硅基清洗与钢材酸洗废液制备聚合硫酸氯化铁的研究.pdf

第 卷第 期 年 月应 用 化 工 .收稿日期:修改稿日期:基金项目:福建省引导性科技项目()作者简介:陈荔英()女福建莆田人高级工程师硕士从事固体废物处理处置研究和管理工作 电话:.硅基清洗与钢材酸洗废液制备聚合硫酸氯化铁的研究陈荔英(福建省固体废物及化学品环境管理技术中心福建 福州)摘 要:以含双氧水的硅基清洗废硫酸和含大量亚铁离子及部分游离盐酸的钢材酸洗废液为原料以磷酸为稳定剂添加适量氧化铁粉制备了一种经济、高效的新型复合型水处理高分子絮凝剂聚合硫酸氯化铁()通过红外光谱、和 分析 的结构和组成 产品处理 含量./、总磷含量./的造纸废水当添加量为 /去除率.总磷去除率.关键词:废硫酸钢材酸洗废液聚合硫酸氯化铁中图分类号:文献标识码:文章编号:()():.()./././.:硅基清洗工段产生大量含双氧水废硫酸钢材表面盐酸除锈产生大量含氯化亚铁、游离酸的酸洗废液二者均属于危险废物具有较大环境风险现普遍采用沉淀法处理资源消耗大处置技术难度大成本较高且存在二次环境污染的隐患 本研究利用含双氧水废硫酸具有强氧化性的特点作为钢材酸洗废液中亚铁的氧化剂既降低氧化成本又消除其强氧化性获得硫酸铁、氯化铁混合体系 聚合氯化硫酸铁()应用于污水絮凝沉淀、除磷、污泥脱水等水处理工艺 实验部分.试剂与仪器钢材酸洗废液(氯化亚铁含量 游离酸 )硅基清洗液含双氧水废硫酸(硫酸含量 双氧水含量.)硅基清洗液废磷酸(磷酸含量)氯酸钠、氧化铁粉均为工业级 多头智能磁力电热搅拌器 原子吸收光谱仪 型傅里叶变换红外光谱仪帕纳科 型 射线衍射仪 型 射线光电子能谱仪.溶液配制.硫磷混酸量取 硫酸缓慢注入 水中冷却后加入 磷酸冷却后用水稀释到 .氯化亚锡溶液(/)称取.氯化亚锡溶于 盐酸中加热溶解 冷却后稀释应用化工第 卷到 保存于棕色滴瓶中加入高纯锡粒数颗.制备.制备原理 将含强氧化性双氧水的废硫酸与含还原性氯化亚铁的钢材酸洗废液反应利用双氧水将氯化亚铁氧化从而达到消耗双氧水和氯化亚铁的目的 同时添加氧化铁粉消耗多余游离酸 添加适当的稳定剂后再通过氧化剂将剩余的亚铁氧化经过自水解聚合产生盐基度从而制备水处理剂 ()()()()(反应控制不好易产生此沉淀)()()聚合总反应:()()()().制备方法 称取钢材酸洗废液.(含、.)倒入 锥形瓶中磁力搅拌缓缓加入一定量的废磷酸和含双氧水废硫酸.(含 、.)反应 取样检测亚铁及游离酸含量根据检测结果计算氧化铁粉的量将.氧化铁粉加入锥形瓶中 加热 取样检测亚铁及游离酸含量根据检测结果计算氯酸钠的投加量及补加磷酸量 先加入适量稳定剂磷酸控制/质量比为.再缓慢投加氯酸钠反应 即得红棕色聚合物.分析方法.含量分析 采用 的分析方法.游离酸含量分析采用 的分析方法.产品分析按照/水处理剂 聚合硫酸铁取样测定产品全铁含量、亚铁含量及盐基度 结果与讨论.制备.稳定剂用量 由于反应体系中()在.时会产生沉淀为防止沉淀的产生必须添加稳定剂使其与()水解产物直接配位形成氧桥连接()结构 本研究选取磷酸作稳定剂用同批次的钢材酸洗废液.(含、.)和同批次含双氧水废硫酸.