淺談鋼鐵酸洗廢水的資源化處理技術(shù)

摘要：鋼鐵生產(chǎn)過程中，酸洗是必不可少的重要環(huán)節(jié)。鋼鐵酸洗廢水呈酸性，且含有鐵、鉻等污染物質(zhì)，若直接將鋼鐵酸洗廢水排放處理，不僅會(huì)嚴(yán)重污染生態(tài)環(huán)境，且會(huì)造成極大的資源浪費(fèi)。因此，加強(qiáng)鋼鐵酸洗廢水資源化處理技術(shù)的探究，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：鋼鐵；酸洗廢水；資源化處理技術(shù)；廢水排放；生態(tài)環(huán)境；節(jié)能環(huán)保 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：X757 文章編號(hào)：1009-2374（2015）03-0089-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0236

隨著當(dāng)代人資源利用意識(shí)、環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，社會(huì)各界對(duì)鋼鐵酸洗廢水資源化處理給予了高度關(guān)注與認(rèn)可。鋼鐵酸洗廢水腐蝕性強(qiáng)，且含有大量可回收鐵、酸資源，對(duì)鋼鐵酸洗廢水進(jìn)行資源化處理，不僅技術(shù)上可行，而且社會(huì)效益顯著。

1 鋼鐵酸洗廢水的組成與危害

為了提高鋼鐵表面質(zhì)量，必須進(jìn)行酸洗工序。在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，硝酸、氫氟酸、鹽酸、硫酸等是較為常用的酸。在硫酸酸洗廢液中，硫酸約占5%～10%，硫酸鐵約占17%～23%，水約占73%。在鹽酸酸洗廢液中，氯化亞鐵約占10%～14%，氯化氫約占3%～4%。在硝酸-氫氟酸酸洗廢液中，硝酸約占7%～15%，HF約占3%～6%，鐵離子約為20～40mol/L，并含有部分鎳、鉻等成分。

含酸廢水會(huì)嚴(yán)重危害鋼筋混凝土、下水管道等設(shè)備，嚴(yán)重抑制廢水中的生物繁殖。若將含酸廢水直接排放到環(huán)境中去，會(huì)導(dǎo)致莊稼枯死、魚類死亡，嚴(yán)重危害生物作物生長(zhǎng)。若含酸廢水深入土壤中去，會(huì)嚴(yán)重?fù)p害土層松散狀態(tài)，導(dǎo)致土質(zhì)鈣化。人畜長(zhǎng)時(shí)間飲用高酸度水，會(huì)導(dǎo)致灼燒或腸胃炎。與此同時(shí)，酸洗過程中產(chǎn)生的酸霧，還會(huì)使設(shè)備、廠房受到腐蝕，使操作工人身體受到危害。酸霧大量揮發(fā)，還會(huì)進(jìn)一步提高酸洗成本。鋼鐵酸洗廢水嚴(yán)重威脅人類與環(huán)境安全，在生態(tài)環(huán)境日益惡化的今天，加強(qiáng)鋼鐵酸洗廢水資源化處理技術(shù)探究迫在眉睫。

2 鋼鐵酸洗廢水資源化處理技術(shù)

2.1 鋼鐵酸洗廢水中酸的資源化處理技術(shù)

2.1.1 蒸餾技術(shù)。鑒于氫氟酸、硝酸、鹽酸等具有易于揮發(fā)、氣壓高等特點(diǎn)，可以將硫酸與酸洗廢水進(jìn)行融合、濃縮，當(dāng)濃度超過60%時(shí)直接在真空狀態(tài)下進(jìn)行80℃高溫蒸餾，進(jìn)而有效分離酸與其他物質(zhì)。相關(guān)研究證實(shí)，在酸洗廢液中加入10%體積硫酸，進(jìn)行25分鐘蒸發(fā)后，氫氟酸蒸發(fā)率為87.9%，硝酸蒸發(fā)率為57.8%，當(dāng)酸洗廢液體積降到原來體積的36.4%時(shí)，便可實(shí)現(xiàn)廢液排放量的降低。蒸餾技術(shù)能有效回收酸資源，但其運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)高且設(shè)備投資大，

