【技術】兩種不同鹽酸酸洗廢液資源化處理技術的對比分析研究
作者： 日期：2023-04-30 來源： 關注：373
1 兩種鹽酸酸洗廢液資源化處理技術
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展, 能源緊張、資源短缺和環(huán)境污染已成為全球性的問題。金屬制品生產中一般會產生大量的工業(yè)鹽酸酸洗廢液（以下簡稱：廢鹽酸），以江蘇法爾勝泓昇集團有限公司為例，每年廢酸產量約5 000 t左右，其中含有HCl的質量濃度范圍0.05～5 g/L及FeCl2 質量濃度在60～250 g/L的含鐵廢鹽酸。廢鹽酸屬于危險廢物的一種（代碼HW34），具有嚴重的腐蝕性，如果直接排放不僅是一種極大的資源浪費，更會造成嚴重的環(huán)境污染。因此, 對廢液中的有價物質進行綜合回收, 具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益。目前, 國內外對此類廢液的處理方法主要有中和法、離子交換及膜法、萃取、濃縮蒸發(fā)等分離技術。根據(jù)鋼鐵及金屬制品行業(yè)清潔生產的要求，各類污染物的排放量及回收率、利用率做出嚴格的指標要求。因此，在廢酸的處置和資源化利用問題上，國外學者進行了大量的研究和探索，對現(xiàn)有金屬制品生產中產生的廢鹽酸提出了不同類型的資源化處理技術，歸納起來主要有：酸再生技術和酸凈化技術。筆者詳細介紹了這種技術，并對主要技術和相關經(jīng)濟效益進行了對比分析，為選擇適合的資源化廢鹽酸處理工藝提供有力的參考依據(jù)。
2 資源化處理鹽酸酸洗廢液的技術分析
2.1 酸再生技術
酸再生工藝主要目的是再生新鹽酸，即加入適當?shù)闹鷦?，通過一定的化學反應，同時獲得氯化氫氣體的水溶液及鐵系氧化物副產品。廢鹽酸再生的基本原理是利用FeCl2在高溫下、在有充足水蒸氣和適量氧氣的氣氛中能水解的特性，在焙燒爐中焙燒預濃縮過的廢鹽酸，使廢鹽酸中以FeCl2形式存在的鐵轉化成為Fe2O3分離出來，其水解的化學反應式如下：
反應生成的氯化氫氣體和從廢酸里蒸發(fā)出來的氯化氫氣體，經(jīng)過除塵凈化和冷卻，最后被水吸收而成鹽酸。反應生成固體經(jīng)收集做煉鐵原料或其他用途，以下以產生氧化鐵粉為例，介紹氧化焙燒一般工藝流程，如圖1所示。
廢酸再生技術主要包括流化焙燒、沸騰焙燒和噴霧焙燒等。流化焙燒或沸騰焙燒法是通過一個流化床將含有氯化氫的廢鹽酸氣體在一個單級洗滌釜中的釜底沉積并形成黏度20％的再生鹽酸溶液，同時副產品直徑3～5 mm、密度3.5 t/m3氧化鐵球的過程。噴霧焙燒是在氣體分離器中使用反應爐中的熱氣濃縮廢酸。酸再生工藝在技術上比較成熟可靠，且無二次污染，在回收鹽酸的同時還能得到副產物氧化鐵，資源綜合利用率高，具有較好的社會效益。
2.2 酸凈化技術
酸凈化工藝有多種，主要為采用離子交換樹脂或擴散滲析膜分離工藝。酸凈化技術原理主要是利用離子交換或膜分離技術以達到分離廢鹽酸中金屬離子和氫離子的目的，使得廢鹽酸中游離態(tài)的工業(yè)鹽酸從廢酸中凈化后，重新使用。。
離子交換技術和膜分離技術具有選擇性好，分離效率高、工藝簡單、操作方便、節(jié)能、無相變、無污染等特點。膜分離技術作為世界范圍內的高新技術已在多行業(yè)領域得到成功應用；在金屬制品加工領域，其主要用于重金屬酸性廢水處理和廢酸液處理，使用方法包括擴散滲析、電滲析等。擴散滲析是主要的酸凈化技術之一，采用半透膜或選擇透過性離子交換膜使溶液中的溶質由高濃度一側通過膜向低濃度一側遷移，從而獲得金屬離子含量較低的回收酸。電滲析是在直流電場的作用下，離子透過選擇性離子交換膜而遷移，使帶電離子從水溶液和其他不帶電組分中部分分離出來的一個電化學分離過程。
