王曉暉

（河鋼集團邯鋼公司  河北 邯鄲 056015）

摘  要：采用冷軋鹽酸酸洗廢液為主要原料，加入氧化劑氯酸鈉、穩定劑磷酸鈉,在常壓下進行氧化、水解、聚合反應，制備出聚合氯化鐵絮凝劑。分別采用自制的聚合氯化鐵（PFC）與購買的聚合硫酸鐵（PFS）對低濁度河水作了對比性試驗，數據顯示自制的聚合氯化鐵絮凝效果更好。

關鍵詞：鋼材酸洗廢液； 回收與利用；絮凝劑

軋鋼構件表面預處理一般采用鹽酸或硫酸進行酸洗，酸洗可清除軋制過程中產生在鋼材表面的氧化鐵，提高鋼材表面質量^［1］。鹽酸酸洗比硫酸酸洗速度快，鋼材表面質量好，成本低，因此，許多冷軋鋼帶廠選用鹽酸進行酸洗，從而產生大量的鹽酸酸洗廢液，由于酸洗液會對環境造成嚴重污染, 目前已被列為危險廢物進行管理^[2-3]。 鹽酸酸洗廢液的組成主要是氯化氫、氯化亞鐵和水等, 一般含氯化亞鐵、氯化氫質量分數分別為10%～14%、3%～4^[4]，若直接排放將造成嚴重的環境污染，傳統酸洗廢液的處理多采用焙燒回收鹽酸法或酸堿中和法^[5],優點是工藝簡單，鹽酸回收率高；缺點是投資大，能耗高，設備腐蝕嚴重，有研究發現鹽酸酸洗液是一種廉價的制備絮凝劑的原料, 在此我們研究以其為主要原料合成絮凝劑的工藝條件。

本實驗采用冷軋鹽酸酸洗廢液為主要原料制備一種高濃度穩定性聚合氯化鐵絮凝劑，其有效成分為Fe³⁺，濃度15％左右，pH 值2.1以上；密度1.3g/ml以上，各項指標優于標準要求；采用與外購的聚合硫酸鐵（PFS）對比，在相同劑量時，使用自制的聚合氯化鐵（PFC），處理低濁度河水形成礬花密實沉降速度快，絮凝效果更好，絮凝效果可提高20%～50%。

1  試驗部分

1.1產品理化指標的測定

（1）Fe³⁺和Fe²⁺含量的測定

在酸性溶液中, 用氯化亞錫將三價鐵還原為二價鐵。過量的氯化亞錫用氯化汞予以除去, 然后用重鉻酸鉀標準溶液滴定。

測定鋼鐵鹽酸酸洗廢液中的總鐵量 ,同時測定出 Fe2+ 量,二者相減得Fe3+量。從而計算出 Fe3+和 Fe2+含量。反復測定多次 ,取其平均值。測得鋼鐵鹽酸酸洗廢液中的Fe3+和 Fe2+含量分別為 1.9%、6.8%。

（2）鹽基度測定

鹽基度又稱堿化度, 表示羥基(OH-)在物質分子中所占的比例, 它是關系到產品穩定性及混凝性能的重要技術指標。

在試樣中加入定量鹽酸溶液, 再加氟化鉀掩蔽鐵, 然后用氫氧化鈉標準溶液滴定。

（3）pH 值的測定

pH計用pH=4.00、pH=6.86的標準緩沖溶液定位后, 將1%的試樣溶液倒入燒杯, 將飽和的甘汞電極和玻璃電極浸入被測溶液中, 至pH值穩定時讀數。

（4）密度的測度

密度計: 刻度值為 0.001 g/cm3 ; 恒溫水浴: 可控制溫度; 溫度計: 分度值為 1℃; 量筒: 250~500 ml。將聚鐵試樣注入清潔、干燥的量筒內, 不得有氣泡。將量筒置于恒溫水浴中, 待溫度恒定后, 將密度計緩緩地放入試樣中, 待穩定后, 讀出密度計彎月面下緣的刻度, 即為試樣的密度。

（5）絮凝效果評價

使用程控混凝試驗攪拌儀進行混凝實驗，溫度設定為室溫．分別將適宜堿化度、聚合溫度和陳化時間下制取的聚合氯化鐵等劑量加入到一定量的廢水中，通過程控混凝試驗攪拌儀進行混凝實驗，利用快速消解法測定處理后廢水的COD，用濁度計測量濁度，觀察自制聚合氯化鐵絮凝劑對廢水處理的效果。

COD去除率以百分比計，其計算公式如下：

η ＝（COD₁－COD₂）/ COD1×100%

式中：COD₁是處理前化學需氧量的數值，單位mg／L ；

COD₂是處理后化學需氧量的數值，單位 mg／L ；

濁度由濁度計直接讀出，濁度去除率以百分比計

計算方法如下：

η ＝（處理前的濁度 － 處理后的濁度）／處理前的濁度×100%

1.2聚合氯化鐵溶液的制備

1.2.1 FeCl₂ 溶液的制備

本實驗采用冷軋鹽酸酸洗廢液為主要原料,選用廢鐵屑、氧化鐵皮作為還原劑，首先取一定量的廢鐵屑、氧化鐵皮，采用10%的鹽酸溶液來清理表面鐵銹,恒溫水浴中加熱促進反應速度，水浴溫度控制在90℃，恒溫加熱30min后將鐵屑、氧化鐵皮用清水洗凈。然后將清理過鐵銹的鐵屑、氧化鐵皮加入至鋼鐵酸洗廢液中 , 鐵屑、氧化鐵皮要過量，鐵把 溶液中的Fe³⁺還原成Fe²⁺,整個溶液變成 FeCl₂ 溶液，測得溶液的 Fe²⁺濃度為12.23%。

