电镀酸洗液资源化的中试研究

张 滨， 韩文爱， 王占文， 田克情

(1.河北化工医药职业技术学院 化学工程系，河北 石家庄 050026；2.石家庄职业技术学院 化学工程系，河北 石家庄 050081)



电镀酸洗液资源化的中试研究

张 滨1， 韩文爱2， 王占文1， 田克情1

(1.河北化工医药职业技术学院 化学工程系，河北 石家庄 050026；2.石家庄职业技术学院 化学工程系，河北 石家庄 050081)

利用电镀酸洗液氧化制备聚合氯化铁溶液的方法为：工业废酸确定含量后，配置成反应液，进入反应体系；氧气催化氧化，检测二价铁合格后，进入浓缩体系，减压浓缩；比重合格后，调节酸度，保温聚合.

聚合氯化铁; 催化氧化; 减压浓缩

在钢铁制品生产中，由于钢材表面采用盐酸连续酸洗除锈，因而产生了大量含氯化亚铁和低浓度盐酸的酸洗废液.目前，国内外所采用的酸洗废液处理方法主要有焙烧—吸收法、溶剂萃取法和氯气氧化法.这些处理手段存在设备投资大、处理成本高、生产工艺较复杂等问题.有些厂家为经济利益在处理酸洗废液时经常采用私排乱放的方法，使得环境违法案件时有发生.因此，对酸洗废液的处理成了电镀行业的难题[1].

为综合利用酸洗废液，解决危险废物处理的难题，实现废物的资源化，我们在实验室试验的基础上，对电镀废酸的综合利用进行了中试研究[2-3].

1 中试项目概要

针对深州市宏利五金制造有限公司每月生产镀锌丝10 000余吨，排放3 500 t电镀废酸的情况，欲建成企业危险废弃物处置中心，处理该厂所有的电镀废酸，以生产氯化铁溶液、氯化铁结晶、氯化亚铁结晶、聚合氯化铁等产品，初步确定以聚合氯化铁为主要产品.

根据实验室试验情况进行生产装置扩大，综合设计工业化生产的装备、设施、条件，确定了生产条件、设备参数、原材料消耗参数，目的是减少规模生产带来的风险，验证工业设计思路，培训相关人员.

2 中试生产及工业化方案

经过前期的准备和对现场的考察发现，企业场地已经基本落实，水、电也具备，但尚没有供热设施，因此，采用电热水器供热.即在水箱内安装电加热管，配热水循环泵，再建一台热水炉配合热水循环泵.

工艺要求使用90 ℃左右的循环热水，主要用于多效蒸发工段.

中试设备及投资见表1.

总计投资费用约为28.4万元.此费用不包含试车费用(蒸汽、循环水、电)，分析检测仪器、药品等的费用.

3 工业装置的搭建及试生产

在工业中试的基础上，进行工程设计，安装，基本流程如下：

工业废酸确定含量后，配置成反应液，进入反应体系；氧气催化氧化，检测二价铁合格后，进入浓缩体系，减压浓缩；比重合格后，进入产品储罐.流程图见图1.

表1 中试设备清单及投资估算

图1 中试装置流程图

以生产1 t、质量分数为40%的液态FeCl3计，原料消耗定额为：废盐酸液(含FeCl2245～250 g/L，HCL 42～45 g/L)1670 kg；工业盐酸60 kg；纯氧(标准状态)25 m3；催化剂(工业品，95%)3～4 kg.

根据宏利公司提供的废酸，初步测定废酸中二价铁含量为1.86 mol/L，氢离子含量为1.16 mol/L，三价铁含量为0.136 mol/L.按所设计工艺，需另加30%的盐酸60 L/t方可得到产品.

整体装置投产设备及安装费用控制在50万元以内，处理废酸能力预期设计为6000 t/年，产三氯化铁3000 t /年.根据市场情况也可生产水合二氯化铁晶体、水合三氯化铁晶体、聚合氯化铁等相关产品.

按照企业3000 t废酸处理费用贴现60万元，产品1500 t售价60万元，收入合计为120万元；处理成本按200元/t，成本支出60万元计算，宏利公司废酸处理的投资仅一年即可收回.

4 有关问题探讨

4.1 反应温度的控制

试验结果表明，反应温度是影响反应速度的重要因素，在55～65 ℃时此反应速度最快.因此，本反应控制反应温度为60 ℃左右.

4.2 反应体系压力的控制

提高系统压力，增大气液接触浓度，有利于提高反应速度，但反应压力提高，不利于设备的密封，同时，也会加快催化剂的泄露.因此采取微正压操作，控制反应系统压力在1000 Pa左右.

4.3 反应液中FeCl2与HCl摩尔比的控制

此反应有酸参与，废酸液中FeCl2与游离盐酸的比值直接影响FeCl3产品的质量.酸度高，反应速度快，产品中游离酸含量高，后处理麻烦；酸度低，Fe2+转化速度慢，反应时间延长；在过低酸度时，易生成不溶性沉淀物，使产品含量降低.因此，生产氯化铁时，将FeCl2与盐酸比值控制在1∶1 (摩尔比)左右为宜.生产聚合氯化铁时，要适当调低酸度，同时添加稳定剂.

4.4 蒸发浓缩的时间与浓缩的程度

将密度为1.221～1.257 kg/L含FeCl3小于30%的溶液浓缩到密度为1.38～1.40 kg/L含FeCl338%～40%，即可得到符合合格标准的FeCl3溶液或聚合氯化铁溶液.试验表明，初始浓度越高，蒸发时间越短.

5 结语

此工艺产品质量高、流程短、投资小、不产生二次污染，只要配料准确，其产品可不含游离酸，检测不出Fe2+，质量达到国家标准；生产装置投资、生产成本较老工艺有较大幅度下降[2].废酸越浓，此工艺浓缩费用越低，效益越显著.利用此工艺，能实现电镀酸洗液的资源化，有利于保护环境[3].

[1] 高素霞,董文魁,陈永志,等.稳定化聚合氯化铁的合成、检测及技术指标 [J].甘肃环境研究与监测，2002(4):292-293.

[2] 舒华.钢铁酸洗废液的回收利用研究 [J].化学工程师，2003(4)：61-64.

[3] 李凤亭，刘遂庆.无机高分子混凝剂聚合氯化铁的合成方法 [J].工业水处理，1999，19(6)：26-27.

责任编辑：金 欣

A pilot study of the resourcing at electroplating acid pickling

ZHANG Bin1, HAN Wen-ai2, WANG Zhan-Wen1, TIAN Ke-qing1

(1.Department of Chemistry,Hebei Vocational College of Chemical Pharmacy,Shijiazhuang,Hebei 050026,China; 2.Department of Chemistry,Shijiazhuang Vocational Technology Institute,Shijiazhuang,Hebei 050081,China)

This paper discusses the method of making polymeric ferric chloride solution by electroplating acid pickling and oxygen,i.e.,after the content of industrial waste acid is determined,reaction liquid is configured and put into the reaction system.With the catalytic oxidation by oxygen,and qualification of two valent irons,it is put into the concentrated system for the vacuumed concentration.

polyferric chloride; catalytic oxidation; vacuum concentration

2015-01-09

河北化工医药职业技术学院2014年度院级课题“钢铁酸洗废液的资源化利用”(yz201413)

张 滨(1984-)，男，河北石家庄人，河北化工医药职业技术学院讲师，硕士，从事科研和专业教学工作.

1009-4873(2015)02-0049-03

X781.1

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