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廢酸的處理方法

硫酸廣泛應用於化工、鋼鐵等行業。在很多生產過程中,硫酸的利用率很低,大量硫酸隨含酸廢水排放。如果這些廢水不經處理就排放到環境中,不僅會使水體或土壤酸化,還會對生態環境造成危害,浪費大量資源。近年來,許多國家制定了嚴格的排放標準,與此同時,先進的處理技術在世界範圍內迅速發展。廢硫酸和硫酸廢水除含有酸性外,還含有大量雜質。根據廢酸和廢水成分和處理目標的不同,國內外采用的處理方法大致可分為三類:回收利用、綜合利用和中和處理。

1廢硫酸的回收再利用廢硫酸中硫酸的濃度較高,經處理後可回收再利用。處理主要是去除廢硫酸中的雜質,同時富集硫酸。處理方法包括濃縮、氧化、萃取和結晶。

1.1濃縮法這種方法是使廢稀硫酸中的有機物在加熱濃縮過程中發生氧化、聚合等反應,然後轉化為暗凝膠或懸浮物並過濾出來,從而達到去除雜質和濃縮稀硫酸的雙重目的。這種方法應用廣泛,技術成熟。在高溫濃縮法廣泛應用的基礎上,又發展了壹種更先進的低溫濃縮法,下面分別介紹。

1.1.1高溫濃縮法淄博化工廠生產三氯乙醛過程中產生廢硫酸,其中H2SO4質量分數為65% ~ 75%,三氯乙醛質量分數為1% ~ 3%,其他有機雜質質量分數為1%。過濾其沈澱物後,工廠直接用煤加熱蒸餾。回收的濃硫酸無色透明,H2SO4質量分數大於95%,未檢出三氯乙醛。堿水解、蒸餾和過濾後,可從沈澱物中回收氯仿。該廠廢硫酸處理能力為4000t/a,回收硫酸利潤為55萬元/a [1]。

日本木村大同化學機械公司的廢硫酸濃縮方法是搪玻璃升膜蒸發和分段真空蒸發相結合,將廢硫酸中H2SO4的質量分數從10% ~ 40%濃縮到95%。該工藝分為三段,前兩段用不滲透石墨管加熱器蒸發濃縮,最後壹段用搪玻璃升膜蒸發器濃縮。在每壹段中,H2SO4的質量分數分別逐漸增加。加熱過程中采用高溫熱載體,溫度為150 ~ 220℃,可將有機物轉化為不溶物,然後過濾出來。該工藝在2t/h的中試規模上進行了試驗,5年來運行良好。該工藝適應性強,可用於處理含有多種有機雜質的廢硫酸[2]。

1.1.2低溫濃縮法和高溫濃縮法的缺點是硫酸和酸霧的強腐蝕性對設備和操作人員危害很大,實際操作很麻煩。因此,近年來發展了壹種改進的濃縮方法,稱為汽液分離非揮發性溶液濃縮法(簡稱WCG法)[3]。

WCG法的原理和過程是:廢稀硫酸由耐酸泵從儲罐泵入循環濃縮塔進行濃縮,然後經換熱器加熱,強制霧化並進壹步強制汽化,分離出的氣體經高度除霧後進入氣體凈化器,凈化後排放。分離出的酸再次返回循環濃縮塔,經過反復循環濃縮和蒸餾後,泵入濃硫酸儲罐。濃硫酸可作為生產原料重復使用。

WCG濃縮裝置主要由換熱器、循環濃縮塔和引風機組成。換熱器采用石墨,濃縮塔采用復合聚丙烯,泵和引風機為耐酸設備。

與高溫濃縮法相比,該方法具有蒸發溫度低(50 ~ 60℃)、蒸汽消耗少、成本低(每噸稀硫酸濃縮電耗和蒸汽成本約30 ~ 60元)的優點。上海第五染廠分散深藍H-GL生產的稀硫酸(H2SO4含量為20%)和上海第八染廠、武漢染廠、濟寧染廠染料中間體生產的稀硫酸采用WCG法濃縮,均取得明顯效果。

