CN108503167B

CN108503167B - 一种利用钢铁酸洗废液合成净水剂的方法

Info

Publication number: CN108503167B
Application number: CN201810286882.0A
Authority: CN
Inventors: 徐正超; 闵学刚; 方峰; 李琦; 马聪; 骆凯翔; 李龙; 郑鹏飞
Original assignee: ZHANGJIAGANG GREEN TECH ENVIRONMENTAL PROTECTION EQUIPMENT Co Ltd; JIANGSU BAOSTEEL PRECISION STEEL WIRE CO Ltd
Current assignee: JIANGSU BAOSTEEL FINE WIRE & CORD Co.,Ltd.; Jiangyin heyuexin Environmental Protection Technology Co., Ltd
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2020-01-14
Anticipated expiration: 2038-03-30
Also published as: CN108503167A

Abstract

本发明公开了一种利用钢铁酸洗废液合成新型净水剂的方法，具体如下：1）采用物理或化学方法使酸洗废液中的氢离子浓度不高于2mol/L，总铁浓度不低于0.5g/L；2）采用惰性电极作为阳极、惰性电极或铁电极为阴极，在电解槽中对酸洗废液进行电解处理，使铁离子以单质铁或铁的化合物的形式沉积于阴极；3）阴极沉积一定量的铁或铁的化合物后，将其置入强碱性电解液中，并使其作为阳极进行电解处理，利用阳极氧化作用使电极上的铁转化为强氧化性的高铁酸盐；4）高铁酸盐以溶质或不溶物的形式存在于强碱性溶液中，形成新型净水剂。本发明的优点在于：该方法不仅减少了工业废弃物排放，节约了资源，而且可实现铁离子的高价值利用，具有很好的应用前景。

Description

一种利用钢铁酸洗废液合成净水剂的方法

技术领域

本发明涉及环境保护技术领域，特别涉及一种利用钢铁酸洗废液合成新型净水剂的方法。

背景技术

钢铁酸洗废液通常含有较高浓度的铁离子和无机强酸（如盐酸、硫酸、硝酸等），具有很强的酸性和腐蚀性，已被列入《国家危险废物名录》。钢铁酸洗废液如不加处理直接排放，不仅造成资源浪费，还会对环境产生严重的危害。

目前钢铁酸洗废液的处理方法主要有中和法、蒸发结晶法、直接焙烧法等。然而，上述方法都存在各自的缺陷。中和法不仅需要消耗大量的碱（如石灰、氢氧化钠等），而且会产生高浓度的废盐水和大量固体废弃物，综合处理成本很高。蒸发结晶法可回收酸洗废液中的部分酸和铁离子，但对设备要求高、投资大、能耗高，运行成本高，而且回收的产品市场价值很低。直接焙烧法可将废酸转化为再生酸和氧化铁，但只适用于挥发性酸（如盐酸），且设备投资和运行费用高昂，国内仅有少数几家大型企业采用。因此，开发新的钢铁酸洗废液的高价值资源化利用技术，对节约资源和保护环境具有重要的意义。

针对以上问题，本发明提供一种利用钢铁酸洗废液合成新型净水剂的方法，不仅减少了工业废弃物排放，节约了资源，而且可实现铁离子的高价值利用，具有很好的应用前景。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够节约资源的利用钢铁酸洗废液合成新型净水剂的方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种利用钢铁酸洗废液合成新型净水剂的方法，其创新点在于：具体包括如下步骤：

1）采用物理或化学方法使酸洗废液中的氢离子浓度不高于2mol/L，总铁浓度不低于0.5g/L；

2）采用惰性电极为阳极、惰性电极或铁基电极为阴极，在电解槽中对酸洗废液进行电解处理，使酸洗废液中的铁离子以单质铁或铁的化合物的形式沉积于阴极，电沉积工作电压为0.3～20V；

3）将沉积有单质铁或铁的化合物的阴极从酸洗废液中取出并置于强碱性电解液中，使其作为阳极进行电化学氧化，电化学氧化的工作电压为0.5～30V，强碱性电解液中碱的浓度为1～16mol/L；

4）当电极上沉积的大部分铁被氧化为高铁酸根并进入强碱性溶液后，该电极重新进入酸洗废液中作为阴极进行铁离子电沉积，完成电沉积后再进入强碱性溶液进行电化学氧化，如此循环；

