洗钢废液生产聚合氯化铝铁工艺

• 以洗钢废酸生产净水剂的新工艺，该生产工艺的主要产品为聚合氯化铝铁，该净水剂广泛应用于饮用水净化和污水预处理领域，特别是对低浊饮用水及高COD、高磷污水的处理具有明显的优势。
  为改善钢材表面结构或对边面进行加工处理，常利用强酸(如:盐酸、硫酸)的腐蚀作用对钢材表而进行清洗。据不完全统计，我国钢铁企业侮年的酸洗废液排放接近百万立方米，而且这一数值呈现逐年递增的趋势。酸洗废液一方面具有非常大的腐蚀性，如不经妥善处理排入环境将会造成严重的污染，但另一方面酸洗废液也蕴含着丰富的价值，酸洗废液中一般含有0.05-5g/L的H+和60-250g/L的Fe2+。如何对钢铁酸洗液进行妥善处理，使酸洗液的资源价值得到充分的利用，同时降低其对环境污染的风险，成为近几年来一个研究的热点。在诸多的酸洗废液综合利用的方法中，其中一个主要方向就是利用酸洗液作为生产无机混凝剂的原料。
• 在城市和工业的各种污水处理工艺中，混凝过程是应用最普遍，同时也是非常关键的环节，它应用范围几乎覆盖了所有的水处理过程。混凝过程中所用到的水处理药剂与材料往往直接决定着流程中后续各分离环节的运行工况，影响着最终出水的质量和成本费用，因此高效、廉价的水处理药剂的生产始终是水工业与环保技术领域的研究重点。目前应用于水处理领域的混凝剂主要有无机高分子混凝剂和有机高分子絮凝剂两大类，其中聚合氯化铝铁(PAFC)就是在上世纪七十年代研究和发展起来的一种新型无机高分子混凝
  剂。聚合氯化铝铁混凝剂较之常见的聚合氯化铝(PAC)混凝剂具有成絮明显、絮体沉降速度快、处理效果好的特点，目前已经在饮用水处理及污水的强化预处理领域得到了广泛的应用，是非常具有市场前景的混凝剂。
  利用酸洗废液制备聚合氯化铁、聚合硫酸铁、聚合氯化铁铝混凝剂已经有很多的专利和文献，其中如中国专利申请号为200510101065.6,CN99102960.7,2007100042744.X,200610069504.4的专利文献。但这些专利报道的产品要么是以铁盐为单一组分(200510101065.6,CN99102960.7)或主要组分(2007100042744.X)生产聚铁混凝剂，要么是生产的聚合铝铁混凝剂产品盐基度过低(2007100042744.X)或调整盐基度的工艺复杂(200610069504.4)不易于大规模推广使用。目前，利用酸洗废液和含铝原料(铝矾土、铝酸钙粉、氢氧化铝等)为原料，辅以常见氧化剂(氯酸钠、氯气等)生产以铝盐为主具有较高盐基度的聚合氯化铝铁混凝剂还未见报道。
• 利用酸洗废液和含铝原料生产聚合氯化铝铁混凝剂，既可以发挥铁、铝混凝剂的长处，又能克服传统聚合氯化铝、聚合氯化(硫酸)铁混凝剂的缺点，为钢铁企业酸洗废液的综合利用提供了一种可行途径，具有很好的经济效益、社会效益和环境效益。
• 聚合氯化铝铁混凝剂的制备方法，其主要特征在与具有以下的工艺过程和步骤:
  1、聚合氯化铝铁母液制备:在耐压、抗腐蚀反应釜内投入一定量的盐酸、酸洗废液和含铝原料。关闭排压阀门，打开热源向釜内缓慢增压、升温，当釜内压力在0.04-0.06Mp时，打开排压阀门，排出釜内惰性气体。气压降到0时，关闭排压阀门，继续为反应釜加温加压。当釜内压力达到0.16-0.2MPa时，停止加热，观察釜内压力变化。利用盐酸自身的放热，使釜内压力升高很快。当釜内压力达到0.28Mpa时，稍微打开排压阀门，使压力保持在0.24-0.26Mpa之间。压力不足时，打开热源，使釜内压力在0.24-0.26Mpa之
  间保持4h。
  2、聚合氯化铝母液沉降:当达到反应要求时间以后，停止保温、搅拌。开启风机，将釜内压力抽空吸收到池内，使反应釜缓慢降压至0.05Mpa时，打开出口阀门，将聚合氯化铝铁母溶液打入沉降槽中沉降4小时。
  3、聚合氯化铝铁母液氧化:将聚合氯化铝铁母液沉降后的净液打回反应釜，此时可根据需要适量补充铁源。开启热源使净液的温度升高到50-60℃，同时开启搅拌，分批次加入氯酸钠作为氧化剂，使二价铁离子全部氧化为三价铁离子，氧化过程控制在1个小时以内。
