CN110194557A - 一种处理酸性废水溶液中氟氯离子的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种处理酸性废水溶液中氟氯离子的方法。方法包括：蒸发浓缩：将含氟氯离子的酸性废水溶液导入液下燃烧蒸发器，利用燃烧热烟气将酸性废水溶液蒸发浓缩，氟氯离子以气体HF、HCl的形式带出。酸碱中和：将步骤（1）中蒸出的HF、HCl等气体导入酸碱中和塔，塔顶部向下喷淋碱性溶液与上升的HF、HCl气体逆流接触进行中和，将其转化为氟化盐、氯化盐溶液。将酸碱中和塔得到的氟化盐、氯化盐溶液导入氟氯分离塔利用二者溶解度的不同进行重结晶分离，得到固体氟化物和氯化物。该方法流程简单，便于操作，且处理成本低，解决了目前冶金行业存在的酸性废水中氟氯离子难处理、多效蒸发能耗高等亟待解决的问题。

Description

一种处理酸性废水溶液中氟氯离子的方法
技术领域
本发明涉及三废处理技术领域，特别地，涉及一种处理酸性废水溶液中氟氯离子的方法。
背景技术
随着现代技术经济发展以及人类社会的进步，工业发展正如火如荼，随之也带来工业废水、废酸排放治理的问题。有色冶金工业是产生废水、废酸的重要来源，由于有色金属种类繁多，生产金属的矿石原料的质地、来源等千差万别，冶金技术各有不同，废水、废酸中含有大量的悬浮物、重金属离子、氟氯离子等污染物，故对有色冶金废水、废酸的处理及资源化对环境、人体及社会有着重大的意义。
有色冶金生产过程中产生的污酸(含酸废水)中重金属种类较多，尤以铜、砷、镉、铅等不仅毒性很大且含量较高，必须完全去除，以免对动植物、人体及环境造成重大伤害。而氟氯离子也是酸性废水溶液中需要严格把控的元素，氟摄入过多，会引起氟中毒，如形成氟斑牙和氟骨症等疾病，过量氟化物会引起四肢关节疼痛，造成运动障碍，严重者四肢畸形或瘫痪，因此，严格控制水体中的氟含量至关重要，达到氟含量标准才可排放至环境。有色冶金污酸中氯离子含量＞600mg/L，如果不进行有效去除，则会对人体健康、土壤、生态环境造成严重而持久的危害。然而，由于目前含氯废水处理技术尚不成熟，因此各企业的废水无法达标排放，迫使这些企业停产或转产。同时，过高的氯离子浓度会导致工艺和处理设备严重腐蚀，需寻找合理的方法进行有效去除。
目前，有色冶金行业产生的污酸中含有的重金属离子，大部分可以用硫化物进行100％沉淀分离，而其中含有的非金属离子(如氟氯离子等)则缺乏有效措施进行分离，目前采取的分离工艺为多效蒸发分离脱除氟氯，但是该方法流程、设备复杂，投资大，能耗极高，不适合大规模处理。
所以，对污酸中氟氯离子的处理技术是有色冶金行业亟待解决的问题，有色冶金的污酸量大且成分复杂，若合理处理并实现污酸的资源化回用，实现无害排放的同时若能回用于工业生产，则对环境及冶金工业都具有重要意义。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种处理酸性废水溶液中氟氯离子的方法，创造性地将液下燃烧技术用于溶液蒸发浓缩，再利用溶解度的不同进行沉淀分离，解决了废水、废酸中氟氯等非金属杂离子难处理、能耗高的技术难题。
一种处理酸性废水溶液中氟氯离子的方法，所述方法使用的设备包括液下燃烧蒸发器、酸碱中和塔和氟氯分离塔，包括以下步骤：
1)蒸发浓缩：将含氟氯离子的酸性废水溶液泵入液下燃烧蒸发器，利用可燃气体和氧化剂燃烧产生的热量与酸性废水溶液直接进行接触，废水蒸发溶液得到浓缩，废水中含有的氟、氯离子以HF、HCl气体的形式带出。
