离子交换树脂脱除混酸废液中铁离子的研究

发布时间：2020-06-18 16:27

【摘要】：钢铁在生产和使用的过程中,表面会因腐蚀而产生一层氧化皮。为提高钢铁质量、维持钢铁外观良好和延长使用寿命,需对其表面进行一定处理。常采用酸洗的方法将其去除,但会产生酸洗废酸水,这些酸洗废酸水没有经过相关的处理而直接排放,不但对环境产生相当大的危害,还会使废水中金属和酸的损失。因此,回收酸洗废酸水能够给企业带来经济利益,还能保护环境。酸洗废酸水呈酸性,此中含有较多的铁离子,若能将金属铁和酸分离,实现金属离子和酸的回收再利用,是一项具有较高工业应用价值的课题。本文针对钢铁酸洗废酸水,采用离子交换树脂法对酸洗废酸水进行铁离子的脱除并回收利用。由废酸在D001、201×7型两种树脂床层中不同时刻废酸中铁离子浓度的比较,选择了D001树脂作为本课题研究的树脂;通过静态吸附,对D001树脂吸附酸洗废酸水中铁离子的工艺条件进行研究,并对其吸附热力学和动力学进行分析;通过小试动态吸附,研究其动态吸附工艺条件;通过对树脂静态和动态脱附—再生的研究,对脱附过程的动力学和再生工艺条件进行分析,再通过用除铁后的废酸,加入新鲜酸配制成新的清洗酸对钢铁表面进行处理实验,实现废酸的回收利用。研究发现:1.静态吸附实验表明:选用D001强酸性阳离子交换树脂作为工作树脂,吸附在60min后树脂达到饱和;温度对树脂的吸附效果变化不大,室温作为工作条件;待吸附溶液中铁离子的初始含量不宜太高。2.对吸附机理的研究表明:Langmuir吸附等温方程能较好的反映D001树脂对铁离子的吸附过程;△H0说明升温有利于吸附;△G0说明反应能自发的进行;准二级动力学方程能较好的拟合该吸附过程,颗粒内扩散为主要的控速步骤,吸附的表观活化能Ea=6.045kJ/mol。3.动态吸附实验表明:小试动态吸附的高径比为20:1,流速在1.5~2BV/h之间,初始废酸稀释2倍后再进行吸附的效果较好,即酸的初始浓度大约为20mg/mL;在下一次吸附过程之前,用2BV的水量进行冲洗即可,并不需树脂完全洗至中性。4.再生实验表明:在静态实验中,选择室温进行再生,盐酸作为再生剂,浓度在10%~15%之间,用量选择在3~4BV之间,再生时间为60min左右,在室温条件下,再生脱附速率常数b为0.1012 min~(-1),表观活化能Ea=7.826kJ/mol;在动态试验中,选取3BV的质量分数为10%左右的盐酸,常温工作2小时;由此条件再生—洗脱后,树脂吸附能力及再生度稳定。5.在酸洗废酸水经处理后的再利用实验表明:收集铁离子浓度在10mg/mL以下的流出液,补充新的浓硫酸、盐酸和磷酸,配制成符合要求的清洗酸,用来清洗生锈铁片的效果较好。
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X757;TQ028.33
【图文】：

实验装置图,树脂,废酸水,树脂型

图 3-1 实验装置图Fig.3-1 The experiment device知，对酸性含铁废酸水具有良好的1 阳离子交换树脂及 201×7 强碱性表 3.3 实验用树脂Table 3.3 The experiment resins树脂型号生D001 型树脂南开大201×7 型树脂科密欧化庄某公司的钢铁酸洗废酸水，主要

曲线,穿透曲线,吸附饱和

被吸附溶液逐渐向吸附床层内部运动，溶液的浓度随时间的变化而变化。穿透曲线就是换柱出口溶液浓度变化的曲线，即在离子交换过处流出液体积与流出液中离子浓度的关系。通常初始浓度 C0的 0.05 时，即达到了穿透点，当 Ct/C0=。如图 5-1 所示。5-1 可知，树脂的穿透是从上至下进行饱和吸附的，移至下段部分饱和。图中，Ⅰ段吸附饱和，Ⅱ段未进行吸附，随着吸附的进行，饱和段Ⅰ也随之层全为饱和段Ⅰ，即树脂完全吸附饱和。在 C 时附的Ⅲ段，流出液 c 点开始有浓度的增加，随着吸渐增加，在 E 中，树脂已完全吸附饱和，c 点的浓此点称为贯穿点，e 点为饱和点。

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