2.3 酸再生工藝和酸凈化工藝的技術性對比分析
以某金屬制品生產廠家為例，調配后新鹽酸中HCl質量濃度為200 g/L，F(xiàn)eCl2質量濃度為20 g/L，廢鹽酸中主要含有HCl和FeCl2，其質量濃度分別為50 g/L和250 g/L，通過以上兩種廢酸資源化利用技術的研究，針對同時對多種酸凈化和酸再生工藝的調研對比分析，可以得到分析結果見表1。
從表1可以看出，酸再生工藝和酸凈化工藝技術各有優(yōu)勢，其中酸再生工藝在鹽酸回收率、回收鹽酸濃度、鹽酸純度及再生鹽酸產量上有較大優(yōu)勢，同時副產物回收后有可觀的利用價值，因此技術可行性較高，同時也具備一定的不足，如：能耗高及廢氣、廢渣的產生及處理上，需進行工藝改進；酸凈化工藝簡單，具有較高的游離酸回收率，鐵離子截留率較高，同時無副產物純度及市場因素、粉塵污染等影響，能耗較低，對于一些酸純凈度有較大的優(yōu)勢，但是酸回收濃度較低，同時會產生大量含鐵離子的酸性廢水，需要處理。因此，兩類工藝在處理廢酸技術上，各有不足之處。
表1 酸再生工藝和酸凈化工藝技術性對比分析
技術分析對比指標 | 酸再生工藝 | 酸凈化工藝 |
鹽酸回收率 | 高（>98%） | 高（>90%） |
回收鹽酸質量濃度 | ≥190 g/L | (170±20) g/L |
Fe2+回收利用率 | 95%以上 | 0 |
鹽酸純度 | 高（≥95%） | 低（80%～95%） |
再生鹽酸產量 | 96%以上 | 90%以上 |
能耗 | 高，以蒸汽和電為主 | 低，主要靠樹脂吸附及水驅動力 |
副產物處理 廢物處理 工藝難度 設備運行時間 | 氧化鐵/氯化鐵/氯化亞鐵，純度高，可回收 需處理含氯化氫、氯氣廢氣及含鐵廢渣 復雜 短 | 無 含鐵酸性廢水 簡單 長 |
2.4 酸凈化和酸再生工藝主要經(jīng)濟指標分析
以廢鹽酸產生量及處理量為20 t/a的設備為基礎，對酸凈化工藝和酸再生工藝的主要經(jīng)濟指標進行分析，見表2。
表2 20t/a廢鹽酸再生工藝和酸凈化工藝經(jīng)濟指標分析
項 目 | 酸再生工藝 | 酸凈化工藝 |
初投資預估 | 300萬元 | 200萬元 |
運行能耗 | 250～800元/t | 150元/t |
副產物回收 | 500～1 500元/t | 0 |
投資回收期 | 5～10 a | 無 |
設備折舊 | 10 a | 易損件5 a（占70%），其他10 a |
維護費用 | 低，約3萬 元/a | 高，約10萬 元/ a |
廢物處置成本 | 5萬元 | 5萬元 |
年收益 | 195萬元（收益） | 190萬元（節(jié)省成本） |
可知，酸再生工藝和酸凈化工藝兩類設備在初期設備投資及廠房投資上有一定差距，但從投資收益期看，酸再生工藝時間較短，約為5～10 a；維護費用較低，副產物出售價格500～1 500元/t，根據(jù)當前的工業(yè)用天然氣、蒸汽及水電價格，項目全年預計產生190萬元的額外收益，同時每年廢棄物處理及設備維修約8萬元。而酸凈化工藝最大的優(yōu)勢在于充分使用游離態(tài)的新鹽酸，同時將廢酸這類危險廢物對環(huán)境的危害降到最小，變成酸性廢水后，經(jīng)酸堿中和后接管。酸凈化工藝投資后，含有70%的膜和樹脂部分視情況有3-5年的折舊，其他占設備30%的部分是10 a折舊，無收益，但是每年可節(jié)省新酸使用成本約190萬元，按照每年使用5 000 t工業(yè)鹽酸計算，每年廢液處理和設備維修約15萬元，但由于沒有副產物收益，因此投資回收期相對較長
文章來源：工業(yè)鹽酸廠家 http://yljgdk.com 提供的信息