2)酸碱中和：将步骤(1)中蒸出的HF、HCl、H2O、O2、N2、CO2等气体导自压进入酸碱中和塔，塔顶部向下喷淋碱性溶液，与上升的HF、HCl气体逆流接触进行中和反应，将其转化为含氟、氯离子溶液，O2、N2、CO2排出塔外。
3)氟氯分离：将酸碱中和塔得到的含氟、氯离子的溶液泵入氟氯分离塔，利用二者的溶解度不同进行重结晶分离，得到固体氟化盐和氯化盐。
进一步地，所述酸性废水溶液为硫酸、硝酸等无机酸或甲酸、乙酸等有机酸的一种或几种混合溶液。
进一步地，所述液下燃烧蒸发器包括但不限于常用的工业燃气或燃油燃烧器、燃烧机、民用燃烧器、特种燃烧器，所述液下燃烧蒸发器的作用是将可燃气体和氧化剂燃烧产生的高温烟气与酸性废水溶液直接接触，将酸性废水溶液蒸发得到浓缩液和含氟、氯的酸性气体。
进一步地，步骤1)中的酸性水溶液中氟离子浓度范围为50～5000mg/L，氯离子浓度范围为300～10000mg/L。
进一步地，所述可燃气体的主要组份为甲烷、乙烷、二甲醚、丙烷、丁烷、氢气或其他可燃气体中的一种或多种混合。
进一步地，所述氧化剂为氧气、空气或二者混合。
进一步地，所述碱性溶液为Na2CO3、NaOH、Ca(OH)2中的一种或多种混合。进一步地优选，所述碱性溶液的质量浓度为5％～85％。
进一步地，所述氟化盐为氟化钠或氟化钙，所述氯化盐为氯化钠或氯化钙。
进一步地，步骤1)中浓缩后的酸性废水溶液中氟离子含量＜50mg/L，氯离子含量＜300mg/L，符合资源化回收标准。
本发明的优点在于：
(1)本发明创造性地将液下燃烧技术用于溶液蒸发浓缩，再利用溶解度的不同进行沉淀分离，解决了废水、废酸中氟氯等非金属杂离子难处理、能耗高的技术难题。
(2)本发明中浓缩后的酸性废水溶液中氟离子含量＜50mg/L，氯离子含量＜300mg/L，符合资源化回收标准。
(3)本发明利用氟氯分离塔中设置蒸汽盘管将含氟氯离子的溶液进行浓缩结晶。利用氟化钠和氯化钠的溶解度不同进行重结晶分离后过滤，最终能分别得到固体氟化钠和氯化钠。
附图说明
图1是本发明的工艺方法的流程说明示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例选用的酸性废水溶液指标如下：氟离子浓度为80mg/L，氯离子浓度为700mg/L。对该酸性废水溶液进行以下步骤的处理：
(1)取100L酸性废水溶液，用柱塞计量泵以10L/min的流量从中部导入到液下燃烧蒸发器中。溶液导入完毕后，将甲烷和空气以体积配比1：12的比例混合后以流速100L/min引入液下燃烧蒸发器，开启点火器进行点火燃烧。燃烧产生的热量与酸性废水溶液直接接触将其蒸发浓缩，氟、氯离子则以HF、HCl气体的形式与燃烧后产生的H2O、O2、N2、CO2从蒸发器的上部引出至酸碱中和塔。浓缩后的酸性溶液从燃烧器底部引出至回收装置。
经测试，浓缩后的酸性溶液中氟离子含量为30mg/L，氯离子含量为210mg/L，符合资源化回收的标准。
(2)液下燃烧蒸发器中引出的含HF、HCl、H2O、O2、N2、CO2等气体从酸碱中和塔的底部侧面导入，中和塔塔顶部向下喷淋浓度为30％的氢氧化钠溶液与上升的气体逆流接触与其中的HF、HCl进行反应中和，将其转化为NaF、NaCl溶液后从塔底通过泵打入氟氯分离塔，O2、N2、CO2从酸碱中和塔上部排出至大气。
