钢铁酸洗废液资源化技术研究

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摘要：研究了钢铁酸洗废液的组成及危害，归纳总结当前钢铁酸洗废液各种不同处理技术特点及应用，结合当前钢铁酸洗废液资源化处理技术现状，对未来钢铁酸洗废液资源化技术进行了展望。

关键词：钢铁酸洗废液；资源化；进展

1废酸回用技术

当前，直接处理钢铁酸洗废液，分别回收酸和有用金属是研究的重要方向，尤其采用合理方法对废液中的盐酸进行回收并重复利用，减少对环境危害的同时能够有效的降低成本，带来显著的经济效益。赵俊学[4]等采用微波加热法对废液中的盐酸回收进行了研究，向酸洗废液中加入一定量H2SO4，微波加热蒸发一定时间后，因H2SO4沸点较高，盐酸（HCl）沸点低，盐酸率先转化为气相，经过冷凝，即可得到再生盐酸，废液体积减少超过60%，得到再生盐酸质量分数为ωHCl>30%，可重复使用；另一方面，H2SO4与废液中存在的铁、铬、镍等金属盐发生复分解反应，将金属离子最终以硫酸盐形式析出，进一步处理可得到磷肥和氧化铁红，经济效益和环境效益显著。卢旭晓[5]采用纳滤膜过滤技术实现废液中的金属盐和盐酸分离，该技术是由压力驱动的新型膜分离过程，无需添加化学试剂进行预处理，盐酸回收率达70%以上，该技术能耗低、工艺流程短、操作简单，但在常温下操作，回收盐酸的浓度偏低。周柏青[6]采用离子交换膜进行处理和分离钢铁酸洗废液,大大降低了废液中Fe2+离子的含量，同时使盐酸回收率达到了90%以上，该技术优点在于，操作压力低、离子交换膜对热、酸及碱耐的受性较好，同时将透析和浓缩过程结为一体，降低了处理时间，提高了效率，但滤膜的使用寿命较短，导致处理成本偏高。李秋菊[7]等采用两步法处理酸洗废液，首先向钢铁酸洗废液中添加少量晶种，使废液中的金属离子在晶种的诱导作用下，以金属氟化物的形式进行结晶、沉淀，从而回收废液中的金属离子，使废酸液中的金属杂质含量显著降低；其次采用机械方法分离金属沉淀，并向净化分离的后的酸洗废液中添加新酸，使其能够在钢铁酸洗过程中循环利用。

2制备絮凝剂技术

通常钢铁酸洗废液中盐酸和Fe2+含量较高，经过一系列的化学反应可制备出诸如FeCl3、聚硅酸氯化铁、聚合氯化铁、聚合氯化铝铁等一系列絮凝剂，并将其应用到工业废水处理过程中，能显著降低污染物指数。随着研究的深入，该技术已日趋成熟，在工业生产中已经开始逐渐应用。徐斌[8]等以酸洗废液和Si为基础原料，在25℃、nFe∶nSi=25、nNaOH∶nFe=0.5条件下，分别进行氧化、水解、聚合处理，制备出了性能良好的复合聚硅酸氯化铁（PSFC）絮凝剂，对高岭土模拟废水进行处理，浊度去除率超过95%。肖娟宜[9]等将废液和盐酸按nFeCl2∶nHCl=1∶1混合得到基本原料，预热至60℃，投加0.30%（酸洗废液质量分数）亚硝酸钠作为催化剂，并通入O2，使废液中的Fe2+全氧化为Fe3+，制得性能良好的FeCl3无机絮凝剂，其工艺过程简单，成本低，推广价值高。王博[10]等采用30%H2O2作为氧化剂，使废液中Fe2+全部转化为Fe3+，加入铝酸钙粉和稳定剂，熟化12h后制得到性能良好的聚合氯化铁铝（PFAC），并对模拟生活污水进行处理，对水色度、总磷、浊度及CODCr的去除率均较高，同时PFAC具有沉降速度快、毒性小、效能高、价格低的优点。鲁秀国[11]采用直接氧化法处理酸洗废液，在NaClO3∶Fe2+摩尔比为0.1776、氧化反应时间48min、熟化时间12h、稳定剂KH2PO4投加量0.1%时，制备得到总铁含量约为15.4%、盐基度为（9%~12%）的无机高分子絮凝剂聚合氯化铁（PFC），并将其应用于处理城市生活污水处理，该絮凝剂对城市生活污水的色度（SS）和CODCr具有较高的去除率。