  4、聚合氯化铝铁盐基度调整:在氧化过程结束后，继续搅拌并升温至80℃，缓慢加入一定量的铝酸盐。停止加热，关闭排压阀门，持续搅拌反应2个小时。达到反应要求时间以后，停止搅拌。开启风机，将釜内压力抽空吸收到池内，使反应釜缓慢降压至0.05Mpa
  时，打开出口阀门，将聚合氯化铝铁液打入二次沉降槽中沉降1小时。沉降后的上部净液即为聚合氯化铝铁成品。
  盐酸专指工业盐酸，其最适含最在20%-25%；酸洗废液要求其含铁量大于100g/L；含铝原料为铝矾土或氢氧化铝粉；补充铁源为硫酸铁或硫酸亚铁中的任意一种或混合，也可为含铁的酸洗废液或氯化亚铁含铁盐类；铝酸盐指铝酸钙粉或铝酸钠中的任意一种或混合。
• 与现有技术相比具有如下的优点和特点:利用酸洗废液为主要原料，可以大大降低聚合氯化铝铁的生产成本，进而进一步降低水处理过程的成本；达到了对酸洗废液综合利用的目的，即将酸洗液中的重要资源进行合理利用，同时降低了酸洗液排放为环境带来的风险；本法采用了氧化能力很强的氯酸盐作为氧化剂，能够使成品中不含Fe2+。同时，生产过程经过氧化、聚合、两步沉降等工艺，可以使产品中不含砷等有毒物质，因此产品符合饮用水用混凝剂的标准，可以应用于饮用水处理领域；本工艺采用铝酸盐进行盐基度的调整，在兼顾调整环节原料价格低廉，操作简便的同时，能够使聚合氯化铝铁成品具有较高的盐基度，药剂性能优良，稳定性好；整体操作简单容易，同时可以根据需要在一定范围内自由控制铝、铁的含量，使混凝剂的适用范围更加广泛。
• 实施例1
  (1)称取氢氧化铝粉(Al2O3>63%)0.45T，工业盐酸(HCl约为20%)2T，酸洗废液0.6T(Fe>120g/L)，投入3000L的耐酸、耐压反应釜内。反应釜加压至0.24Mpa，并保持4个小时。反应后将反应液置于沉降槽，沉降4个小时取上部清夜即得到聚合氯化铝铁母液净液；
  (2)将上一步得到的聚合氯化铝铁母液净液打回到反应釜，升温至50℃，开启搅拌。在反应釜内加分次加入22Kg的氯酸钠，反应1个小时；
  (3)将反应釜内温度升高到80℃，加入0.10T铝酸钙粉(Al2O3>53%)，密闭反应釜反应2个小时，反应后将釜内液体打入沉降槽，沉降1个小时，上部清夜即为Al2O3含量为8.1%，FeCl3含量为6.4%,盐基度为29.5%的聚合氯化铝铁成品。
  实施例2
  (1)称取铝钒土矿(Al2O3>35%)1T，工业盐酸(HCl约为25%)3T，酸洗废液0.8T(Fe>110g/L)，投入5000L的耐酸、耐压反应釜内。反应釜加压至0.24Mpa，并保持4个小时。反应后将反应液置于沉降槽，沉降4个小时取上部清夜即得到聚合氯化铝铁母液净液；
  (2)将上一步得到的聚合氯化铝铁母液净液打回到反应釜，升温至50℃，开启搅拌。在反应釜内加分次加入26.7Kg的氯酸钠，反应1个小时；
  (3)将反应釜内温度升高到80℃，加入0.160T铝酸钙粉(Al2O3>53%)，密闭反应釜反应2个小时，反应后将釜内液体打入沉降槽，沉降1个小时，上部清夜即为Al2O3含量为8.8%，FeCl3含量为4.7%，盐基度为26.0%的聚合氯化铝铁成品。
  实施例3
  (1)称取氢氧化铝粉(Al2O3>63%)0.55T，工业盐酸(HCl约为22%)2.3T，投入3000L的耐酸、耐压反应釜内。反应釜加压至0.24Mpa，并保持4个小时。反应后将反应液置于沉降槽，沉降4个小时取上部清夜即得到聚合氯化铝铁母液净液；
  (2)将上一步得到的聚合氯化铝铁母液净液打回到反应釜，同时加入液体三氯化铁(FeCl3>40%)0.287，开启搅拌，并缓慢将反应釜内温度升高到80℃(升温过程控制在15-30min)。加入0.155T铝酸钙粉(Al2O3>53%)，密闭反应釜反应2个小时，反应后将釜内液体打入沉降槽，沉降1个小时，上部清夜即为Al2O3含量为10.2%，FeCl3含量为4.0%，盐基度为34.5%的聚合氯化铝铁成品。