膜技术在处理钢铁酸洗废硫酸中的应用

张鲜苗 李志刚 陈晓丹

摘 要：文章通过研究硫酸亚铁在不同浓度、温度下饱和度不同的性质，用扩散渗析膜技術处理钢铁酸洗废酸的前期论证、现场实验，现已实际应用于对废酸回收利用的生产中。目前，该系统运行正常。现就该项膜技术对废酸回收的原理、工艺流程等情况做以介绍。

关键词：扩散渗析;酸回收率;硫酸亚铁饱和度;温度;浓度

一、 引言

随着钢铁消费市场的不断扩大，近年来，我国的钢铁生产规模已急剧增长，其产量已达到了始料不及的程度。然而，在钢铁酸洗过程中，当洗板酸液中金属离子浓度超过规定值时，必须设法降低金属离子浓度，以满足工艺需求。目前的通常做法是先排出一定量的金属离子浓度超标酸液，再补充新酸液。排出的废酸液，酸浓度较高，当前较成熟的废酸回收方法是焙烧或蒸馏等。由于这种废酸回收方法存在一次性投资成本大、二次污染环境、效率低等问题。随着膜技术在水处理方面的应用与发展，为扩散渗析膜技术在酸回收中应用奠定了基础。

二、 废酸水的主要特征

为了使扩散渗析膜技术处理钢铁酸洗废酸的效果更有说服力，前往潍坊某特钢企业提取废酸样进行模块实验，废酸水特征如下。

硫酸浓度7%，硫酸亚铁达到饱和（酸液静置24小时后底部有大量硫酸亚铁晶体析出）。昼夜温差十度左右，由析出晶体初步判定硫酸亚铁饱和度与温度有关。做验证性试验及结果如下。

（一）硫酸亚铁饱和度与温度的关系

取含7%硫酸的过饱和硫酸亚铁溶液5份500ml分别放入17℃、25℃、30℃、35℃、40℃水浴锅中，静置2小时后分别检测铁离子浓度。

图1数据表明随着温度的升高，硫酸亚铁饱和度增加，温度在35℃左右饱和度趋于平稳。

（二）硫酸亚铁饱和度与硫酸浓度的关系

取硫酸亚铁溶液7份500ml分别放入适量硫酸调节酸度，加热充分溶液后静置18小时后分别检测铁离子浓度。数据如图2。图2数据表明，随着硫酸浓度的增加硫酸亚铁饱和度降低。

（三）相同温度酸度下硫酸亚铁饱和度对比

分别取含硫酸2%和12%的过饱和硫酸亚铁溶液500ml，在设定好温度的水浴锅中静置2小时，检测铁离子浓度，数据如图3。图3数据表明，相同温度下，硫酸浓度越高硫酸亚铁饱和度越低。

基于以上研究，得出以下结论：硫酸亚铁饱和度随着温度的升高而增加，随时硫酸浓度的升高而降低。

三、 扩散渗析膜法回收废酸原理及工艺流程说明

（一）扩散渗析膜法回收废酸原理

整个装置是由一定数量的膜组成的一系列结构单元;其中每个单元由一张阴离子均相膜隔开成渗析室和扩散室，采用逆流操作，在阴离子均相膜的两侧分别通入废酸液及接受液（自来水）时，废酸液侧的酸及其盐的浓度远高于水的一侧，根据扩散渗析原理，由于浓度梯度的存在，废酸及其盐类有向扩散室渗透的趋势，但膜对阴离子具有选择透过性，故在浓度差的作用下，废酸侧的阴离子被吸引而顺利地透过膜孔道进入水的一侧。同时根据电中性要求，也会夹带阳离子，由于H+的水化半径比较小，电荷较少;而金属盐的水化半径较大，电荷较多，因此H+会优先通过膜，这样废液中的酸就会被分离出来。

（二）工艺流程

由于钢铁酸洗行业中的废酸含量高、铁离子含量高、铁离子浓度易变等特点，特设计废酸回收的工艺流程图。

（三）工艺说明

废酸中含有大量的固体杂质和悬浮物，首先进入沉降池，再用泵输送经过滤器进一步去除悬浮物;料液升温至35度进入膜系统。

漂洗水升温至35℃后与料液同时进入膜系统，回收酸自流进入回收酸缓冲罐，缓冲罐出口配置泵将料液打入配酸罐。残液自流进入残液缓冲罐（要求该储罐入口高度低于设备高度），再用泵将残液进行冷却结晶，因为温度越低硫酸亚铁的饱和度越低。

料液和漂洗水升温是基于硫酸亚铁饱和度随着温度升高而增加，这样也就降低了硫酸亚铁在膜系统中析出的风险。膜系统温度需要控制在40℃以下，所以设置料液和水的温度为35℃。

四、 运行效果

嘉兴某不锈钢企业和山东某钢帘线企业的项目实施后，笔者跟踪投运后的生产状况，对运行效果进行了分析。该项目废酸回收率在85%左右，铁离子截留率在90%以上。而且每年减少大量处理废酸用的石灰及高分子絮凝剂。每年产生的经济效益相当可观。同时水处理产生的污泥量减少，也产生了良好的环境效益。

五、 结语

“扩散渗析膜技术”工艺在钢铁酸洗废酸回收项目上运用是完全可行的。该项工艺流程简单，设备占地少，易于操作维护。设备一次性投资相对较低，酸回收率相对较高，产生良好的经济效益。避免了因焚烧或蒸馏而引起的二次污染问题，减少了通过废水处理的污泥产生量，减轻了对区域环境的压力。

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作者简介：张鲜苗，李志刚，陈晓丹，山东天维膜技术有限公司。