2.1.2 焙燒技術(shù)。在氧氣、水分充足且高溫條件下，氯化亞鐵具有定量水解的特性，基于這一點(diǎn)，可以通過焙燒技術(shù)直接在焙燒爐中將氯化亞鐵轉(zhuǎn)化為三氧化二鐵與鹽酸，這可以說是最徹底、最直接的酸回收技術(shù)。噴霧焙燒與流化床焙燒是現(xiàn)階段應(yīng)用最成熟的工藝方式，該工藝將脫水環(huán)節(jié)、加熱環(huán)節(jié)、氧化環(huán)節(jié)、水解環(huán)節(jié)、氯化氫收集環(huán)節(jié)等有機(jī)組合在一起，達(dá)到了提高資源回收效率的目的。流化床焙燒速度快、污染小且顆?？煽兀?，其對(duì)于制作材料、焙燒爐結(jié)構(gòu)的要求比較苛刻。噴霧焙燒能耗少、溫度低，且氧化鐵活性好，但是需要占用較大空間且需要專門的打包與風(fēng)送裝置。從整體上來說，焙燒技術(shù)自動(dòng)化程度高、原理簡(jiǎn)單，對(duì)于管理、設(shè)備等各方面的要求較高，比較適合大型企業(yè)應(yīng)用。

2.1.3 膜處理技術(shù)。（1）擴(kuò)散滲析技術(shù)。在工業(yè)生產(chǎn)中，擴(kuò)散滲析是最節(jié)能、有效的方法，其利用兩種酸性溶液之間溶解度的不同，用陰離子交換膜將兩種酸性溶液隔開，其中酸根離子可順利穿透膜，而金屬離子則被滯留，在這一過程中實(shí)現(xiàn)了鋼鐵酸洗廢液中各種酸的回收。在實(shí)際應(yīng)用過程中，為了有效預(yù)防膜污染，必須保障鋼鐵酸洗廢液中的固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于2～3ug/g，與此同時(shí)，應(yīng)用雙層過濾系統(tǒng)來預(yù)防膜堵塞；（2）雙極膜電滲析技術(shù)。這種膜處理技術(shù)比較適用于經(jīng)過堿中和后的鋼鐵酸洗廢液，該技術(shù)能有效分流金屬鹽與酸根離子，特別適用于硝酸/氫氟酸再生。在雙極膜電滲析技術(shù)的支持下，將金屬鹽離子進(jìn)行沉淀處理，酸根離子流入酸洗池中，脫鹽基與脫酸之后的水能充當(dāng)漂洗水。這種膜處理技術(shù)是一種新型處理方式，其在成功回收酸資源的同時(shí)降低了水資源使用量，但是這種方法運(yùn)行成本比較高，且雙極膜容易被污染。

2.2 鋼鐵酸洗廢水金屬的資源化處理技術(shù)

2.2.1 萃取技術(shù)。萃取技術(shù)也是較為常用的金屬資源回收方式，在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，通過液-液萃取方式，提取鋼鐵酸洗液中的重金屬離子，充分利用“不同溶液中金屬離子溶解度不同”這一原理，有效實(shí)現(xiàn)金屬離子的分離。相關(guān)研究資料證實(shí)，在工業(yè)化工中應(yīng)用萃取技術(shù)，硝酸回收率高達(dá)95%，鐵離子回收率高達(dá)95%，氫氟酸回收率高達(dá)70%。國外研究人員實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在鋼鐵酸洗廢水中加入硫酸或鹽酸，使得金屬離子轉(zhuǎn)化成金屬配合物，然后通過TBP烷烴萃取氫氟酸與硝酸，經(jīng)水洗后氫氟酸與硝酸可再次投入使用。

2.2.2 離子交換樹脂技術(shù)。離子交換樹脂技術(shù)是工業(yè)生產(chǎn)中一種較為便捷的廢酸處理技術(shù)，該技術(shù)能有效回收酸與純金屬鹽，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。該技術(shù)利用了某些離子交換樹脂可從廢酸溶液中吸收有機(jī)酸而排出金屬鹽和無機(jī)酸這一功能，可實(shí)現(xiàn)不同鹽、酸之間的物質(zhì)分離。在離子交換樹脂技術(shù)中，APU技術(shù)是一種較為常用的工業(yè)化方式，該技術(shù)選擇的樹脂粒徑約為一般樹脂的25%，由于其表面積較大，因此其樹脂用量約為普通情況下的5%。在酸洗線上安裝離子交換樹脂技術(shù)設(shè)備，能進(jìn)行連續(xù)運(yùn)行。經(jīng)大量生產(chǎn)實(shí)際證實(shí)，通過這種技術(shù)，氫氟酸回收率高達(dá)92%，硝酸回收率高達(dá)97%，同時(shí)，通過該環(huán)節(jié)回收的酸資源，還能重復(fù)運(yùn)用于酸洗環(huán)節(jié)。

