浅谈钢铁酸洗废水的资源化处理技术

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　　摘要：钢铁生产过程中，酸洗是必不可少的重要环节。钢铁酸洗废水呈酸性，且含有铁、铬等污染物质，若直接将钢铁酸洗废水排放处理，不仅会严重污染生态环境，且会造成极大的资源浪费。因此，加强钢铁酸洗废水资源化处理技术的探究，具有重要的现实意义。
　　关键词：钢铁；酸洗废水；资源化处理技术；废水排放；生态环境；节能环保 文献标识码：A
　　中图分类号：X757 文章编号：1009-2374（2015）03-0089-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0236
　　随着当代人资源利用意识、环境保护意识的提高，社会各界对钢铁酸洗废水资源化处理给予了高度关注与认可。钢铁酸洗废水腐蚀性强，且含有大量可回收铁、酸资源，对钢铁酸洗废水进行资源化处理，不仅技术上可行，而且社会效益显著。
　　1 钢铁酸洗废水的组成与危害
　　为了提高钢铁表面质量，必须进行酸洗工序。在实际工业生产中，硝酸、氢氟酸、盐酸、硫酸等是较为常用的酸。在硫酸酸洗废液中，硫酸约占5%～10%，硫酸铁约占17%～23%，水约占73%。在盐酸酸洗废液中，氯化亚铁约占10%～14%，氯化氢约占3%～4%。在硝酸-氢氟酸酸洗废液中，硝酸约占7%～15%，HF约占3%～6%，铁离子约为20～40mol/L，并含有部分镍、铬等成分。
　　含酸废水会严重危害钢筋混凝土、下水管道等设备，严重抑制废水中的生物繁殖。若将含酸废水直接排放到环境中去，会导致庄稼枯死、鱼类死亡，严重危害生物作物生长。若含酸废水深入土壤中去，会严重损害土层松散状态，导致土质钙化。人畜长时间饮用高酸度水，会导致灼烧或肠胃炎。与此同时，酸洗过程中产生的酸雾，还会使设备、厂房受到腐蚀，使操作工人身体受到危害。酸雾大量挥发，还会进一步提高酸洗成本。钢铁酸洗废水严重威胁人类与环境安全，在生态环境日益恶化的今天，加强钢铁酸洗废水资源化处理技术探究迫在眉睫。
　　2 钢铁酸洗废水资源化处理技术
　　2.1 钢铁酸洗废水中酸的资源化处理技术
　　2.1.1 蒸馏技术。鉴于氢氟酸、硝酸、盐酸等具有易于挥发、气压高等特点，可以将硫酸与酸洗废水进行融合、浓缩，当浓度超过60%时直接在真空状态下进行80℃高温蒸馏，进而有效分离酸与其他物质。相关研究证实，在酸洗废液中加入10%体积硫酸，进行25分钟蒸发后，氢氟酸蒸发率为87.9%，硝酸蒸发率为57.8%，当酸洗废液体积降到原来体积的36.4%时，便可实现废液排放量的降低。蒸馏技术能有效回收酸资源，但其运行风险高且设备投资大，
　　2.1.2 焙烧技术。在氧气、水分充足且高温条件下，氯化亚铁具有定量水解的特性，基于这一点，可以通过焙烧技术直接在焙烧炉中将氯化亚铁转化为三氧化二铁与盐酸，这可以说是最彻底、最直接的酸回收技术。喷雾焙烧与流化床焙烧是现阶段应用最成熟的工艺方式，该工艺将脱水环节、加热环节、氧化环节、水解环节、氯化氢收集环节等有机组合在一起，达到了提高资源回收效率的目的。流化床焙烧速度快、污染小且颗粒可控，但是，其对于制作材料、焙烧炉结构的要求比较苛刻。喷雾焙烧能耗少、温度低，且氧化铁活性好，但是需要占用较大空间且需要专门的打包与风送装置。从整体上来说，焙烧技术自动化程度高、原理简单，对于管理、设备等各方面的要求较高，比较适合大型企业应用。
