[发明专利]一种利用钢铁酸洗废水回收粉煤灰中硅石和聚合氯化铝铁的方法

说明书

本申请得到天津市应用基础及前沿技术研究计划项目(10JCZDJC24500)和天津市高等学校科技发展基金计划项目(20080514)课题的资助。

技术领域

本发明属于环保技术领域，涉及固体废物和工业废水综合利用以及污染废水治理的方法，特别涉及一种利用钢材酸洗废水中回收煤灰中硅石和聚合氯化铝铁的方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展，市场对钢材的需求越来越大，冷轧钢板、冷轧钢带和冷轧钢管在工农业生产中被大量使用。在钢材加工过程中，通常需要对钢板、钢带和钢管进行酸洗以清除其表面的氧化铁皮。通过酸洗，清除轧制过程中产生在钢材表面的氧化铁，可以提高钢材的表面质量。目前钢铁和汽车等行业往往采用盐酸(HCl)和硫酸(H₂SO₄)对钢管、钢丝、带钢和其它有色金属的酸洗除锈工艺。

钢材在冷加工前被浸泡在一定温度的酸液里，或在其表面上喷洒一定温度和一定浓度的酸液，以便去除表面上氧化层的方法叫钢材酸洗工艺。酸洗所用的酸洗液浓度通常为200g/L，在酸洗过程中不断地有二价铁离子（Fe²⁺）产生，其浓度逐渐增加；同时酸的浓度不断降低。当Fe²⁺的浓度达110~130 g/L，游离酸浓度降到30~60 g/L 时，酸洗效果就不是很好，酸洗液就无法再使用。为了保证酸洗产品的质量及效果，这时就需要将酸洗废液排出，换上新的酸洗液。目前，全国粗钢产量从2000年的1.3亿吨增长到2012年的7.16亿吨，同时产品质量也取得了快速发展。同时存在行业集中度，大中小型轧钢厂约有5000余家，其中较大型的企业就有100多家。全国每年大约要产生酸洗废液多达百万吨，并随着钢材产量和质量的提高而继续增加。酸洗废液的特点是浓度高，废液量大，温度高达50~100℃，而且含有相当数量的残余酸，同时富含亚铁盐。

酸洗废水就是指钢材酸洗工艺中排放出的含有高浓度Fe²⁺的一种强酸性废水，其主要成分是Fe²⁺、HCl或H₂SO₄，其pH值一般在0.2～1.0。在利用盐酸的酸洗过程中，盐酸原始质量分数可达到12%～25%，酸洗后盐酸浓度降低。当盐酸质量分数降至3%~5%即作为废酸排出。有的冷轧钢厂废酸中盐酸质量分数可达6%~8%。

中国的煤炭资源很丰富，勘探储量超过1万亿t，以煤炭消耗为基础的火力发电约占发电总量的80%，且煤炭能源结构较稳定。煤燃烧的主要产物是粉煤灰。2008年我国消耗的煤量约为28.5亿t，粉煤灰的年排放量达2亿余t。我国火电厂粉煤灰的主要氧化物成分包括：SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO、Na₂O、K₂O和CaO等，其中SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃的总量约占粉煤灰的85%以上。

随着我国国民经济发展对环境质量要求的日益提高，煤炭资源在加工和利用过程中所产生的环境问题也越来越引起人们的重视，燃煤不仅能增加有害气体排放量，而且其副产品粉煤灰及渣的处置也备受关注。主要表现在：（1）对水体的污染：粉煤灰对水体的污染主要是由于电厂直接向水域中排灰，当粉煤灰进入水体后，形成的沉淀物、悬浮物、可溶物等物质使水的浊度增加，从而恶化水质。在雨水等介质淋滤的过程中，粉煤灰中的部分有害元素易于淋出，对环境质量构成威胁。此外，在湿法排灰的过程中也可能会污染水体。(2)对土壤的污染：粉煤灰堆放占用土地时还可能会污染土壤，由于土壤具有吸附特性，会使土壤中一些元素含量增加，其中有害元素不能被微生物降解而积累在土壤中，并通过迁移、转化作用影响农作物的生长和质量，并通过食物链最终影响到人类的健康。(3)对大气的污染：当粉煤灰的水分蒸发，遇到四级以上风力时，就可以将表层的灰粒剥离扬弃，不仅影响大气的能见度，而且在潮湿的环境中易腐蚀建筑物、露天雕塑品。

燃煤电厂对大气环境污染最直接和最严重的表现为气态污染物和超细粉尘污染物。大气气溶胶的主要来源之一也是燃煤电厂所排放的粉煤灰。当粉煤灰细小颗粒长期滞留在大气中，一方面极易被人类或动物吸入体内，影响人类和动物健康状况。随着社会的不断进步，除尘脱硫等环保设施的日益完善，细小颗粒的粉煤灰产量也会大量增加。