王晓晖
（河钢集团邯钢公司 河北 邯郸 056015）
摘 要：采用冷轧盐酸酸洗废液为主要原料，加入氧化剂氯酸钠、稳定剂磷酸钠,在常压下进行氧化、水解、聚合反应，制备出聚合氯化铁絮凝剂。分别采用自制的聚合氯化铁（PFC）与购买的聚合硫酸铁（PFS）对低浊度河水作了对比性试验，数据显示自制的聚合氯化铁絮凝效果更好。
关键词：钢材酸洗废液； 回收与利用；絮凝剂
轧钢构件表面预处理一般采用盐酸或硫酸进行酸洗，酸洗可清除轧制过程中产生在钢材表面的氧化铁，提高钢材表面质量［1］。盐酸酸洗比硫酸酸洗速度快，钢材表面质量好，成本低，因此，许多冷轧钢带厂选用盐酸进行酸洗，从而产生大量的盐酸酸洗废液，由于酸洗液会对环境造成严重污染, 目前已被列为危险废物进行管理[2-3]。 盐酸酸洗废液的组成主要是氯化氢、氯化亚铁和水等, 一般含氯化亚铁、氯化氢质量分数分别为10%～14%、3%～4[4]，若直接排放将造成严重的环境污染，传统酸洗废液的处理多采用焙烧回收盐酸法或酸碱中和法[5],优点是工艺简单，盐酸回收率高；缺点是投资大，能耗高，设备腐蚀严重，有研究发现盐酸酸洗液是一种廉价的制备絮凝剂的原料, 在此我们研究以其为主要原料合成絮凝剂的工艺条件。
本实验采用冷轧盐酸酸洗废液为主要原料制备一种高浓度稳定性聚合氯化铁絮凝剂，其有效成分为Fe3+，浓度15％左右，pH 值2.1以上；密度1.3g/ml以上，各项指标优于标准要求；采用与外购的聚合硫酸铁（PFS）对比，在相同剂量时，使用自制的聚合氯化铁（PFC），处理低浊度河水形成矾花密实沉降速度快，絮凝效果更好，絮凝效果可提高20%～50%。
1 试验部分
1.1产品理化指标的测定
（1）Fe3+和Fe2+含量的测定
在酸性溶液中, 用氯化亚锡将三价铁还原为二价铁。过量的氯化亚锡用氯化汞予以除去, 然后用重铬酸钾标准溶液滴定。
测定钢铁盐酸酸洗废液中的总铁量 ,同时测定出 Fe2+ 量,二者相减得Fe3+量。从而计算出 Fe3+和 Fe2+含量。反复测定多次 ,取其平均值。测得钢铁盐酸酸洗废液中的Fe3+和 Fe2+含量分别为 1.9%、6.8%。
（2）盐基度测定
盐基度又称碱化度, 表示羟基(OH-)在物质分子中所占的比例, 它是关系到产品稳定性及混凝性能的重要技术指标。
在试样中加入定量盐酸溶液, 再加氟化钾掩蔽铁, 然后用氢氧化钠标准溶液滴定。
（3）pH 值的测定
pH计用pH=4.00、pH=6.86的标准缓冲溶液定位后, 将1%的试样溶液倒入烧杯, 将饱和的甘汞电极和玻璃电极浸入被测溶液中, 至pH值稳定时读数。
（4）密度的测度
密度计: 刻度值为 0.001 g/cm3 ; 恒温水浴: 可控制温度; 温度计: 分度值为 1℃; 量筒: 250~500 ml。将聚铁试样注入清洁、干燥的量筒内, 不得有气泡。将量筒置于恒温水浴中, 待温度恒定后, 将密度计缓缓地放入试样中, 待稳定后, 读出密度计弯月面下缘的刻度, 即为试样的密度。
（5）絮凝效果评价
使用程控混凝试验搅拌仪进行混凝实验，温度设定为室温．分别将适宜碱化度、聚合温度和陈化时间下制取的聚合氯化铁等剂量加入到一定量的废水中，通过程控混凝试验搅拌仪进行混凝实验，利用快速消解法测定处理后废水的COD，用浊度计测量浊度，观察自制聚合氯化铁絮凝剂对废水处理的效果。
COD去除率以百分比计，其计算公式如下：
η ＝（COD1－COD2）/ COD1×100%
式中：COD1是处理前化学需氧量的数值，单位mg／L ；
COD2是处理后化学需氧量的数值，单位 mg／L ；
浊度由浊度计直接读出，浊度去除率以百分比计
计算方法如下：
η ＝（处理前的浊度 － 处理后的浊度）／处理前的浊度×100%
1.2聚合氯化铁溶液的制备
1.2.1 FeCl2 溶液的制备
本实验采用冷轧盐酸酸洗废液为主要原料,选用废铁屑、氧化铁皮作为还原剂，首先取一定量的废铁屑、氧化铁皮，采用10%的盐酸溶液来清理表面铁锈,恒温水浴中加热促进反应速度，水浴温度控制在90℃，恒温加热30min后将铁屑、氧化铁皮用清水洗净。然后将清理过铁锈的铁屑、氧化铁皮加入至钢铁酸洗废液中 , 铁屑、氧化铁皮要过量，铁把 溶液中的Fe3+还原成Fe2+,整个溶液变成 FeCl2 溶液，测得溶液的 Fe2+浓度为12.23%。
1.2.2聚合氯化铁溶液的制备
将得到的氯化亚铁溶液静置沉淀，取上清液FeCl2100mL于250mL烧杯中, 加入适量盐酸及稳定剂磷酸钠, 放在电磁搅拌器上, 调至中速搅拌, 并迅速加入NaClO3, 每隔10min( 反应时间太短则反应不均匀, 不宜测定)，直至反应40min为止。氧化反应是整个反应过程中的主反应, 聚合反应是整个反应的最终反应, Fe2+在强氧化剂的作用下被完全氧化成 Fe3+, 同时, 引发剧烈的聚合反应。聚合氯化铁絮凝剂制备在常温常压下进行。