5）当强碱性溶液中的高铁酸根浓度达到目标值时，新型净水剂的合成即完成，根据实际使用需要，如需延长新型净水剂的可存放时间，可添加高铁酸盐稳定剂。

进一步的，所述钢铁酸洗废液，可以是不同钢铁行业酸洗工序产生的废液，包括但不限于碳钢酸洗废液、合金钢酸洗废液、不锈钢酸洗废液。

进一步的，所述钢铁酸洗废液，其酸的种类可以是不同的酸或其混合物，包括但不限于盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸以及混酸。

进一步的，所述钢铁酸洗废液，可以是酸洗工序产生的废酸洗液，也可以是废酸洗液的冲洗液、拖带液、稀释液、浓缩液或其它形式。

进一步的，铁离子的转移和转化由电化学沉积和电化学氧化两步组成。

进一步的，如果氢离子浓度或总铁浓度不在上述范围，可利用物理或化学方法进行调整，物理方法包括但不限于蒸发浓缩、膜浓缩、膜分离，化学方法包括但不限于加铁单质或铁的化合物、加碱、电化学析氢、电化学溶铁。

进一步的，在进行电化学氧化时，以沉积有铁单质或铁化合物的电极作为阳极，反应在强碱性溶液中进行。

进一步的，所述强碱性溶液包括但不限于NaOH水溶液、KOH水溶液、LiOH水溶液、Ba(OH)₂水溶液、Ca(OH)₂水溶液及其混合物。

进一步的，所述高铁酸盐稳定剂可以是高氯酸根、高碘酸根、氟硅酸根、溴酸根、磷酸根、钒酸根、高锰酸根、铌酸根、钼酸根、钨酸根中的一种或几种。

本发明的优点在于：

（1）本发明中的新型净水剂呈强碱性，有利于高铁酸盐的稳定保存。

（2）该新型净水剂具有强碱性、强氧化性、絮凝性和吸附性等多重功效，可对水的pH值、COD、BOD、氨氮、磷、重金属、悬浮物、色度等多种污染指标进行改善。

（3）本发明利用钢铁酸洗废液为原料合成具有多重功效的新型净水剂，可以减少工业废弃物排放，节约资源，并实现铁离子的高价值利用，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1：

江苏某切割钢丝酸洗车间每天产生约10吨酸洗废液，其盐酸浓度为12.8%，总铁浓度为78.7 g/L。

采用本发明中的方法对上述酸洗废液进行利用，步骤如下：

1）采用离子交换膜处理器对酸洗废液进行分离，得到回收酸（盐酸浓度10.9%）和含铁溶液（盐酸浓度1.93%，总铁浓度75.2g/L），回收酸进行浓度调节后回用至酸洗线，含铁溶液进入储液罐；

2）将4L含铁溶液泵入装有石墨阴极和石墨阳极的电解槽中，在工作电压为2.5V的条件下电解1小时，然后取出石墨阴极，此时石墨阴极上已沉积有一层单质铁；

3）将沉积单质铁的石墨电极浸入盛有30%氢氧化钠水溶液的电解槽中，以该石墨电极为阳极，另一组石墨电极为阴极，在4.0V工作电压下电解90分钟，此时石墨阳极上的铁全部转化为紫色的高铁酸盐，溶解于氢氧化钠水溶液中，得到所述的新型净水剂。

采用分光光度法对新型净水剂中的高铁酸盐含量进行测定（以FeO42-计），结果显示高铁酸盐的质量分数为1.65%。

实施例2：

江苏某钢管酸洗车间每天产生约15吨酸洗废液，其盐酸浓度为2.51%，总铁浓度191.8 g/L。

采用本发明中的方法对上述酸洗废液进行利用，步骤如下：

1）将4L酸洗废液泵入装有石墨阴极和石墨阳极的电解槽中，在工作电压为3.0V的条件下电解2小时，然后取出石墨阴极，此时石墨阴极上已沉积有一层单质铁；

2）将沉积单质铁的石墨电极浸入盛有30%氢氧化钠水溶液的电解槽中，以该石墨电极为阳极，另一组石墨电极为阴极，在4.5V工作电压下电解3小时，此时石墨阳极上的铁全部转化为紫色的高铁酸盐，溶解于氢氧化钠水溶液中，得到所述的新型净水剂。