　　2.1.3 膜处理技术。（1）扩散渗析技术。在工业生产中，扩散渗析是最节能、有效的方法，其利用两种酸性溶液之间溶解度的不同，用阴离子交换膜将两种酸性溶液隔开，其中酸根离子可顺利穿透膜，而金属离子则被滞留，在这一过程中实现了钢铁酸洗废液中各种酸的回收。在实际应用过程中，为了有效预防膜污染，必须保障钢铁酸洗废液中的固体质量分数小于2～3ug/g，与此同时，应用双层过滤系统来预防膜堵塞；（2）双极膜电渗析技术。这种膜处理技术比较适用于经过碱中和后的钢铁酸洗废液，该技术能有效分流金属盐与酸根离子，特别适用于硝酸/氢氟酸再生。在双极膜电渗析技术的支持下，将金属盐离子进行沉淀处理，酸根离子流入酸洗池中，脱盐基与脱酸之后的水能充当漂洗水。这种膜处理技术是一种新型处理方式，其在成功回收酸资源的同时降低了水资源使用量，但是这种方法运行成本比较高，且双极膜容易被污染。
　　2.2 钢铁酸洗废水金属的资源化处理技术
　　2.2.1 萃取技术。萃取技术也是较为常用的金属资源回收方式，在实际工业生产中，通过液-液萃取方式，提取钢铁酸洗液中的重金属离子，充分利用“不同溶液中金属离子溶解度不同”这一原理，有效实现金属离子的分离。相关研究资料证实，在工业化工中应用萃取技术，硝酸回收率高达95%，铁离子回收率高达95%，氢氟酸回收率高达70%。国外研究人员实验证实，在钢铁酸洗废水中加入硫酸或盐酸，使得金属离子转化成金属配合物，然后通过TBP烷烃萃取氢氟酸与硝酸，经水洗后氢氟酸与硝酸可再次投入使用。
　　2.2.2 离子交换树脂技术。离子交换树脂技术是工业生产中一种较为便捷的废酸处理技术，该技术能有效回收酸与纯金属盐，在实际生产中应用广泛。该技术利用了某些离子交换树脂可从废酸溶液中吸收有机酸而排出金属盐和无机酸这一功能，可实现不同盐、酸之间的物质分离。在离子交换树脂技术中，APU技术是一种较为常用的工业化方式，该技术选择的树脂粒径约为一般树脂的25%，由于其表面积较大，因此其树脂用量约为普通情况下的5%。在酸洗线上安装离子交换树脂技术设备，能进行连续运行。经大量生产实际证实，通过这种技术，氢氟酸回收率高达92%，硝酸回收率高达97%，同时，通过该环节回收的酸资源，还能重复运用于酸洗环节。
　　2.2.3 析晶技术。目前来说，析晶技术在钢铁酸洗废水资源化处理中应用较为普遍，特别适合于处理不锈钢酸洗废水。将钢铁酸洗废液经过一系列的加热、浓缩处理，然后通过间接冷却、真空冷却、气旋冷却等方式析出金属盐离子。通常情况下，酸洗废水中的金属离子以氟化物形式析出、结晶，析出的氟化物可通过焙烧等方式生成金属氧化物。这种处理技术能有效节省成本，大大降低了化学药品的使用，降低了对下游水环境的污染，但是，经过处理后的废液中含有大量的镍，溶液颜色呈现血红色且有大量结垢生成。因此，在实际生产中，可将析晶技术与纳滤膜技术等其他技术相结合，以克服该技术的一些弊端。
　　2.2.4 生物法。一般情况下，钢铁酸洗废水处理均在pH值较高的环境下进行。西方一些实验研究证实，可以通过微生物（硫细杆菌）氧化二价铁盐，然后水解得到黄铵铁矾等物质。这种生物技术可以在较低的pH环境中进行，但同时，该技术必须在有铵根离子存在的环境中进行。在生物处理技术中，首先将铁离子以FeOHSO4及黄铵铁矾的形式析出，然后经四个环节的热分解，最终生成α-三氧化二铁。通过这种处理技术形成的酸洗溶液中，铁离子浓度小于0.2g/L，硫酸浓度超过0.3mol/L，能直接回收并利用到钢铁酸洗环节
　　中去。
　　3 结语
　　钢铁酸洗废水是酸类废水的主要来源，对钢铁酸洗废水进行回收利用具有较高的经济效益和社会效益。本文从对钢铁酸洗废水的组成、危害入手分析，从钢铁酸洗废水中酸的资源化处理技术与金属的资源化处理技术两个方面，详细论述了钢铁酸洗废水资源化处理技术，旨在为一线工作提供理论指导。
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　　作者简介：宋珏容（1974-），女，湖北天门人，中冶南方工程技术有限公司高级工程师，研究方向：冶金钢铁给排水设计。
　　（责任编辑：黄银芳）

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