1.2.2聚合氯化鐵溶液的制備

將得到的氯化亞鐵溶液靜置沉淀，取上清液FeCl₂100mL于250mL燒杯中, 加入適量鹽酸及穩定劑磷酸鈉, 放在電磁攪拌器上, 調至中速攪拌, 并迅速加入NaClO₃, 每隔10min( 反應時間太短則反應不均勻, 不宜測定)，直至反應40min為止。氧化反應是整個反應過程中的主反應, 聚合反應是整個反應的最終反應, Fe2+在強氧化劑的作用下被完全氧化成 Fe³⁺, 同時, 引發劇烈的聚合反應。聚合氯化鐵絮凝劑制備在常溫常壓下進行。

2  結果與討論

2.1反應時間對Fe2+氧化效率的影響

量取100mL酸洗廢液于250mL燒杯中, 加入適量鹽酸, 放在電磁攪拌器上, 調至中速攪拌, 并迅速加入NaClO₃, 每隔10min( 反應時間太短則反應不均勻, 不宜測定)測試一次，直至反應40min為止。測定結果見表1。

表1 反應時間對氧化效率的影響

由表1可知: 氧化效率由10min時 98.7%到40min時99.3%，增長速度是緩慢的，總的來說時間變化對氧化效率的影響不大，為保證試驗效果，最優化設計選擇30min為宜。

2.2反應溫度對Fe2+氧化效率的影響

量取兩份100mL酸洗廢液于250mL燒杯中, 分別加入濃鹽酸( 保證當溫度在100℃時, 不會因鹽酸揮發, 使鹽酸量不足而產生沉淀)。

表2 反應溫度對氧化率的影響

由表2可以看出隨著溫度的升高氧化率隨之增加，但溫度增加到60℃以上后氧化率不再變化，因此試驗溫度在50-60為宜。

2.3聚合氯化鐵（PFC）的性能指標

圖1 自制與市售產品外觀對比圖

表3 聚合氯化鐵（PFC）的性能指標對比

由圖1可知自制絮凝劑外觀為棕褐色粘稠樣液體，與目前邯鋼水處理廠使用的外購產品外觀基本一致，通過性能測定指標對比其性能指標在標準范圍內。

2.4 PFC與PFS對低濁度河水的混凝處理效果

低濁度水一般是指濁度在30度以下的江河、水庫水。采用自制的聚合氯化鐵（PFC）與購買的聚合硫酸鐵（PFS）對邯鋼西區凈化車間的低濁度河水作了對比性試驗，其處理結果見圖2。

圖2 PFC與PFS對低濁度河水濁度去除率對比

模擬水樣的濁度為6.6NTU。由圖2可以看出：通過聚合氯化鐵與聚合硫酸鐵的對比性試驗，在相同劑量時，使用聚合氯化鐵形成礬花密實沉降速度快，絮凝效果更好，其絮凝效果可提高20%～50%，而要處理到相同的濁度時，聚合硫酸鐵產生的礬花碎且不沉淀絮凝效果差，所以隨著投加量的增加，水質的濁度沒有下降反而上升了，采用自制聚合氯化鐵絮凝劑比聚合硫酸鐵更適合低濁度水的處理。

3  結論

1.試驗采用冷軋廠酸洗廢液為原料加入氧化劑氯酸鈉、穩定劑磷酸鈉,在常壓下進行氧化、水解、聚合反應，可成功制備出聚合氯化鐵絮凝劑。

2.反應時間在30min，反應溫度60℃時Fe²⁺具有較高的氧化率，自制絮凝劑外觀為棕褐色粘稠樣液體，與目前邯鋼水處理廠使用的外購產品外觀基本一致。

3.采用自制的聚合氯化鐵（PFC）與聚合硫酸鐵（PFS）對邯鋼西區凈化車間的低濁度河水作了對比性試驗，數據顯示聚合氯化鐵絮凝效果更好。

參考文獻

[1]  付智娟.鋼鐵酸洗廢液的資源化處理方法［J］.廣東化工， 2011，38( 11)：85 86．

[2]  高成章，田孜強． 對酸洗工藝段酸洗介質的分析比較［J］.一重技術， 1996( 3) : 80 － 81．

[3]  鄭隆鰲, 劉文夫. 鋼鐵酸洗廢液的處理技術及其評價[ J] . 鋼鐵研究, 1997, 25( 1) : 58 - 62.

[4]  張永剛，趙西往，靳曉霞． 鋼鐵酸洗廢液資源化的膜處理技術［J］． 工業水處理， 2006， 26( 12) : 18 － 20．

[5]  湯兵，朱又春，劉奕玲等. 鋼材酸洗廢液資源化與無害化技術［J］．工業水處理， 2005,25（7）：29-31.