[发明专利]一种熔融结晶法浓缩稀硫酸的方法

说明书

一种熔融结晶法浓缩稀硫酸的方法，主要是利用硫酸与水的熔点差异实现浓缩稀硫酸，该熔融结晶法浓缩稀硫酸，能实现稀硫酸废水零排放，同时，获得可用或可销售的稀硫酸产品，以及可以回用的低温工艺水或公用工程水，能耗显著低于蒸发或精馏方法，设备简单，可靠性高，易于放大，设备投资低。

技术领域

本发明涉及到化工、环保领域，一种用熔融结晶法浓缩稀硫酸的方法。

背景技术

硫酸是重要的基本化工原料，在化工、钢铁等行业应用广泛。许多工业过程使用的硫酸最终以废酸方式经处理后排放，造成严重的资源浪费和环境污染问题，例如，在硫酸法生产钛白粉过程中，每生产1吨钛白粉将产生浓度为20%左右8~10吨废酸以及大量浓度为2%左右的酸洗废液；涤纶生产过程中会产生大量浓度约为5%的稀硫酸；钢铁企业为除去钢铁表面的氧化皮和锈蚀物，常用20%-25%的硫酸溶液在95-100℃时进行酸洗，产生大量含5%-10%硫酸和2%-15%亚铁离子的酸洗废液；据国家统计局数据显示，2013年1-8月全国硫酸产量(以H₂SO₄计)53390 千吨，同比增长5.1％，如此巨量的硫酸作为原料进入工厂产生的废酸的量是惊人的。

当前处理稀硫酸废水的主要方法有：

（1）稀释后排放----需要大量的不含酸的水；

（2）加碱中和后排放----需要增加碱的消耗，同时产生含盐废水，需要进一步处理；

（3）回收----这一方法被研究了多年，主要有蒸发浓缩法、离子交换法、膜蒸馏法，但因成本高、无效益，工业上很难接受。

现有的典型回收方法简述如下：

蒸发浓缩法是回收稀硫酸废水中废酸研究最多的方法，又分为真空蒸发浓缩、多效蒸发浓缩、撞击流蒸发浓缩、文丘里蒸发浓缩、喷雾蒸发浓缩等多种方法，其本质都是通过蒸发手段实现水与硫酸的分离。蒸发浓缩法是借助硫酸与水的沸点与挥发度差异，利用气液两相平衡时硫酸在气液两相中的组成分布不同，实现的分离，这种方法的特点是需要将稀硫酸溶液蒸发、再冷凝，尽管可以采用单级或多级、单效或多效等分离手段，能耗高是本技术的显著特点之一，尽管技术上可行，但因为获得的稀硫酸的单价低，企业通常会赔本运行，因此，企业通常难以接受。

离子交换法是Michael Gasik等人开发的，利用阳离子交换膜在电解槽中浓缩稀硫酸，此法已申请专利，专利号为2012006740A1，此项专利技术的优点是待浓缩稀硫酸浓度可低至1wt%，为浓缩低浓度硫酸提供了途径，生成燃料气体氢气作为副产品，具有一定的经济效益，缺点是利用高品位能电能作为供应能源，从热力学角度上不符合合理用能的标准，并且原料气纯SO₂气体价格较高，经济效益有待检验。

膜蒸馏技术是一种将膜技术与蒸馏技术结合起来的新型分离技术，其过程的传质推动力是膜两侧的蒸气压差（通常情况下，由膜两侧的温差引起），利用膜的疏水性、多孔性等特点，热侧稀硫酸溶液中可挥发的组分—水在膜的内表面处汽化成水蒸气，然后扩散通过膜孔进入冷侧并被冷凝液冷凝，其他非挥发性组分如H2SO4则被疏水膜阻挡停留在热侧，从而实现稀硫酸浓缩的目的。自20世纪90年代起，周康根、张贵清以及赵学明、李晓君等人就利用膜蒸馏浓缩回收废酸做了大量的工作，建立了膜蒸馏装置，确定了该方法的实验参数、操作效果、传递机理。

发明内容

为了更便捷有效的从稀硫酸废水中浓缩回收稀硫酸，本发明提供一种熔融结晶法浓缩稀硫酸的方法，主要是利用硫酸与水的熔点差异实现浓缩稀硫酸，该熔融结晶法浓缩稀硫酸，能实现稀硫酸废水零排放，同时，获得可用或可销售的稀硫酸产品，以及可以回用的低温工艺水或公用工程水，能耗显著低于蒸发或精馏方法，设备简单，可靠性高，易于放大，设备投资低。