一種低成本工業化提純酸洗鐵紅的方法

2023-11-30 18:06:01

專利名稱：一種低成本工業化提純酸洗鐵紅的方法
技術領域：
本發明屬於冶金工業的技術領域，特別是廢酸處理技術領域，涉及一種從廢酸酸 洗液中低成本工業化提純酸洗鐵紅的方法。
背景技術：
眾所周知，熱軋帶鋼經過鹽酸酸洗後，方能進行冷軋。鹽酸酸洗時，帶鋼表面鐵及 氧化皮被鹽酸洗掉，消耗的鹽酸轉變成以FeCl2為主的氯化物，溶解在鹽酸溶液中。帶鋼經 過鹽酸清洗，去除帶鋼表面的氧化皮，以確保冷軋鋼板的表面質量。其主要反應化學方程式 為Fe+2HC1 = FeCl2+H20Fe0+2HC1 = FeCl2+H20目前國內外基本採用Ruthner-噴霧焙燒技術工藝對酸洗液進行處理，鹽酸再生 的同時得到大量副產品Fe2O3 (俗稱「鐵紅」)，作為磁性材料的原料。其主要反應化學方程 式為4FeCl2+4H20+02 = 2Fe203+8HCl 個2FeCl3+3H20 = Fe203+6HC1 個經過以上多級工藝步驟，鋼種中添加的特殊化學元素以及工業用水、灰塵中的各 種雜質不可避免地摻入鐵紅中。在諸多雜質中，人們特別關心的是「高靈敏度」雜質Si，因 為其萬分之幾的微量即可引起磁性材料質量的巨大變化。噴霧焙燒氧化鐵粉中的Si在磁 性材料預燒過程中在晶界聚集，呈不均勻分布狀態，預燒後的粉碎效應並不能使雜質重新 均勻分布，因此會引起燒結中的非均勻晶粒生長，使鐵氧體的微觀結構及電氣性能惡化。因 此，在酸再生之前是否實現脫矽，將嚴重影響氧化鐵粉的質量，從而影響經濟效益。為得到 優質高檔的酸洗鐵紅，鹽酸酸洗液在再生之前必須將其含有的Si雜質除去。經過對現場酸洗液成分化驗研究發現，酸洗液中的Si以單矽酸、矽酸聚合物、矽 溶膠等形式存在，呈極其微小的絮狀微粒懸浮在酸洗液中，利用普通的機械過濾方法無法 產生明顯的效果。中國專利申請號為01107095. 1公開一種酸洗廢酸中矽的脫除方法，其 工藝流程是加入碎鐵中和酸洗液中游離的HC1，加入鹼調整酸洗液的pH值，利用產生的 Fe(OH)3膠體的吸附作用並加入絮凝劑將含Si雜質絮凝沉降，從而將矽從酸洗液中脫除。該 方法的不足之處在於，加入碎鐵中和酸洗液中游離的HCl，加入鹼調整酸洗液的pH值，酸洗 液不經過進一步的反應處理無法直接進行循環利用，並且該方法操作較複雜，工藝步驟較 長，從而大大增加了能源消耗和生產運營成本，降低了生產效率。該方法中加入鹼為氨水， 不僅對操作人員的身體健康造成威脅，而且會汙染環境。

發明內容
本發明目的在於提供一種工業化提純酸洗鐵紅的技術方法，實現低成本、高效率、 環境友好型優質高檔酸洗鐵紅的大規模生產。
本發明的構思原理是酸洗液為強酸性環境，其中含有大量陰離子(Cl_)，使帶正 電荷的矽酸溶膠粒子表面吸附大量負電荷，形成雙電層，通過添加成核-助長複合提純劑， 使這些溶膠粒子通過電中和成核、吸附架橋長大而脫穩沉降，從而達到除矽的目的。成核劑 是一種兩性離子型聚合物電解質，成核劑中帶正(負)電的官能團中和了凝聚界面上的負 (正)電荷，使ζ電位降低，排斥能減小，通過電中和使溶膠粒子脫穩，成為大量絮凝物的 「成核」位置，將幾個粒子連接起來成為大粒子。助長劑是一種非離子型聚合物電解質，其通 過吸附架橋作用，使懸浮粒子的吸附(凝聚)及粒子之間的交聯容易進行，從而使絮凝結構 增大變粗，最終達到使顆粒沉降。這種複合提純劑的加入，不僅使廢酸中的Si雜質得以去 除，同時這種絮凝物也將溶液中的部分雜質離子吸附，一同沉澱，從而能進一步達到提純的 目的。本發明提供的複合提純劑，無毒無害，低成本高效率，並且適用範圍廣。一種低成本工業化提純酸洗鐵紅的方法，依次按以下步驟進行1.配製複合提純劑將成核劑和助長劑分別在不同容器中溶解，溶劑為蒸餾水或 去離子水。快速(200-400r/min)攪拌l_2h，再慢速(50_150r/min)攪拌30_60min，成核劑 溶液的質量分數為0. 05% -0. 25%，助長劑溶液的質量分數為0. 01% -0. 