2.2.3 析晶技術(shù)。目前來說，析晶技術(shù)在鋼鐵酸洗廢水資源化處理中應(yīng)用較為普遍，特別適合于處理不銹鋼酸洗廢水。將鋼鐵酸洗廢液經(jīng)過一系列的加熱、濃縮處理，然后通過間接冷卻、真空冷卻、氣旋冷卻等方式析出金屬鹽離子。通常情況下，酸洗廢水中的金屬離子以氟化物形式析出、結(jié)晶，析出的氟化物可通過焙燒等方式生成金屬氧化物。這種處理技術(shù)能有效節(jié)省成本，大大降低了化學(xué)藥品的使用，降低了對(duì)下游水環(huán)境的污染，但是，經(jīng)過處理后的廢液中含有大量的鎳，溶液顏色呈現(xiàn)血紅色且有大量結(jié)垢生成。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，可將析晶技術(shù)與納濾膜技術(shù)等其他技術(shù)相結(jié)合，以克服該技術(shù)的一些弊端。

2.2.4 生物法。一般情況下，鋼鐵酸洗廢水處理均在pH值較高的環(huán)境下進(jìn)行。西方一些實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，可以通過微生物（硫細(xì)桿菌）氧化二價(jià)鐵鹽，然后水解得到黃銨鐵礬等物質(zhì)。這種生物技術(shù)可以在較低的pH環(huán)境中進(jìn)行，但同時(shí)，該技術(shù)必須在有銨根離子存在的環(huán)境中進(jìn)行。在生物處理技術(shù)中，首先將鐵離子以FeOHSO4及黃銨鐵礬的形式析出，然后經(jīng)四個(gè)環(huán)節(jié)的熱分解，最終生成α-三氧化二鐵。通過這種處理技術(shù)形成的酸洗溶液中，鐵離子濃度小于0.2g/L，硫酸濃度超過0.3mol/L，能直接回收并利用到鋼鐵酸洗環(huán)節(jié)

中去。

3 結(jié)語

鋼鐵酸洗廢水是酸類廢水的主要來源，對(duì)鋼鐵酸洗廢水進(jìn)行回收利用具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本文從對(duì)鋼鐵酸洗廢水的組成、危害入手分析，從鋼鐵酸洗廢水中酸的資源化處理技術(shù)與金屬的資源化處理技術(shù)兩個(gè)方面，詳細(xì)論述了鋼鐵酸洗廢水資源化處理技術(shù)，旨在為一線工作提供理論指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙俊學(xué)，賀慧，馬紅周，等.不銹鋼酸洗廢水的微波加熱蒸酸試驗(yàn)研究[J].濕法冶金，2010，（2）.

[2] 王之暉，宋乾武，馮昊，等.歐盟最佳可行技術(shù)（BAT）實(shí)施經(jīng)驗(yàn)及其啟示[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào)，2013，（3）.

[3] 朱赫禮，宋麗娟，高翔，等.Y型分子篩的改性成型及其對(duì)FCC汽油脫硫效果的研究[J].石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)，2009，（2）.

[4] 張園園，雷良才，于廷云.微濕空氣法處理催化劑對(duì)FCC汽油吸附脫硫的研究[J].化學(xué)與黏合，2011，（6）.

[5] 曾媛，趙俊學(xué)，馬紅周，等.含重金屬離子酸洗漂洗廢水的處理與回收利用研究現(xiàn)狀[J].濕法冶金，2010，（4）.

作者簡(jiǎn)介：宋玨容（1974-），女，湖北天門人，中冶南方工程技術(shù)有限公司高級(jí)工程師，研究方向：冶金鋼鐵給排水設(shè)計(jì)。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）