3制备磁粉（Fe3O4）技术

Fe3O4属于氧化铁的一种，是磁铁矿的主要组成成分，具有立方晶系结构，因而表现出很强的磁性能，在诸如磁吸波材料、磁记录材料、医学、工业催化、磁流体等领域具有广阔的应用前景。钢铁洗废液中含有大量的铁离子，可通过一定的化学、物理方法使之转化为高品质磁粉，带来显著地经济效益。传统主要采用共沉淀法制备Fe3O4磁粉，由于废液中的铁含量较低，难以满足制备要求，往往需要向酸洗废液中补充大量的Fe3+，使得生产成本明显增加，而过高铁离子含量会引发一系列水解反应，使产品纯度降低，可通过加水稀释进行缓解，但往往会造成水资源的大量消耗，废水量显著增加。基于经济效益和当前严格的环保要求，采用传统共沉淀法资源化处理酸洗废液局限性愈加明显。金秀红[12]等以电石渣作为中和剂与沉淀剂，采用微波促进一锅法处理钢铁酸洗废液，在微波辐射功率为255W条件下制备出了纳米级别的Fe3O4，晶粒尺寸35nm，铁含量为58%，将其用作吸附剂，对水中甲基橙吸附性能进行了研究，其去除率可达96.3%，吸附时间100min，经济效益显著。董晴晴[13]等采用采用空气氧化技术制备出了微纳米Fe3O4，具体方法为：加水稀释调节废液总铁浓度为1mol•L-1，采用NaOH进行碱化处理，以氨-氯化铵缓冲溶液调节体系的pH≈7，以30ml•min-1流速的空气作为氧化剂，至Fe3+与Fe2+比例为1.99时氧化结束，于82℃下揽拌30min后抽滤，洗涂，干燥，研磨即可得到100nm左右的Fe3O4磁粉，其颗粒感及分散性良好，结晶度高，流动性好，可作为高性能打印机墨粉的基本原料。

4制备氧化铁红（Fe2O3）技术

氧化铁红（Fe2O3）又称为铁氧红、铁丹，因其自身具有高的表面积、高稳定性、超顺磁性、耐酸碱和高温等一系列等优点，广泛应用于的塑料、涂料、催化剂、生物工程等领域，尤其作为高附加值的彩色无机颜料，已经引起了人们的广泛关注。当前，化学法是制备氧化铁红最为主要的一种方法，少部分通过天然矿物与化学中间体加工混合制备而成，但其产量较小，且成本偏高，较难推广。钢铁酸洗废液中因其较高铁离子含量，因此，可综合应用一系列化学、物理方法制备出高附加值的氧化铁红，实现对资源的充分利用。刘克文[14]等采用两步氧化法，在83℃、pH≈9、亚铁盐浓度70%条件下，将铁屑和晶种置于酸洗废液中，通入空气使Fe2+被空气氧化，生成Fe2O3并沉积于晶种之上，同时产生的盐酸与铁屑反应不断补充Fe2+，继续氧化，进而制备出晶种比率为33%的红棕色氧化铁红，大大节省了企业治理费用，同时带来了可观的收益。刘娟[15]等以钢铁酸洗废液和NaOH为基础原料，在温度30℃，碱比为0.5，空气流量1.5L•min-1，反应时间2h条件下制备出到氧化铁黄，二次调整参数后得到铁黄粉末，并于800℃煅烧2h得到纯度97.3%氧化铁红，其各项参数符合国家颜料标准，且工艺简单、易操作，具有重要的现实指导意义。杜荣娟[16]等在温度为80℃、时间3h条件下先对酸洗废液进行预处理，后投加1.5倍铁粉、60mg•LPAM-1，维持温度为65℃，并以饱和NH4HCO3为沉淀剂进行沉淀反应，于800℃下锻烧可制得的纯度为99.3%、粒径约0.2μm的高纯氧化铁红，品质高于HG/T2574-94《工业氧化铁》优等品标准。

5结语

随着资源短缺的加剧和日益严峻的生态环境问题，如何充分利用二次资源中的有用部分制备出具有良好环境效益和经济效益再生产品，必将成为未来废弃物处理的一种趋势。以钢铁酸洗废液为基础原料，充分利用其中的有用组分，进行产业化研究和技术推广，能有效推动钢铁行业中二次资源的综合利用，不仅解决了钢铁酸洗废液难处理及处理成本高的难题，同时还能带来显著经济效益，具有广阔的应用前景。

作者：李斌 单位：陕西国防工业职业技术学院