酸再生提高氧化铁粉质量浅析

丁永庆

（河钢股份有限公司唐山分公司，河北 唐山 063016）

在冷轧钢板的过程中，会进行酸洗的这一个步骤，酸洗过程中遗留下来的废弃盐酸会进入酸再生炉中进行反应，在这个反应的过程中，废弃盐酸会与空气进行反应，主要是与氧气反应，在高温的条件下，大约在600-700°C的范围内，会与氧气反应生成三氧化二铁与四氧化三铁，主要的产物是三氧化二铁，这是产生的一种副产品，用途和价值都极为广泛，但是由于现阶段下的技术不够成熟，导致氧化铁粉的质量相对较低，不能够达到要求，其中最为主要的影响因素就是酸再生炉中产生反应时的各个参数，研究好各个参数之间的关系，再根据这些关系采取措施。本文主要从酸再生炉里的反应原理出发，根据原理中不可避免的一些缺陷，进行一定举措，将氧化铁粉的质量提高到想要达到的结果。从而依靠这些改进措施，重新编制原有的控制程序。

1 酸再生炉中化学反应原理

酸洗冷轧钢板所剩余的废弃盐酸，经过酸再生炉与高温的气体进行反应会产生氧化铁粉，但是产生的氧化铁粉的质量并不会很高，为了对氧化铁粉的质量进行提高，可以从酸再生炉中所产生的化学反应出发分析，导致产生的副产品氧化铁粉质量低下的原因，针对原因制定改进的方案。具体的操作原理如下：

在酸再生炉中，所进行的反应如上所示，第一个化学反应式中，废弃的盐酸氧化铁粉，生成了氯化亚铁，氯化亚铁在再生炉中与高温状态下的水蒸气和氧气反应，就可以生成三氧化二铁；第二个化学反应式中，废弃的盐酸与铁粉反应会生成一部分的氯化铁，氯化铁与高温水蒸气反应后会生成三氧化二铁与氯化氢，氯化氢溶于水又可以加强废弃的盐酸的浓度，保证了整个反应的充分进行；第三个反应化学式表明了氯化亚铁在再生炉中也会产生另外一种化学反应，与高温下的水蒸气和高温的氧气反应生成四氧化三铁和氯化氢，在整个酸再生炉中，主要进行的反应是第一个反应，所以主要生成的氧化铁粉就是三氧化二铁的产物，四氧化三铁的生成说明还有铁没有被完全氧化为三价的铁，但是四氧化三铁的生成量在副产品氧化铁粉中的含量较少。

并且在再生炉中用的燃料基本都是转炉的煤气，在发热值方面可以直接考虑一氧化碳的作用，其它的燃烧成分都可以忽略不计[1]。

2 根据燃烧能量守恒原理计算反应物的用量

由上述的分析可知，在发热值方面只需要考虑一氧化碳的发热值，根据能量守恒的定律，可以得到空气中的一氧化碳的含量，参与再生炉中反应的理论空气含量，理论烟气的生成量，假如废弃的盐酸反应再生率为百分之百，每个小时的盐酸生成量为7.4立方米，则可以判断每小时的盐酸和水的挥发量，变成气体后会增加反应面积，所以再生炉中的反应需要在高温的条件下进行，每小时盐酸的挥发量为299.83立方米，每小时水蒸气的产生量为688.02立方米。同时可以计算出反应一个小时后氧气的剩余量，保证反应的进行。除此之外，可以根据上述条件确定混合的烟气含量和过氧含量，原理是依照质量守恒原理的。

3 影响氧化铁粉质量的因素

3.1 产生的一氧化碳的发热值因素的影响

当一氧化碳的发热值增大，会降低再生炉中的混合气体量以及空气量，这样会导致再生炉的内部温度的升高，而大部分的热量会被混合气体在再生炉出口带走，但是出口温度不变，发热值增加，导致再生炉内温度增加，温度过高会导致氧化铁粉质量的降低。除此之外，一氧化碳的发热量也会影响工作流程前所计算的理论的空气反应量，以及空气的消耗系数，进而造成理论的氧气消耗量会发生变化[2]。

