CN107879536B - 一种含铝硝酸废水的处理方法 - Google Patents

一种含铝硝酸废水的处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种含铝硝酸废水的处理方法，包括步骤：将含铝硝酸废水进行多效蒸发处理，得到浓缩液；将浓缩液进行冷却结晶处理，得到结晶液；将结晶液进行固液分离，得到滤液和晶体硝酸铝；将滤液进行回收利用，将晶体硝酸铝进行溶解，并加入硫酸进行置换处理，得到硝酸和硫酸铝；冷却结晶处理过程中，在浓缩液中补加浓度为10～11mol/L的硝酸，补加硝酸与浓缩液的体积之比为(1.3～1.5):1。本发明通过蒸发浓缩、冷却结晶、固液分离、滤液回收、硫酸置换等步骤有机结合，有效降低废水中的含氮、氨氮离子浓度，解决了废水排放氨氮、总氮超标问题，且节约硝酸、磷酸成本，置换得到的硫酸铝还可以产生一定的经济效益。

Description

一种含铝硝酸废水的处理方法
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，尤其涉及一种含铝硝酸废水的处理方法。
背景技术
电极箔生产过程中的腐蚀工序需要大量混合酸，由此产生大量强酸废水，主要废水之一为含铝硝酸废水，一般的处理方法为直接中和后进行排放，虽然可以大大降低酸性，但其中有大量的NO3、NH4仍以离子态存在，会造成总氮、氨氮严重超标，不符合环保要求。
发明内容
基于此，本发明的目的在于，提供一种含铝硝酸废水的处理方法，可解决废水排放氨氮、总氮超标问题，节约成本，且可产生一定的经济效益。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种含铝硝酸废水的处理方法，包括以下步骤：
S1：将含铝硝酸废水进行多效蒸发处理，得到浓缩液；
S2：将步骤S1所得浓缩液进行冷却结晶处理，得到结晶液；
S3：将步骤S2所得结晶液进行固液分离，得到滤液和晶体硝酸铝；
S4：将步骤S3所得滤液进行回收利用，将步骤S3所得晶体硝酸铝进行溶解，并加入硫酸进行置换处理，得到硝酸和硫酸铝；
所述步骤S2的冷却结晶处理过程中，在浓缩液中补加步骤S4所得硝酸；补加硝酸的浓度为10～11mol/L，补加硝酸与浓缩液的体积之比为(1.3～1.5):1。
本发明废水的主要成分为硝酸、硝酸铝和磷酸铝，通过多效蒸发去除废水中的大量水分，获得硝酸铝浓度高的浓缩液；通过冷却结晶可以将浓缩液中低温时溶解度较小的硝酸铝析出结晶；再通过固液分离将将含硝酸、磷酸的滤液和晶体硝酸铝有效分离；回收利用硝酸和磷酸，然后将晶体硝酸铝与硫酸进行置换反应，获得硝酸和硫酸铝；此外，在结晶过程中补加置换所得硝酸，可提高硝酸铝的产量和硝酸的循环利用率。其中，硝酸铝结晶反应式：Al3++NO3 -+H2O→Al(NO3)3·9H2O，补加硝酸增加了硝酸根浓度，有利于结晶反应的进行，补充硝酸浓度越高越好，但浓度达到12mol/L时，物料变得粘稠，不利于传送，因此，补充硝酸选择10～11mol/L浓度；此外，硝酸铝的产率随着补加硝酸的量的增加先增加后减少，这是因为补加硝酸本身含有水，补加过多会溶解硝酸铝，当补加硝酸与浓缩液的体积比为(1.3～1.5):1时，硝酸铝的产率高。相对于现有技术，本发明通过蒸发浓缩、冷却结晶、固液分离、滤液回收、硫酸置换等步骤有机结合，有效降低废水中的含氮、氨氮离子浓度，解决了废水排放氨氮、总氮超标问题，且节约硝酸、磷酸成本，置换得到的硫酸铝还可以产生一定的经济效益。
进一步地，补加硝酸的浓度为11mol/L，补加硝酸的体积与浓缩液的体积之比为1.4:1。在该条件下，硝酸铝的产率最高。
进一步地，步骤S1的多效蒸发处理过程中，采用循环加热蒸发，蒸发器采用常压蒸馏，出料温度为115～120℃。若温度低于该范围，水分过多，无法结晶固化；若温度高于该范围，失水过多，易在出料管道内结晶，堵塞管道。