用WCG法濃縮稀硫酸時應註意以下幾點:(1)濃縮過程中如果有固體物質析出,會影響傳熱效果和廢酸的分離;(2)設備不密閉,如果廢酸中有揮發性物質,會影響工作環境;(3)裝置主體材料為復合聚丙烯,工作溫度受主體材料限制,不能超過80℃;(4)本方法僅適用於H2SO4含量小於60%的稀硫酸。

1.2氧化法這個方法用了很久了。其原理是廢硫酸中的有機雜質在適當的條件下被氧化劑氧化分解,使其轉化為二氧化碳、水和氮的氧化物並與硫酸分離,從而凈化回收廢硫酸。常用的氧化劑有過氧化氫、硝酸、高氯酸、次氯酸、硝酸鹽和臭氧。每種氧化劑都有其優點和局限性。

天津染料八廠用硝酸氧化蒽醌硝化廢酸[2,4]。操作過程如下:將廢酸稀釋至30% H2SO4質量分數,最大限度沈澱其中所含的二硝基蒽醌。廢酸經過濾罐真空過濾後,進入升膜管式蒸發器,在112℃、88.1kPa的條件下。水蒸氣和酸在水力旋流器中分離(此時H2SO4的質量分數約為70%),廢酸流入鑄鐵濃縮釜(280 ~ 310℃,真空度6.67 ~ 13.34 kPa)。水蒸汽由噴射泵抽出,使H2SO4的質量分數達到93%,然後流入搪瓷氧化槽,加入濃硝酸(HNO3)。反應中產生的壹氧化氮氣體被堿溶液吸收。

硫酸在高濃度(H2SO4質量分數為97% ~ 98%)和高溫下也具有很強的氧化性,可以完全氧化有機物。如處理苯並呫噸酮廢酸、分散藍廢酸、分散黃廢酸時,將廢酸加熱至320 ~ 330℃氧化有機物,部分硫酸還原為二氧化硫。由於硫酸的濃度和溫度過高,會產生大量酸霧,造成環境汙染,同時會消耗壹定量的硫酸,降低硫酸的產量,因此其應用受到很大限制。

1.3的萃取方法是有機溶劑與廢硫酸充分接觸,使廢酸中的雜質轉移到溶劑中。對萃取劑的要求是:(1)對硫酸呈惰性,不與硫酸發生化學反應,不溶於硫酸;(2)廢酸中的雜質在萃取劑和硫酸中分配系數高;(3)廉價易得;(4)易與雜質分離,反萃時損失小。

常見的萃取劑包括苯(甲苯、硝基苯和氯苯)、苯酚(雜酚油和粗二酚)、鹵代烴(三氯乙烷和二氯乙烷)、異丙醚和N-503。

大連第八染料廠用氯苯萃取含二硝基氯苯和對硝基氯苯的廢硫酸,使廢水中有機物含量由30000 ~ 50000 mg/L降至200 ~ 250 mg/L [2]。濟鋼焦化分公司采用廉價的C-I萃取劑和P-I吸附劑處理該廠再生硫酸,取得了良好的效果[5]。該工藝將再生硫酸用C-I萃取劑萃取分離,然後依次用P-I吸附劑和活性炭吸附,得到純凈的再生硫酸。為了防止腐蝕,提取罐和吸附罐襯有鉛。該廠廢硫酸處理能力為500噸/年,回收硫酸250噸,價值7.5萬元。

與其他方法相比,萃取法的技術要求更高,萃取劑不容易同時滿足上述四個要求,運行成本也高。

1.4結晶法當廢硫酸中含有大量有機或無機雜質時,根據其特性,可考慮采用結晶沈澱法去除雜質。

如南京軋鋼廠酸洗工序排放的廢硫酸中含有大量的硫酸亞鐵,可采用濃縮-結晶-過濾的工藝進行處理[6]。過濾除去硫酸亞鐵後的酸液可返回鋼鐵酸洗工序繼續使用。

重慶某化工廠在常壓下濃縮H2SO4含量為17%的鈦白廢酸,結晶熟化後過濾,濾渣經打漿、洗滌後得到回收的硫酸亞鐵。濾液在93.4kPa的真空下濃縮、結晶和過濾,得到H2SO4質量分數為80% ~ 85%的濃硫酸,第二次過濾的濾渣也轉移到制漿工藝中回收硫酸亞鐵[7]。

