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废酸再生脱硅预处理浅谈

时间:2013-08-22 15:24 文章来源:http://www.lunwenbuluo.com 作者:杨学斌 点击次数:

  1.前言
  冷轧酸洗线盐酸洗去带钢表面的氧化铁皮(化学组成主要为Fe2O3、Fe3O4、FeO),在酸洗过程中会产生大量的酸洗废液(主要成分是FeCl2、FeCl3和HCl),如果将其直接排放会给生态环境带来严重的污染,同事造成极大的浪费。喷雾焙烧法酸再生生产线的引进主要作用为将酸洗线排放的废酸再生成可被酸轧线重复利用的再生酸,并副产高附加值的氧化铁粉,氧化铁粉Fe2O3含量较高、其他杂质含量较少的高品质氧化铁粉可以作为磁性材料工业生产的铁氧体用于生产电子类产品。由于钢材内含锰、铝、硅等杂质,这些杂质在带钢酸洗时随着氧化铁皮一起进入酸液,因此废酸直接或预处理工艺控制不当焙烧,生成的铁粉中除Fe2O3、FeO外还有Al2O3、MnO、SiO2等杂质直接影响氧化铁粉质量,增加和改善脱硅预处理工艺能有效改善氧化铁粉质量。
  2.脱硅工艺
  2.1 工艺流程简述
  废酸罐中的废酸用酸泵经废酸加热器加热后进入中和罐内,与中和罐内加入的铁屑反应以去除废酸中的游离HCl和Fe3+,中和后的废酸经冷却器进入1#、2#PH调节罐,调节罐中加入的定量氨水,同时鼓入一定量的压缩空气,以调节PH值、生成Fe(OH)2并使部分Fe(OH)2转化为Fe(OH)3,使SiO2等杂质包裹在Fe(OH)3的空间点阵结构中进入絮凝罐,絮凝罐中加入稀释的絮凝剂,使氢氧化铁颗粒和SiO2颗粒以沉淀泥浆形式经沉淀罐沉淀分离出来,从而达到脱硅的目的。沉淀罐底部的泥浆经过滤压机进行压滤后,滤液和沉淀罐上方溢流下来的清液流入净化铁液收集罐,再用泵送到罐区的净化铁液储罐作为盐酸再生生产使用。
  2.2 主要工艺步骤和控制
  (1)废酸(WPL)加热及中和
  用泵将废酸由储罐抽吸经由石墨加热器中,在此用蒸汽加热至90-95OC,然后进入到充满铁屑(碎边)的中和槽内。经加热后的废酸在水平中和罐内迂回通道中与碎边循环接触,废酸中游离的HCl与铁屑发生反应,生成氢气和氯化亚铁,在中和罐中废酸停留时间约12小时足够去除所有游离的HCl,使PH值达到1.0。
  (2)一、二级PH调节
  来自中和罐的待处理废酸经由另一个石墨换热器冷却到40-45OC之后,用泵抽吸到1#PH值调整罐,加入浓度为25%的氨水溶液控制PH值升高到2.5-3.0,同时加入一定量的压缩空气以将少量的Fe2+氧化成 Fe3+。然后使部分酸液中和并溢流到2#PH值调整罐中,2#PH调节罐加入25%浓度的氨水调节PH值继续升高至4.0-4.5。在1#和2#PH值调整罐中,其PH值均由在线PH计进行检测并通过氨水计量泵进行流速控制来自动进行PH值控制。
  (3)絮凝及沉淀
  在絮凝罐中,带有絮状氢氧化铁的酸液在一定浓度的絮凝剂助凝作用下,使得分离的细小论文部落絮粒相互接近,形成较大的颗粒,并在具有大表面积的沉淀槽中沉淀,含有絮状物的液体流入该沉淀槽。液体经一个中间溜槽进到沉淀罐中,平均在此停留时间为10小时左右。在这段时间内,絮状物沉淀到底部而与处于顶部的澄清液体(净化铁液)相分离,得到澄清的液体溢流到净化铁液缓冲抽吸罐中。
  沉淀罐底部的沉淀物由泥浆泵打到板框式压滤机进行脱水处理。将滤出液返回到净化铁液缓冲罐。用泵将净化铁液由该缓冲罐送到罐区的储罐以备焙烧。
  3.影响脱硅效果的因素