进一步地，步骤S1所得浓缩液中硝酸铝含量为600～800g/L。将废水中的硝酸铝浓缩至该范围内，有助于后续对于硝酸铝的结晶提纯，若含量低于该范围，硝酸铝得不到充分利用，导致产率低；若含量高于该范围，硝酸蒸发过度，浓缩液酸度降低，影响后续置换过程，且增加蒸汽和电耗成本。
进一步地，步骤S2的冷却结晶处理过程中，用循环冷却水将浓缩液降温至31～33℃，然后将浓缩液通入结晶器，降温至5～7℃。在该冷却结晶条件下，可以使硝酸铝充分析出结晶，且纯度高；此外，温度越低能耗越高，选择该温度范围可以在保证高产率的同时保持较低能耗。
进一步地，步骤S3中，固液分离后，采用浓度为9～11mol/L的硝酸对晶体硝酸铝进行清洗。清洗的目的是去除晶体中的N、P杂质。
进一步地，步骤S4的置换处理过程中，硫酸根与硝酸根的摩尔比为1:2。从而使得置换反应完全，反应物得到充分利用。
进一步地，步骤S4的置换处理过程中，补加浓度为95～98％的浓硫酸。补加浓硫酸可以保持置换过程中具有足够的硫酸根，提高硫酸铝产率，增加经济效益；且硫酸置换需要蒸发多余水分，硫酸浓度越高，引入水越少，越节能。
进一步地，步骤S1中的含铝硝酸废水为电极箔腐蚀工艺生产所得；步骤S3所得滤液回收至电极箔腐蚀工艺循环利用。将滤液中的硝酸和磷酸回收循环利用，可节约硝酸和磷酸成本。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1为实施例的含铝硝酸废水的处理方法的工艺流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种含铝硝酸废水的处理方法，包括以下步骤：
S1：将含铝硝酸废水进行多效蒸发处理，得到浓缩液。
具体的，含铝硝酸废水为电极箔腐蚀工艺生产的酸性废液，其主要成分是硝酸铝，浓度为5～20％；采用三效蒸发器进行循环加热蒸发，冷凝水中硝酸浓度为9～11mol/L，蒸发器采用常压蒸馏，出料温度为115～120℃；所得浓缩液中硝酸铝含量为600～800g/L。
S2：将步骤S1所得浓缩液进行冷却结晶处理，得到结晶液。
具体的，用循环冷却水将浓缩液降温至31～33℃，然后将浓缩液通入结晶器，降温至5～7℃，结晶过程中缓慢补加硝酸用以提高硝酸铝产量，补加硝酸的浓度为10～11mol/L，补加硝酸与浓缩液的体积比为(1.3～1.5):1。
S3：将步骤S2所得结晶液进行固液分离，得到滤液和晶体硝酸铝。
具体的，采用离心机进行固液分离，利用浓度为9～11mol/L的硝酸对晶体硝酸铝进行清洗，去除晶体中的N、P杂质。
S4：将步骤S3所得滤液进行回收利用，将步骤S3所得晶体硝酸铝进行溶解，并加入硫酸进行置换处理，得到硝酸和硫酸铝。
具体的，对所得滤液进行回收，其中的硝酸和磷酸可调整至电极箔腐蚀工艺要求，并返回至电极箔腐蚀工艺循环使用。晶体硝酸铝用溶解液溶解，打入置换装置，然后加入硫酸进行置换反应，得到硝酸和硫酸铝；置换过程中缓慢补加浓度为95％～98％的浓硫酸，硫酸根与硝酸根摩尔比为1:2。置换所得到的硝酸作为步骤S2中的补加硝酸以及步骤S3中用于清洗的硝酸，实现硝酸的循环利用。置换所得硫酸铝出料至冷却带，成片状固体。
实施例1
请参阅图1，其为本实施例的一种含铝硝酸废水的处理方法的工艺流程图，包括以下步骤：
(1)将电极箔腐蚀工艺生产所产生的含铝硝酸废水引入三效蒸发器进行蒸发浓缩，采用循环加热蒸发，冷凝水中硝酸浓度为10mol/L，蒸发器采用常压蒸馏，出料温度为118℃，得到浓缩液，其中硝酸铝的含量为700g/L。
(2)将步骤(1)所得浓缩液用循环冷却水降温至32℃，然后将浓缩液通入结晶器，降温至6℃，结晶过程中缓慢补加硝酸用以提高硝酸铝产量，补加硝酸的浓度为11mol/L，补加硝酸与浓缩液的体积比为1.4:1，从而得到结晶液。