一氧化碳发热值的增加会直接导致理论空气量成比例的增大，一氧化碳燃烧的同时也需要消耗氧气，一氧化碳被氧化为二氧化碳，进一步加大再生炉中的气体压力，温度升高，研究表明，实际的操作过程中氧气消耗量比理论的计算中用量更大，所以一氧化碳的发热值对氧化铁粉的质量会产生一定性的影响。

3.2 空气中氧气的占比因素影响

从酸再生炉的反应原理可以看出，整个氧化铁粉的生成量，或多或少地与氧气的含量有着密不可分的联系，氧气含量的多少直接决定了氧化铁粉的质量高低，当氧气的含量按照反应的标准衡量，没有达到要求的时候，会导致四氧化三体不能够完全氧化，变成三氧化二铁，导致氧化铁粉质量的降低，所以，在再生炉中反应进行的同时需要注意氧气的含量应当稍微过量，这样才能将反应生成的四氧化三铁更加有效地转化为三氧化二铁。如果空气中的氧气占比含量较低，很有可能造成生成的副产品三氧化二铁中含有大量的四氧化三铁，氧气含量的多少将会直接影响氧化铁粉质量的高低。

3.3 废弃盐酸是否含有杂质

在产生氧化铁粉的过程中，废弃的盐酸是主要的一个反应物，但是如果当废弃的盐酸的纯度达不到要求时，也就不能够保证氧化铁粉的纯度，在废弃的盐酸中通常会含有硅、铝、锰等其它金属元素，这些多余的金属元素都是影响氧化铁粉纯度的一个重要因素，因为在再生炉中氧化反应产生的过程中，会将硅和铝锰等杂质也进行氧化，生成对应的氧化物，从而产生其它的产物，降低氧化铁粉的质量。除此之外，当废弃的盐酸中含有其它杂质的时候，生成的二氧化硅和三氧化二铝对再生炉中的反应也会产生一定的影响，根据相关的知识，可以了解到，由于置换反应，会将铁的含量降低，从而很大程度上影响氧化铁粉的质量，并且这些杂质在一定程度上都是有好的。

3.4 再生炉中的温度

从再生炉中所进行的化学反应可以看出，生成氧化铁粉的主要反应是在高温下进行的，所以再生炉的温度对反应的进行和氧化铁粉的生成有非常大的影响，如果再生炉中的温度不能够达到反应进行的温度要求，那么将会导致主要生成氧化铁粉的化学反应不能够充分进行，同时也很大可能促进四氧化三铁的形成，再生炉的炉温过低，会导致主要反应进行得不彻底，同时由于四氧化三铁的存在，会导致氧化铁粉的总体颜色偏黑，同时在再生炉中，长时间的温度偏低也会导致氯化亚铁的液体流出，颜色为浅绿色，氯离子的含量偏高会降低三氧化二铁的含量，增加氯化铁的含量，导致氧化铁粉的质量降低。此外，如果再生炉的反应温度过高，会使氧化铁粉产生过烧的现象，经过一定的研究表明，当产生不同温度梯度的反应条件时，相应的氧化铁粉和氯的含量也会不同，最终最适合氧化铁粉生成的反应温度是600℃到800℃。

3.5 废弃盐酸反应时的密度与接触面积压力的影响

废弃的盐酸在再生炉中的反应往往是不能彻底的，因为普通的液体与固体的接触不能够使接触面积扩大，从而大致反应的不完全进行，造成氧化铁粉质量的下降，当生成了氧化铁粉后，压力又成了一个最为关键的因素，压力的不同会导致生成的氧化铁粉的粒径不同，氧化铁粉的粒径将直接影响氧化铁粉的质量，同时压力的存在，压力的大小也会对再生炉的温度产生影响[3]。

3.6 漂洗水的纯度

在再生炉之前所进行的是吸收塔的吸收工作，它主要是吸收产生的氯化氢气体，这些气体在吸收塔中经过漂洗水的作用后会形成盐酸，这些盐酸都会再利用的，但是在有些生产厂里面生产的漂洗水往往会混有氯化钾、氯化钠、氯化钙和氯化镁等杂质，这些杂质会导致漂洗水中的氯离子浓度升高，从而导致氯化氢气体吸收得不及时，影响再生炉中主反应的进行，导致氧化铁粉质量的降低。