2 .廢硫酸和含硫酸廢水的綜合利用

如果生產排放的廢硫酸或含硫酸廢水不能再直接用於原工藝,可考慮用於其他對硫酸質量要求不高的生產工藝,以節約資源,減少廢酸排放。另外,壹些以硫酸為原料的生產工藝,如果對硫酸中的雜質要求不嚴格,也可以直接使用廢硫酸或稍加處理後作為原料使用。

比如別倫科夫。D.A利用硫酸廠含砷5.2g/L的廢酸液,分別加入8.78g/L的Cr2O3、3.26g/L的ZnO和3.00g/L的CuCO3,制成木材防腐液,pH值為1.7,松木浸泡在此溶液中能有效防止黴菌的生長[8]。托特、安朵斯等人嘗試將煉油廠的硫酸廢水與褐煤粉煤灰混合,加水後再與勃蘭特水泥混合,制成高強度混凝土,可用於鋪路和建築行業[9]。

Shimko,I.G利用含硫酸的廢氣洗滌水與粘膠纖維廠排放的含Al(OH)3的汙泥反應生成Al2(SO4)3,用作水處理的混凝劑。該方法硫酸鋁的回收率為85% ~ 95% [10]。溫州染化總廠以明礬渣和廢硫酸為原料,生產工業級硫酸鋁。此外,利用廢硫酸或硫酸廢水還可以生產許多硫酸鹽工業產品。如印度的Mokanty,Bibhupada等人利用洗滌劑廠的含硫酸廢水,在壹個反應塔中與銅顆粒和銅屑反應,溶液經結晶過濾可制得硫酸銅晶體[12]。

濟寧二化工廠利用廢硫酸(H2SO4含量為20%)與菱錳礦或軟錳礦反應生產工業級硫酸錳。工藝流程如下:將菱錳礦或軟錳礦與廢硫酸混合進行酸解,酸解物料經液壓過濾。濾渣經打漿、壓濾後以廢渣形式排放,洗滌液返回酸解工序。產品硫酸錳[13]經除雜、過濾、蒸發結晶、離心分離、幹燥後得到。

硫酸銨肥料可以通過用氨中和廢硫酸來制備。廢酸中的有機雜質壹般在制備硫酸銨後除去。去除雜質的主要方法有萃取法、氧化法、鹽析法、混凝法和離子交換法。

3廢硫酸和含硫酸廢水的中和處理對於硫酸濃度低、水量大的廢水,由於回收的硫酸價值不高,難以進行綜合利用。可用石灰或廢堿中和,使其達到排放標準或有利於後續處理。

以上海硫酸廠為例。工廠每天排放3600噸含硫酸的廢水,pH值為2.6,其中還含有少量的砷和氟。該廠采用電石泥(主要成分為Ca(OH)2)中和,聚丙烯酰胺作混凝劑,Rs作氧化劑。廢水采用中和-混凝-沈澱-氧化工藝處理,既中和了酸,又去除了氟和砷,出水達到排放標準[14]。

除上述常用方法外,廢硫酸和含硫酸廢水的處理方法有電解法、冷凍法、熱解法、滲析法、氣提法等。[16 ~ 19],但在國內,濃縮回收和中和處理仍是應用最廣泛的方法。在生產中,應根據廢硫酸或含硫酸廢水的濃度和所含雜質的成分選擇回收或處理方法。特別是對於精細化工中產生的廢硫酸或硫酸廢水,由於有機雜質極其復雜,硫酸濃度變化很大,處理量不大,根據具體情況選擇壹種投入少、收效大的方法更為重要。