05%。2.廢酸罐的酸洗液以10-30m3/h的流量，經石墨加熱器將其加熱至60-80°C後注 入反應罐中。3.先向反應罐中添加成核劑，攪拌速度設為100-400r/min轉速，反應10-60min ； 再向反應罐中添加助長劑，攪拌速度設為50-200r/min轉速，反應10-30min後，將反應罐中 混合液引入緩衝罐中。4.緩衝罐中攪拌速度設為50-200r/min，攪拌10-30min。5.將經上述反應後的混合液引入沉積罐中，使廢酸上清液與沉積物分離，得到脫 矽後的廢酸清液。本方法中反應罐設有成核劑添加口和助長劑添加口，成核劑和助長劑在同一個反 應罐中發揮作用，不必在兩個反應容器中使用。成核劑要求使用溫度為60-80°C，助長劑要 求使用溫度為50-80°C，在上述溫度範圍內，成核劑和助長劑能夠發揮各自的最優效能。通 過石墨加熱器將酸洗液加熱後進入反應罐中，酸洗液在攪拌和流動過程中散失熱量，整個 過程中酸洗液冷卻後的溫度可達到成核劑和助長劑的使用要求，不必添加冷卻器。這樣從 很大程度上減少設備投資、能源消耗和運行周期。本方法為連續進料和產出方式，技術操作要求較低，工藝流程簡單，生產過程流 暢，基本能夠實現自動化操作，提純後的酸洗鐵紅可直接出售或投入後續生產工序，提高了 經濟效益，滿足了工業化大生產對酸洗鐵紅產品質量和產量的需求，亦滿足循環經濟和環 境保護的要求。


圖1現有技術的工藝流程2本發明的工藝流程圖
具體實施方案實施例1 本實施例中酸洗液的Fe2+濃度為135g/L，游離HCl濃度為36g/L，Si濃度為 30mg/L。1.稱取成核劑lKg，向溶解罐中注入500L去離子水，將成核劑緩慢分散撒入溶解 罐中，開動攪拌器，快速(350r/min)攪拌60min，慢速(120r/min)攪拌20min至形成均勻的 粘稠溶液。2.稱取助長劑200g，向溶解罐中注入500L去離子水，將助長劑緩慢分散撒入溶解 罐中，開動攪拌器，快速(300r/min)攪拌80min，慢速(120r/min)攪拌30min至形成均勻的 粘稠溶液。3.廢酸罐的酸洗液通過廢酸泵以20m3/h的流量，經過石墨加熱器將酸洗液加熱至 80°C後注入反應罐中，注入總量為14m3。在石墨加熱器中，酸洗液走管程，加熱蒸汽走殼程， 在加熱器內酸洗液被加熱至80°C。4.當反應罐中酸洗液達2m3時，立即將配製好的成核劑溶液以2m3/h的流量注入 反應罐中，同時開動攪拌器，攪拌速度調至250r/min，使酸洗液中的矽酸膠體粒子開始脫穩 成核。5.成核劑注入完畢後，攪拌速度調至lOOr/min，攪拌20min後，向反應罐中以2m3/ h的流量注入助長劑溶液，使酸洗液中已成核的膠體粒子相互吸附長大，形成大顆粒雜質產 物。6.助長劑注入完畢後，經上述反應後得到的廢酸混合液經反應罐由廢酸泵引入緩 衝罐中，開動攪拌器，攪拌速度調至lOOr/min。7.廢酸混合液全部注入緩衝罐後，持續攪拌15min後，由廢酸泵引入沉積罐中。沉 積罐中上清液即為除矽後的廢酸液。該廢酸清液自沉積罐的上部溢流進入廢酸收集罐，與 沉積罐中的雜質沉積物分離，從而得到除矽後的廢酸清液。沉積罐底部的雜質沉積物經泵 送到壓濾機，擠壓後得到的廢酸清液送入廢酸收集罐中，擠壓後的濾餅由工廠處理。實施例2 本實施例中酸洗液的Fe2+濃度為108g/L，游離HCl濃度為30g/L，Si濃 度為 24mg/L。1.稱取成核劑500g，向溶解罐中注入400L去離子水，將成核劑緩慢分散撒入溶解 罐中，開動攪拌器，快速(300r/min)攪拌70min，慢速(lOOr/min)攪拌20min至形成均勻的 粘稠溶液。2.稱取助長劑100g，向溶解罐中注入400L去離子水，將助長劑緩慢分散撒入溶解 罐中，開動攪拌器，快速(280r/min)攪拌50min，慢速(lOOr/min)攪拌25min至形成均勻的 粘稠溶液。3.廢酸罐的酸洗液通過廢酸泵以25m3/h的流量，經過石墨加熱器將酸洗液加熱至 75°C後注入反應罐中，注入總量為14m3。在石墨加熱器中，酸洗液走管程，加熱蒸汽走殼程， 在加熱器內酸洗液被加熱至75 °C。4.當反應罐中酸洗液達2m3時，立即將配製好的成核劑溶液以2m3/h的流量注入 反應罐中，同時開動攪拌器，攪拌速度調至200r/min，使酸洗液中的矽酸膠體粒子開始脫穩 成核。5.成核劑注入完畢後，攪拌速度調至80r/min，攪拌15min後，向反應罐中以2m3/ h的流量注入助長劑溶液，使酸洗液中已成核的膠體粒子相互吸附長大，形成大顆粒雜質產 物。