  脱硅预处理效果的好坏决定着后续酸再生焙烧工艺氧化铁粉副产品中硅含量的高低,在生产运行中摸索出合适的运行参数是脱硅预处理系统的重点和难点,需要在生产过程中不断调整和优化。影响脱硅效果的因素包括中和罐的反应、氨水投加量、压缩空气量、絮凝剂投加量反映这些因素的主要判断指标为格工艺环节的PH值。
  (1)中和罐反应
  一般情况下进入中和罐的废酸PH值都小于0,游离HCl浓度约44mg/l左右,为确保脱硅后续工艺要求,中和罐出口废酸PH值宜控制在1-2之间。由于废酸中游离HCl与碎边的反应在常温下反应速率很慢,无法达到连续进行脱硅处理的目的,在废酸进入中和罐与碎边发生反应前,需要对废酸进行加热。经验表明中和罐中保持过量的碎边,通过调节蒸汽的流量控制废酸温度在90-95oC,废酸停留时间约12小时后,废酸PH控制可达到1-2之间。
  (2)氨水和压缩空气投加量
  一、二级PH调节的主要目的是在废酸液中形成足够量的Fe(OH)3絮体以吸附捕集废酸液中的SiO2。由于Fe3+、Fe2+水解产生H+,所以废酸液(主要成分FeCl2和 FeCl3)都呈酸性,提高PH值利于水解并产生Fe(OH)3、Fe(OH)2沉淀。因为Fe3+、Fe2+一级水解形成H+,使PH值在1附近,所以在中和罐中不形成Fe(OH)3和Fe(OH)2絮体,由于Fe3+水解能力强于Fe2+,所以在PH=3-4时就会形成Fe(OH)3絮体富集,Fe2+水只有在PH=6-7时才形成沉淀。在一、二级PH调节环节氨水和压缩空气的投加量是重要控制指标,氨水和压缩空气投加量过少,PH值过低中和反应不充分,生成的Fe(OH)3量少,脱硅效果不好,氨水和压缩空气投加量过多,PH值过高则会造成污泥量过大甚至影响净化铁液FeCl2含量,在生产运行中,1#PH调节罐PH值宜控制在2-3之间,主要通过氨水投加和控制中和罐出口PH值实现;2#PH调节罐PH值宜控制在4-4.5之间,主要通过控制氨水投加来实现,除依靠PH值判断调整氨水和压缩空气投加量外,观察进入沉淀罐的酸液颜色也非常重要,正常的颜色为棕黄色或土黄色,如果进入沉淀罐的废酸颜色偏黑偏深,说明压缩空气的投加量过高。
  (3)絮凝剂投加
  混合液中生成的Fe(OH)3絮体疏松、分散呈悬浮状态,难以自然沉降去除,在絮凝罐中定量投加特定浓度的絮凝剂,使形成的絮体越来越紧密,形成较大的絮状物加快沉淀速度,可以得到色泽清亮净化铁液。絮凝剂的投加量是一项极其重要的指标,如在反应中不能形成很好的Fe(OH)3絮体,就会影响脱硅的效果,絮凝剂的配置浓度和配制方法对脱硅的工艺影响很大,针对不同的工况絮凝剂的最佳投加量需根据废酸流量、PH值、温度通过试验得出。
  4.结论
  在脱硅工艺流程中反应温度控制、停留时间、碎边投加,氨水的投加,絮凝剂投加决定着净化铁液的质量,整个脱硅预处理效果影响因素的核心判断指标是各工艺环节的PH值。在生产过程中,中和罐出口废酸PH控制在1-2之间,一级PH调节罐PH值控制在2-3之间,二级PH调节罐出口PH值控制在4-4.5之间,絮凝剂投加量控制得当可以取得较好的脱硅效果,得到理想的净化铁液。
  参考文献
  [1] 张金升,张贤军,庞来学等.氯化铁水溶液和氯化亚铁水溶液性能研究
  [2] 洪运涛,乔梁,刘新华.Ruthner—喷雾焙烧法废盐酸再生技术在冷轧中的应用.现代化工,2005,25(1).48.
  [3] 李华彬,何安西,蔡斌等.酸再生工艺参数对氧化铁粉质量的影响.钢铁钒钛,1999.20(1).49
  [4] 酸再生提高氧化铁粉质量浅析 乔梁 2008

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