(含、.)氧化铁粉.以及同批次的废磷酸控制/质量比分别为.搅拌速度 /氧化铁粉溶解温度 溶解 取样分析氯化亚铁和游离酸含量根据氯化亚铁的含量再投加氯酸钠常温搅拌 得到最终产品 稳定剂投加量对 产品的各项指标和稳定性的影响见表 和图表 /的最佳投加量 /实验号废磷酸/质量比/游离酸(以 计)氯酸钠/产品全铁/亚铁/盐基度/稳定性/.图 稳定剂添加量对产品稳定性的影响.由图 和表 可知随着磷酸投加量的增加产品的稳定性增加当/质量比大于.时稳定性增加不明显 其产品的盐基度随磷酸用量呈单调下降趋势 因此综合考虑稳定剂的作用与成本将/的最佳质量比确定为.氧化反应温度以磷酸为稳定剂/的质量比为.用同批次的钢材酸洗废液、含双氧水废硫酸及表 中实验 相同的物料配比考察氧化反应温度对 稳定性的影响结果见表 第 期陈荔英:硅基清洗与钢材酸洗废液制备聚合硫酸氯化铁的研究表 氧化反应温度控制实验结果 实验号氧化反应温度/全铁含量/亚铁含量/盐基度/反应稳定性.反应温和.反应温和.反应激烈体系温度上升快.反应激烈体系温度上升快.反应激烈体系温度上升快 由表 可知随着反应温度的升高产品的稳定性呈急剧下降趋势产品的盐基度也略有下降 综合考虑性能与成本因素氧化反应温度控制 为最佳最高控制不超过 以保障体系安全温和的反应利于氧化剂的投加和产品稳定综上述实验结果可知利用钢材酸洗废液、含双氧水废硫酸及辅助氧化铁粉、氧化剂来生产水处理剂 是可行的也可实现废弃资源最大程度的利用 其最佳工艺配比为:稳定剂磷酸/质量比为.反应温度控制 为最佳最高控制不超过 .红外光谱分析选取表 中实验 的 经冷冻干燥后的样品加入溴化钾研磨后压片制样使用傅里叶变换红外光谱仪进行分析结果见图 图 的红外光谱图.由图 可知 为典型的 基团以及水分子中的 基团的对称伸缩峰 为配位 水 的 弯 曲 振 动 峰 为 弯曲振动峰 是 的伸缩振动峰峰强较弱可以推断磷为聚合态但不能确定其结构 等中强峰属于 的反对称伸缩振动为磷酸根聚合物多面体的特征峰 等认为()凝胶及各种铁氧化物都能吸附大量 其光谱图表明有双核络合物存在同时推断存在 桥链 也认为含磷酸盐铁溶液会生成无定形羟基磷酸铁沉淀并认为其结构可能为 和 的综合并认为两种絮凝剂的反应机制相同只是()对 的亲和力及水解能力更强 此外 是由 的弯曲振动和 的绕组振动引起的吸收峰 是 的吸收峰 红外光谱分析结果证明制得的 是一种由羟基桥连的铁和磷酸铁组成的无机高分子聚合物.射线衍射分析选取表 中实验 的 经冷冻干燥后的样品压片制样使用 射线衍射仪()进行分析(分 析 条 件:使 用 靶 辐 射 源 波 长 .电压 电流 加速电压 电流 连续扫描最小计量角度为.扫描范围 )结果见图 图 射线衍射谱图.数据采用 软件处理对比标准谱库衍射峰的位置得到物相分别为:、().和()结构的产品存在 根据文献聚合氯化铁的衍射峰为.和.在我们的谱图也出现只是峰顶位置相对位移根据 软件处理匹配到的结构应该是 ().的衍射峰说明这个结构的存在 由于从物相结构分析来看硫酸铁和氯化铁是分别结合羟基形成的聚集体并没有产生铁同时与硫酸和氯键合的结构正因为这些多重的结构使得所制备的产品在水处理的应用过程中展现更多样的离子静电协同作用使产品更适合多种不同污水杂质的絮凝、更能展现聚合硫酸氯化铁的优越特质.