(3)将步骤(2)所得结晶液采用离心机进行固液分离，得到滤液和九水硝酸铝晶体，采用浓度为10mol/L的硝酸对九水硝酸铝晶体进行清洗，去除晶体中的N、P杂质。
(4)将步骤(3)所得滤液进行回收，其中的硝酸和磷酸可调整至电极箔腐蚀工艺要求，并返回至电极箔腐蚀工艺循环使用；将步骤(3)所得晶体硝酸铝用水溶解，打入置换装置，然后加入硫酸进行置换反应，得到硝酸和硫酸铝；置换过程中缓慢补加浓度为98％的浓硫酸，硫酸根与硝酸根摩尔比为1:2。置换所得到的硝酸作为步骤(2)中的补加硝酸以及步骤(3)中用于清洗的硝酸，实现硝酸的循环利用。置换所得硫酸铝出料至冷却带，成片状固体。
按照实施例1的工艺，对生产运行成本以及经济效益进行分析。其中，成本主要包括蒸汽、电耗、置换用硫酸和人工成本；经济效益包括回收硝酸和磷酸以及生产硫酸铝带来的收益。具体请参阅表1，其列出了每吨硫酸铝的成产成本。
表1每吨硫酸铝生产成本
Figure BDA0001498455920000041
按照实施例1的工艺，日处理该废水1500吨，日产硫酸铝约162吨，每年生产硫酸铝约5.34万吨，硫酸铝价格一般在750～1000元/吨，按700元/吨计算其盈利情况，具体如表2所示，其列出了硫酸铝的经济效益。
表2硫酸铝经济效益
项目 数量
日产量 162吨/天
年产量 5.34万吨/年
硫酸铝价格 700元/吨
硫酸铝生产成本 -406.63元/吨
每吨毛利润 1106.63元
年利润 5909.4万元
相对于现有技术，本发明通过蒸发浓缩、冷却结晶、固液分离、滤液回收利用、硫酸置换等步骤有机结合，有效降低废水中的含氮、氨氮离子浓度，解决了废水排放氨氮、总氮超标问题，且滤液回收利用可节约硝酸和磷酸成本，此外置换得到的硫酸铝可以产生一定的经济效益。
以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种含铝硝酸废水的处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将含铝硝酸废水进行多效蒸发处理，得到浓缩液；具体的，含铝硝酸废水为电极箔腐蚀工艺生产的酸性废液，其主要成分是硝酸铝，浓度为5～20％；采用三效蒸发器进行循环加热蒸发，冷凝水中硝酸浓度为9～11mol/L，蒸发器采用常压蒸馏，出料温度为115～120℃；所得浓缩液中硝酸铝含量为600～800g/L；
S2：将步骤S1所得浓缩液进行冷却结晶处理，得到结晶液；具体的，用循环冷却水将浓缩液降温至31～33℃，然后将浓缩液通入结晶器，降温至5～7℃，结晶过程中缓慢补加硝酸用以提高硝酸铝产量，补加硝酸的浓度为10～11mol/L，补加硝酸与浓缩液的体积比为(1.3～1.5):1；
S3：将步骤S2所得结晶液进行固液分离，得到滤液和晶体硝酸铝；具体的，采用离心机进行固液分离，利用浓度为9～11mol/L的硝酸对晶体硝酸铝进行清洗，去除晶体中的N、P杂质；
S4：将步骤S3所得滤液进行回收利用，将步骤S3所得晶体硝酸铝进行溶解，并加入硫酸进行置换处理，得到硝酸和硫酸铝；具体的，对所得滤液进行回收，其中的硝酸和磷酸调整至电极箔腐蚀工艺要求，并返回至电极箔腐蚀工艺循环使用；晶体硝酸铝用溶解液溶解，打入置换装置，然后加入硫酸进行置换反应，得到硝酸和硫酸铝；置换过程中缓慢补加浓度为95％～98％的浓硫酸，硫酸根与硝酸根摩尔比为1:2；置换所得到的硝酸作为步骤S2中的补加硝酸以及步骤S3中用于清洗的硝酸，实现硝酸的循环利用；置换所得硫酸铝出料至冷却带，成片状固体。
2.根据权利要求1所述的含铝硝酸废水的处理方法，其特征在于：补加硝酸的浓度为11mol/L，补加硝酸的体积与浓缩液的体积之比为1.4:1。
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