4 提高氧化铁粉的措施

4.1 将盐酸雾化增加接触面积

由于对氧化铁粉质量影响因素的分析，废弃盐酸反应时并不能完全接触，并且还会影响再生炉中的压力大小，一般将盐酸进行浓缩，浓缩酸的密度控制在1.3～1.4g/立方厘米，再将盐酸进行雾化，雾化后可以采用喷洒的方式在再生炉中反应，但是需要注意的是将喷洒的压力需要控制在一定的区间内，根据不同规格的再生炉，所需要的参数也不一样。同时，废弃盐酸的喷洒量也会控制再生炉的炉温，一般再生炉的温度都有专门的控制设备来进行控制，都会有一定的上限和下限，而想要达到最佳的反应温度，可以采取合理控制废弃酸液的喷洒量，如果在喷洒的过程中，喷洒的废弃盐酸的量较少，那么喷洒的废弃盐酸遇到炉壁冷凝下来的冷凝酸也就越少，雾化的盐酸不能有效的冷却，将会直接导致反应炉中的温度增加，从而影响氧化铁粉的质量。

4.2 对废弃的盐酸进行提纯处理

上述的影响因素中谈到，废弃的盐酸中可能会含有少量的硅、铝、锰等杂质金属，这些金属元素在再生炉中通过与氧气的作用，会生成其对应的氧化物，掺杂在生成的氧化铁粉中，使副产品氧化铁粉中混有杂质，质量降低，可以对废弃的盐酸进行提纯处理，可以将酸洗线产生的废弃盐酸导入接近80℃的贮存罐里面，可以事先在贮存罐里面加入一些钢，这时铁就会与盐酸反应生成氯化亚铁，再将这些生成的氯化亚铁溶液导入浓氨水，两者反应会生成氢氧化亚铁这种浅绿色的沉淀，由于氢氧化亚铁的吸附效果并不是特别突出，这时可以通入一定的压缩空气，将氢氧化亚铁氧化为氢氧化铁，将氢氧化铁进行生产使用，将氢氧化铁加入再生炉中可以有效地提高氧化铁粉的质量。

4.3 提高再生炉中空气的氧气含量

根据化学反应方程式可以得到氧气在反应的过程中有着绝对性的作用，氧气的含量将直接决定了氧化铁粉的质量问题，如果通入的空气中的氧气含量较低，将导致大量的四氧化三铁不能够直接转化为三氧化二铁，所以为了提高通入空气中的氧气含量，可以在输入空气的过程中，加入一些提高氧气含量的设备，在进行提升氧气含量的过程中需要注意保留一定的水蒸气，从而保证反应的顺利进行，当然这个过程必须要合理，必须要满足企业的预算要求，在提高再生炉效率，制造更多的氧化铁粉，来提高收益的同时，也需要考虑支出设备的预算合理性，不能为了提高通入空气中的氧气含量，而导致收益降低，一切都是为了从企业的利益出发考虑。

4.4 提高漂洗水的纯度

漂洗水在吸收塔中对氯化氢气体起着一个回收利用的作用，但是一般投入使用的漂洗水都会含有一定的其它杂质，杂质的含有将会导致氧化铁粉质量的降低。所以在用漂洗水吸收之前可以用一定方法将漂洗水中的这一系列杂质给去除掉，从而提高氯化氢气体的吸收转化率，保证氧化铁粉的质量[4]。

5 结束语

随着科技的不断进步，人们总是希望在原有的基础上能够实现突破。为了提高酸再生过程中产生的附加产品氧化铁粉的质量，可以从现阶段酸再生炉中与反应有关的相关因素进行分析，比如：产生的一氧化碳的发热值因素的影响，空气中氧气的占比因素影响，废弃盐酸是否含有杂质的影响，再生炉中的温度的影响，废弃盐酸反应时的密度与接触面积压力的影响，漂洗水的纯度影响因素。通过这些影响因素可以制定相应的应对措施，可以在合理的范围里加设一些系统来提高吸收炉中漂洗水的纯度，通入的空气中氧气的含量，对废弃的盐酸进行提纯处理，去掉其含有的杂质，并且可以废弃的盐酸进行雾化处理，来扩大反应的接触面积，便于反应的进行，从而提高氧化铁粉的质量。