射线光电子能谱分析选取表 中实验 的 经冷冻干燥后的样品压片制样进行 分析(分析条件:激发源 射线(.)束斑 分析室真空度优于.工作电压 灯丝电流 全谱扫描:通能为 )数据采用 软件处理结果见图 和表 应用化工第 卷图 射线光电子能谱.由图 可知本产品含有、元素根据能谱图中光电子谱线强度(光电子峰的面积)得到原子的含量或相对浓度分别见表 表 原子含量和化学价态 元素 原子含量/化学价态 含量比例.氯化物.()(/):.():.:.:.:.:.:表中的各元素的分析符合投料中各元素的比例也符合化学容量分析的结果从而进一步说明所制备的聚合硫酸氯化铁结构就是多羟基硫酸铁和多羟基氯化铁的多种结构的聚集物.在造纸废水处理的应用某造纸厂废水(含量./、总磷含量./)分别以、市售聚合硫酸铁()为絮凝剂选取全铁.、盐基度.的 同样全铁投加量对比、总磷的去除效果结果见表 由表 可知 在造纸废水处理过程药剂添加量仅为市售 用量的 可达到比市售去除、总磷均略优的效果说明 产品在污水处理中电性中和、吸附架桥和卷扫作用能力比市售 还强第 期陈荔英:硅基清洗与钢材酸洗废液制备聚合硫酸氯化铁的研究表 在造纸废水处理的应用 药剂添加量/()出水/()去除率/出水总磷/()总磷去除率/.结论()以钢材酸洗废液和含双氧水废硫酸为原料在辅助剂氧化铁粉、氧化剂的存在条件下制备了水处理剂 实现了废弃资源最大程度的利用达到“变废为宝”其最佳工艺配比为:稳定剂磷酸/质量比为.左右 反应温度 为最佳最高控制不超过 产品的全部指标都符合/水处理剂 聚合硫 酸 铁 中 的 标 准 其 重 金 属 含 量 符 合.射线光电子能谱分析结果本产品含有、元素 分析结果其 的主要分子结构比例分别为:晶体表面含一定比例的氯化铁结构()在造纸废水处理过程药剂添加量仅为市售 用量的可达到比市售去除、总磷均略优的效果说明 产品在污水处理中电性中和、吸附架桥和卷扫作用能力比市售 还强参考文献:.(/):.汤兵朱又春刘奕玲等.钢材酸洗废液资源化与无害化技术.工业水处理():.鲁秀国黄林长张耀等.钢材酸洗废液制备聚合氯化铁及其絮凝性能.应用化工():.辛胜.钢管酸洗液制作聚氯化铁的方法与应用.山东化工():.方应森韩瑞瑞孙根行.聚合氯化铁的制备及其混凝性能.化工环保():.吴旭易娟王小赫等.一种从含有过氧化氢的废硫酸中 回 收 硫 酸 的 方 法:.孙江燕施立琦.一种从半导体清洗工艺的废酸中回收硫酸的方法:.曹福向梅唐玉斌.新型絮凝剂聚磷氯化铝铁的制备及性能研究.环境工程学报():.周风山王世虎苏金柱等.增效反应中聚合氯化铝红外结构特征的变化.光谱学与光谱分析():.:.:.():.:.黄增尉袁爱群石展望等.反应体系产物以及高温产物的光谱特征.光谱学与光谱分析():.():.():.().():.陈伟郑怀礼翟俊等.聚合硫酸铁钛混凝剂的制备及红外、紫外可见光谱分析.光谱学与光谱分析():.章兴华孙传敏龚国洪等.聚合氯化铝铁中()对()稳定性的保护作用.矿物学报():.