(3)碱中和塔底部得到的含氟氯离子的溶液通过泵从中部打入氟氯分离塔，氟氯分离塔中设置蒸汽盘管通入流量为20kg/h的低压饱和蒸汽做为热源将含氟氯离子的溶液进行浓缩结晶。利用氟化钠和氯化钠的溶解度不同进行重结晶分离后再进行过滤，最终得到固体氟化钠9.7g和固体氯化钠76.5g。
实施例2
本实施例选用的废水，氟离子浓度为800mg/L，氯离子浓度为7000mg/L。进行以下步骤的处理：
(1)取100L上述酸性废水溶液用泵以10L/min的速度从中部导入到液下燃烧蒸发器中。将二甲醚和纯氧以体积配比1：6，流量为100L/min引入液下燃烧蒸发器，开启点火器进行点火燃烧。燃烧产生的热量与酸性废水溶液直接接触将其蒸发浓缩，氟、氯离子则以HF、HCl气体的形式与燃烧后产生的H2O、O2、N2、CO2从蒸发器的上部引出至酸碱中和塔。浓缩后的酸性溶液从燃烧器底部引出至回收装置。经测试，浓缩后的酸性溶液中氟离子含量为44mg/L，氯离子含量为253mg/L，符合资源化回收的标准。
(2)液下燃烧蒸发器中引出的含HF、HCl、H2O、O2、N2、CO2等气体从酸碱中和塔的底部侧面导入，中和塔塔顶部向下喷淋浓度为30％的氢氧化钠溶液与上升的气体逆流接触与其中的HF、HCl进行反应中和，将其转化为NaF、NaCl溶液后从塔底通过泵打入氟氯分离塔，O2、N2、CO2从酸碱中和塔上部排出至大气。
(3)碱中和塔底部得到的含氟氯离子的溶液通过泵从中部打入氟氯分离塔，氟氯分离塔中设置蒸汽盘管通入流量为40kg/h的低压饱和蒸汽做为热源将含氟氯离子的溶液进行浓缩结晶。利用氟化钠和氯化钠的溶解度不同进行重结晶分离后再进行过滤，最终得到固体氟化钠161.8g和固体氯化钠1104.7g。
实施例3
本实施例选用的废水，氟离子浓度为4800mg/L，氯离子浓度为10000mg/L。进行以下步骤的处理：
(1)取上述酸性废水溶液100L用泵以10L/min的速度从中部导入到液下燃烧蒸发器中。将丁烷和空气以体积配比1：4，流量为100L/min引入液下燃烧蒸发器，开启点火器进行点火燃烧。燃烧产生的热量与酸性废水溶液直接接触将其蒸发浓缩，氟、氯离子则以HF、HCl气体的形式与燃烧后产生的H2O、O2、N2、CO2从蒸发器的上部引出至酸碱中和塔。浓缩后的酸性溶液从燃烧器底部引出至回收装置。经测试，浓缩后的酸性溶液中氟离子含量为49mg/L，氯离子含量为291mg/L，符合资源化回收的标准。
(2)液下燃烧蒸发器中引出的含HF、HCl、H2O、O2、N2、CO2等气体从酸碱中和塔的底部侧面导入，中和塔塔顶部向下喷淋浓度为30％的氢氧化钠溶液与上升的气体逆流接触与其中的HF、HCl进行反应中和，将其转化为NaF、NaCl溶液后从塔底通过泵打入氟氯分离塔，O2、N2、CO2从酸碱中和塔上部排出至大气。
(3)碱中和塔底部得到的含氟氯离子的溶液通过泵从中部打入氟氯分离塔，氟氯分离塔中设置蒸汽盘管通入流量为60kg/h的低压饱和蒸汽做为热源将含氟氯离子的溶液进行浓缩结晶。利用氟化钠和氯化钠的溶解度不同进行重结晶分离后在进行过滤，最终得到固体氟化钠1045.3g和固体氯化钠1590.2g。
实施例1-3的处理酸性废水溶液中氟离子含量＜50mg/L，氯离子含量＜300mg/L，符合资源化回收标准，如表1所示。
表1不同离子浓度废水处理前与处理后F、Cl离子浓度对照表
