸钠，所述催化剂的用量为所述钢铁精加工酸洗废液的0.1%，所述稳定剂为磷酸，所述稳定剂的用量为所述钢铁精加工酸洗废液的1%；

重复循环 所述预热釜2中的液料通过液料输送泵6输送至所述反应釜3，重复所述液料循环的步骤。

需要说明的是，在其他的实施例中，可通过加入氯化亚铁调节所述原料混合罐中二价铁离子和氢离子的摩尔比为1:（0.7～1）；所述催化剂可根据需要选择亚硝酸盐或硝酸盐，例如亚硝酸钾、硝酸钠、硝酸钾，所述催化剂的用量为所述钢铁精加工酸洗废液的0.1%～0.2%；所述稳定剂可根据需要选择磷酸、磷酸盐或磷酸二氢盐，所述磷酸盐或磷酸二氢盐可选择磷酸钾、磷酸钠、磷酸二氢钾或磷酸二氢钠，所述稳定剂的用量为所述钢铁精加工酸洗废液的0.5%～1.5%。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (6)

1.一种利用钢铁精加工酸洗废液制备聚合氯化铁的装置，其特征在于，它包括氧气储罐、原料混合罐、反应釜、反应塔、预热釜和聚合釜；所述氧气储罐分别与所述反应釜的内部和所述反应塔的内部相连通；所述原料混合罐的出料口与所述反应釜的进料口相连通，所述反应釜的出料口与所述反应塔的进料口相连通，所述反应塔的出料口分别与所述反应釜的进料口和所述聚合釜的进料口相连通，所述预热釜的出料口与所述反应釜的进料口相连通；

所述原料混合罐的出料口与所述预热釜的进料口相连通，所述预热釜的出料口与所述反应釜的进料口相连通，所述预热釜的出料口与所述反应釜的进料口之间设有液料输送泵；所述反应釜的上部溢流口和所述反应塔的上部溢流口相连通，两个溢流口均与所述预热釜的出料口相连通；所述预热釜、所述反应釜和所述聚合釜的外壁均设有加热套，所述加热套上设有加热介质入口和加热介质出口，所述预热釜、所述反应釜和所述聚合釜的加热套相互连通；所述反应塔的上部设有喷淋器，所述喷淋器与所述反应釜的内腔相连通；所述反应塔的出料口连接有一液料循环泵，所述液料循环泵的流出口分别与一回流管的前端和所述聚合釜的进料口相连接，所述回流管的末端与所述反应釜的进料口相连接；所述反应塔的顶部连接有尾气吸收装置，所述尾气吸收装置中含有碱液；

原料在所述原料混合罐中混合均匀，再在所述预热釜中进行预热，然后进入所述反应釜中，通过喷淋器和液料循环泵使液料在所述反应釜和所述反应塔之间不断循环，直到液料中的二价铁离子被氧化，氧化后的液料进入所述聚合釜进行聚合，得到絮凝剂聚合氯化铁。

2.根据权利要求1所述的利用钢铁精加工酸洗废液制备聚合氯化铁的装置，其特征在于，所述氧气储罐通过反应釜导气管连通所述反应釜，所述氧气储罐通过反应塔导气管连通所述反应塔；所述反应釜导气管和所述反应塔导气管分别伸入所述反应釜的底部和所述反应塔的底部。

3.一种利用钢铁精加工酸洗废液制备聚合氯化铁的方法，其特征在于，利用权利要求1或2所述的利用钢铁精加工酸洗废液制备聚合氯化铁的装置制备聚合氯化铁；其包括以下步骤：

排出空气 打开所述反应釜和所述反应塔的放空阀，将钢铁精加工酸洗废液、氯化亚铁溶液置于所述原料混合罐中混合均匀，再输送至所述反应釜和所述反应塔中，直至所述反应釜和所述反应塔内充满液料，所述反应釜和所述反应塔内的空气被排出，停止原料输送；

形成氧气环境 关闭所述放空阀，开启所述反应釜和所述反应塔的上部溢流口，向所述反应釜和所述反应塔中通入氧气，使氧气在所述反应釜和所述反应塔的上部聚集，所述反应釜和所述反应塔中的液料通过所述上部溢流口溢流至所述预热釜中，直至所述预热釜中液料开始鼓泡，关闭所述反应釜和所述反应塔的上部溢流口，保持所述反应釜和所述反应塔的内部压力稳定，所述原料混合罐开始向所述预热釜中输送液料；

液料循环 将所述反应釜和所述预热釜加热至55～65℃，开启所述反应塔底部的液料循环泵、所述液料循环泵连接的回流管和所述反应塔上部喷淋器，关闭所述液料循环泵和所述聚合釜的连接，在所述反应釜和所述反应塔之间形成液料循环；液料循环过程中，在所述反应塔的顶部加入催化剂和稳定剂，使液料中的二价铁离子被氧化，然后关闭所述回流管，打开所述液料循环泵和所述聚合釜的连接，使氧化后的液料自所述反应塔底部进入所述聚合釜中保温，进行聚合，得到絮凝剂聚合氯化铁；

重复循环 所述预热釜中的液料通过液料输送泵输送至所述反应釜，重复所述液料循环的步骤。

4.根据权利要求3所述的利用钢铁精加工酸洗废液制备聚合氯化铁的方法，其特征在于，所述原料混合罐中二价铁离子和氢离子的摩尔比为1:（0.7～1）。

5.根据权利要求3或4所述的利用钢铁精加工酸洗废液制备聚合氯化铁的方法，其特征在于，所述催化剂为硝酸盐或亚硝酸盐，所述催化剂的用量为所述钢铁精加工酸洗废液的0.1%～0.2%。

6.根据权利要求5所述的利用钢铁精加工酸洗废液制备聚合氯化铁的方法，其特征在于，所述稳定剂为磷酸、磷酸盐或磷酸二氢盐，所述稳定剂的用量为所述钢铁精加工酸洗废液的0.5%～1.5%。