2 结果与讨论
2.1反应时间对Fe2+氧化效率的影响
量取100mL酸洗废液于250mL烧杯中, 加入适量盐酸, 放在电磁搅拌器上, 调至中速搅拌, 并迅速加入NaClO3, 每隔10min( 反应时间太短则反应不均匀, 不宜测定)测试一次，直至反应40min为止。测定结果见表1。
表1 反应时间对氧化效率的影响
|
反应时间/ min |
10 |
20 |
30 |
40 |
|
剩余 Fe2+含量/% |
0.16 |
0.14 |
0.1 |
0.09 |
|
氧化效率/% |
98.7 |
98.8 |
99.2 |
99.3 |
由表1可知: 氧化效率由10min时 98.7%到40min时99.3%，增长速度是缓慢的，总的来说时间变化对氧化效率的影响不大，为保证试验效果，最优化设计选择30min为宜。
2.2反应温度对Fe2+氧化效率的影响
量取两份100mL酸洗废液于250mL烧杯中, 分别加入浓盐酸( 保证当温度在100℃时, 不会因盐酸挥发, 使盐酸量不足而产生沉淀)。
表2 反应温度对氧化率的影响
|
温度/ ℃ |
25 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
|
剩余 Fe2+含量/% |
1.01 |
0.89 |
0.27 |
0.11 |
0.10 |
0.11 |
0.10 |
0.11 |
|
氧化效率/% |
92 |
92.9 |
97.8 |
99.2 |
99.2 |
99.2 |
99.2 |
99.2 |
由表2可以看出随着温度的升高氧化率随之增加，但温度增加到60℃以上后氧化率不再变化，因此试验温度在50-60为宜。
2.3聚合氯化铁（PFC）的性能指标
图1 自制与市售产品外观对比图
表3 聚合氯化铁（PFC）的性能指标对比
|
项目 |
测定数值 |
指标 |
|
外观 |
棕褐色粘稠液体 |
棕褐色溶液 |
|
密度( 20 ) / g·cm - 3 |
1.31 |
≥1.2 |
|
盐基度% |
12.11 |
9-14 |
|
pH 值 |
2.16 |
≥2.0 |
|
全铁含量% |
15.42 |
≥10 |
由图1可知自制絮凝剂外观为棕褐色粘稠样液体，与目前邯钢水处理厂使用的外购产品外观基本一致，通过性能测定指标对比其性能指标在标准范围内。
2.4 PFC与PFS对低浊度河水的混凝处理效果
低浊度水一般是指浊度在30度以下的江河、水库水。采用自制的聚合氯化铁（PFC）与购买的聚合硫酸铁（PFS）对邯钢西区净化车间的低浊度河水作了对比性试验，其处理结果见图2。
图2 PFC与PFS对低浊度河水浊度去除率对比
模拟水样的浊度为6.6NTU。由图2可以看出：通过聚合氯化铁与聚合硫酸铁的对比性试验，在相同剂量时，使用聚合氯化铁形成矾花密实沉降速度快，絮凝效果更好，其絮凝效果可提高20%～50%，而要处理到相同的浊度时，聚合硫酸铁产生的矾花碎且不沉淀絮凝效果差，所以随着投加量的增加，水质的浊度没有下降反而上升了，采用自制聚合氯化铁絮凝剂比聚合硫酸铁更适合低浊度水的处理。
3 结论
1.试验采用冷轧厂酸洗废液为原料加入氧化剂氯酸钠、稳定剂磷酸钠,在常压下进行氧化、水解、聚合反应，可成功制备出聚合氯化铁絮凝剂。
2.反应时间在30min，反应温度60℃时Fe2+具有较高的氧化率，自制絮凝剂外观为棕褐色粘稠样液体，与目前邯钢水处理厂使用的外购产品外观基本一致。
3.采用自制的聚合氯化铁（PFC）与聚合硫酸铁（PFS）对邯钢西区净化车间的低浊度河水作了对比性试验，数据显示聚合氯化铁絮凝效果更好。
参考文献
[1] 付智娟.钢铁酸洗废液的资源化处理方法［J］.广东化工， 2011，38( 11)：85 86．
[2] 高成章，田孜强． 对酸洗工艺段酸洗介质的分析比较［J］.一重技术， 1996( 3) : 80 － 81．
[3] 郑隆鳌, 刘文夫. 钢铁酸洗废液的处理技术及其评价[ J] . 钢铁研究, 1997, 25( 1) : 58 - 62.
[4] 张永刚，赵西往，靳晓霞． 钢铁酸洗废液资源化的膜处理技术［J］． 工业水处理， 2006， 26( 12) : 18 － 20．
[5] 汤兵，朱又春，刘奕玲等. 钢材酸洗废液资源化与无害化技术［J］．工业水处理， 2005,25（7）：29-31.