实施例1-3表明，本发明的处理酸性废水溶液中氟离子的方法解决了现有技术中的含有的非金属离子酸性废水溶液(如氟氯离子等)缺乏有效措施进行分离的问题，解决了有色冶金行业亟待解决的问题，实现无害排放的同时回用于工业生产，对环境友好。
现有技术的难点在于有色冶金的污酸量大且成分复杂，很难合理处理并实现污酸的资源化回用，实施例1-3的处理方法创造性地将液下燃烧技术用于溶液蒸发浓缩，再利用溶解度的不同进行沉淀分离，解决了废水、废酸中氟氯等非金属杂离子难处理、能耗高的技术难题，而且，对实施例1-3处理后的酸性废水水溶液检测，浓缩后的酸性废水溶液中氟离子含量＜50mg/L，氯离子含量＜300mg/L，符合资源化回收标准。此外，本发明利用氟氯分离塔中设置蒸汽盘管将含氟氯离子的溶液进行浓缩结晶，利用氟化钠和氯化钠的溶解度不同进行重结晶分离后过滤，最终能分别得到固体氟化钠和氯化钠。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种处理酸性废水溶液中氟氯离子的方法，其特征在于，所述方法使用的设备包括液下燃烧蒸发器、酸碱中和塔和氟氯分离塔，
包括以下步骤：
蒸发浓缩：将含氟氯离子的酸性废水溶液泵入液下燃烧蒸发器，利用可燃气体和氧化剂燃烧产生的热量与酸性废水溶液直接进行接触，废水蒸发溶液得到浓缩，废水中含有的氟、氯离子以HF、HCl、H2O、O2、N2、CO2等气体的形式带出；
酸碱中和：将步骤（1）中蒸出的HF、HCl、H2O、O2、N2、CO2等气体导自压进入酸碱中和塔，塔顶部向下喷淋碱性溶液，与上升的HF、HCl气体逆流接触进行中和反应，将其转化为含氟、氯离子溶液，O2、N2、CO2排出塔外；
氟氯分离：将酸碱中和塔得到的含氟、氯离子的溶液泵入氟氯分离塔，利用二者的溶解度不同进行重结晶分离，得到固体氟化盐和氯化盐。
2.根据权利要求1所述的一种处理酸性废水溶液中氟氯离子的方法，其特征在于，所述酸性废水溶液为硫酸、硝酸等无机酸或甲酸、乙酸等有机酸的一种或几种混合溶液。
3.根据权利要求1所述的一种处理酸性废水溶液中氟氯离子的方法，其特征在于，所述液下燃烧蒸发器包括但不限于常用的工业燃气或燃油燃烧器、燃烧机、民用燃烧器、特种燃烧器，将可燃气体和氧化剂燃烧产生的高温烟气与酸性废水溶液直接接触，将酸性废水溶液蒸发得到浓缩液和含氟、氯的酸性气体。
4.根据权利要求2所述的一种处理酸性废水溶液中氟氯离子的方法，其特征在于，步骤1）中的酸性废水溶液中氟离子浓度范围为50~5000mg/L，氯离子浓度范围为300~10000mg/L。
5.根据权利要求3所述的一种处理酸性废水溶液中氟氯离子的方法，其特征在于，所述可燃气体为甲烷、乙烷、二甲醚、丙烷、丁烷、氢气中的一种或多种混合。
6.根据权利要求3所述的一种处理酸性废水溶液中氟氯离子的方法，其特征在于，所述氧化剂为纯氧、空气或二者混合。
7.根据权利要求6所述的一种处理酸性废水溶液中氟氯离子的方法，其特征在于，所述碱性溶液为Na2CO3、NaOH、Ca(OH)2中的一种或多种。
8.据权利要求1所述的一种处理酸性废水溶液中氟氯离子的方法，其特征在于，所述氟化盐为氟化钠或氟化钙，所述氯化盐为氯化钠或氯化钙。
9.权利要求1所述的一种处理酸性废水溶液中氟氯离子的方法，其特征在于，步骤1）中蒸发浓缩后的酸性废水溶液中氟离子含量＜50 mg/L，氯离子含量＜300 mg/L。
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