采用分光光度法对新型净水剂中的高铁酸盐含量进行测定（以FeO42-计），结果显示高铁酸盐的质量分数为4.13%。

实施例3：

上海某钢管酸洗车间每天产生约12吨酸洗废液，其硫酸浓度为5.7%，总铁浓度139.6 g/L。

采用本发明中的方法对上述酸洗废液进行利用，步骤如下：

1）将PE罐至于无火源的通风处，将酸洗废液泵入PE罐，然后加入过量的铁屑，用耐酸泵打循环，直至酸洗废液中的硫酸浓度不高于1%；

2）将浓度调节后的酸洗废液泵入装有石墨阴极和钛基涂层阳极的电解槽中，在工作电压为2.5V的条件下电解2小时，然后取出石墨阴极，此时石墨阴极上已沉积有一层单质铁；

3）将沉积单质铁的石墨电极浸入盛有30%氢氧化钠水溶液的电解槽中，以该石墨电极为阳极，另一组石墨电极为阴极，在4.0V工作电压下电解3小时，此时石墨阳极上的铁全部转化为紫色的高铁酸盐，溶解于氢氧化钠水溶液中，得到所述的新型净水剂。

采用分光光度法对新型净水剂中的高铁酸盐含量进行测定（以FeO42-计），结果显示高铁酸盐的质量分数为2.89%。

实施例4：

江苏某醋酸纤维厂每天产生约300吨醋酸纤维冲洗废水，其pH值为4.1，色度为68，COD为253.2mg/L，悬浊物浓度为78mg/L，锌离子浓度为5.5mg/L，氨氮为14.1mg/L，总磷为3.8mg/L（以PO43-计）。

采用实施例2中制备的新型净水剂对某醋酸纤维厂冲洗废水进行处理，步骤如下：

1）将500mL醋酸纤维冲洗废水加入到烧杯中，并用磁力搅拌器进行搅拌；

2）向装有醋酸纤维冲洗废水的烧杯中滴入0.3g新型净水剂，水中迅速产生红褐色的絮状物和少量气泡，继续搅拌15分钟后，静置沉降；

3）沉降1小时后，取上清液进行水质检测。

水质检测结果表明，利用实施例2中的新型净水剂进行处理后，醋酸纤维冲洗废水的pH值为8.1，色度为13，COD为109.4mg/L，悬浊物浓度为7mg/L，锌离子浓度为0.9mg/L，氨氮为3.5mg/L，总磷为1.1mg/L。即在废水的pH值达到排放标准的同时， COD、悬浊物、色度、锌离子、氨氮和总磷的去除率分别达到56.8%、91%、80.9%、83.6%、75.2%和71.1%。

上述实施例结果表明，采用本发明中的方法，利用钢铁酸洗废液合成新型净水剂是可行的，所合成的新型净水剂具有氧化性、絮凝性、吸附性和强碱性等多重特性，可同时对废水中的COD、重金属、色度、悬浮物、氨氮、磷、酸性等水质指标进行改善，与现有的液碱、絮凝剂、氧化剂等净水药剂相比，具有明显的优势和独特之处。该方法不仅可以减少工业废弃物排放，缓解环保压力，还可以实现铁离子在环保领域的高价值利用，具有广阔的应用前景。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种利用钢铁酸洗废液合成净水剂的方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

2）采用惰性电极为阳极、惰性电极或铁基电极为阴极，在电解槽中对酸洗废液进行电解处理，使酸洗废液中的铁离子以单质铁或铁的化合物的形式沉积于阴极，电沉积工作电压为0 .3～20V；

3）将沉积有单质铁或铁的化合物的阴极从酸洗废液中取出并置于强碱性电解液中，使其作为阳极进行电化学氧化，电化学氧化的工作电压为0 .5～30V，强碱性电解液中碱的浓度为1～16mol/L；

5）当强碱性溶液中的高铁酸根浓度达到目标值时，净水剂的合成即完成。

2.根据权利要求1所述的一种利用钢铁酸洗废液合成净水剂的方法，其特征在于：所述钢铁酸洗废液是碳钢酸洗废液、合金钢酸洗废液、不锈钢酸洗废液。

3.根据权利要求1所述的一种利用钢铁酸洗废液合成净水剂的方法，其特征在于：所述钢铁酸洗废液是酸洗工序产生的废酸洗液，或废酸洗液的冲洗液、拖带液、稀释液、浓缩液。

4.根据权利要求1所述的一种利用钢铁酸洗废液合成净水剂的方法，其特征在于：铁离子的转移和转化由电化学沉积和电化学氧化两步组成。

5.根据权利要求1所述的一种利用钢铁酸洗废液合成净水剂的方法，其特征在于：在进行电化学氧化时，以沉积有铁单质或铁化合物的电极作为阳极，反应在强碱性溶液中进行。

6.根据权利要求5所述的一种利用钢铁酸洗废液合成净水剂的方法，其特征在于：所述强碱性溶液包括但不限于NaOH水溶液、KOH水溶液、LiOH水溶液、Ba (OH) 2水溶液、Ca(OH)2水溶液及其混合物。