6.助長劑注入完畢後，經上述反應後得到的廢酸混合液經反應罐由廢酸泵引入緩 衝罐中，開動攪拌器，攪拌速度調至80r/min。7.廢酸混合液全部注入緩衝罐後，持續攪拌IOmin後，由廢酸泵引入沉積罐中。沉 積罐中上清液即為除矽後的廢酸液。該廢酸清液自沉積罐的上部溢流進入廢酸收集罐，與 沉積罐中的雜質沉積物分離，從而得到除矽後的廢酸清液。沉積罐底部的雜質沉積物經泵 送到壓濾機，擠壓後得到的廢酸清液送入廢酸收集罐中，擠壓後的濾餅由工廠處理。經過上述實例處理得到的廢酸清液經噴霧焙燒後所得鐵紅中，實例1的SiO2含量 由原來的0. 41%降至0. 018%，實例2的SiO2含量由原來的0. 35%降至0. 014%，其它雜 質(如Al2O3)含量也不同程度得以降低，可見採用本發明方法進行酸洗液工業化提純效果 十分顯著。
權利要求
一種低成本工業化提純酸洗鐵紅的方法，其特徵在於將酸洗液加熱至60 80℃後注入反應罐中，通過添加複合提純劑，使得酸洗液中的膠狀的、懸浮的含矽微小顆粒形成較大顆粒，經攪拌將反應罐中的混合液引入緩衝罐，沉積罐最終實現含矽雜質沉降分離；配製複合提純劑的方法為將成核劑和助長劑分別在不同容器中溶解，溶劑為蒸餾水或去離子水，先200 400r/min攪拌1 2h，再50 150r/min攪拌30 60min，成核劑溶液的質量分數為0.05％ 0.25％，助長劑溶液的質量分數為0.01％ 0.05％。
2.根據權利要求1所述低成本工業化提純酸洗鐵紅的方法，其特徵在於添加的成核 劑是一種兩性離子型聚合物電解質，其平均分子量為10萬-100萬。
3.根據權利要求1所述低成本工業化提純酸洗鐵紅的方法，其特徵在於添加的助長 劑是一種非離子型聚合物電解質，其平均分子量為800萬-2000萬。
4.根據權利要求1所述低成本工業化提純酸洗鐵紅的方法，其特徵在於使添加的成 核劑在酸洗液中的濃度約為30-100mg/L。
5.根據權利要求1所述低成本工業化提純酸洗鐵紅的方法，其特徵在於使添加的助 長劑在酸洗液中的濃度約為5-25mg/L。
6.根據權利要求1所述低成本工業化提純酸洗鐵紅的方法，其特徵在於加熱裝置為 石墨加熱器，將酸洗液加熱至60-80°C後，以10-30m3/h的流量注入反應罐中。
7.根據權利要求1所述低成本工業化提純酸洗鐵紅的方法，其特徵在於所述的反應 罐設有添加複合提純劑的兩個進口，即成核劑添加口和助長劑添加口，先添加成核劑，再添 加助長劑。
8.根據權利要求1所述低成本工業化提純酸洗鐵紅的方法，其特徵在於先向酸洗液 中添加成核劑，攪拌速度設為100-400r/min，反應10-60min ；再向酸洗液中添加助長劑，攪 拌速度設為50-200r/min，反應10-30min後，引入緩衝罐中。
9.根據權利要求1所述低成本工業化提純酸洗鐵紅的方法，其特徵在於緩衝罐中攪 拌速度設為50-200r/min轉速，攪拌時間為10_30min。
全文摘要
一種低成本工業化提純酸洗鐵紅的方法，屬於廢酸處理領域。特徵是首先配製包括成核劑和助長劑的複合提純劑溶液，然後用石墨加熱器將酸洗液加熱至60-80℃，以10-25m3/h的流量注入反應罐中，向反應罐中以在酸洗液中濃度約為30-100mg/L的比例添加成核劑，攪拌10-60min，使膠體的、懸浮的含矽微小顆粒「成核」，再向反應罐中以在酸洗液中濃度約為5-25mg/L的比例添加助長劑，使已「成核」懸浮含矽雜質顆粒與助長劑結合「長大」，攪拌10-30min後，將反應罐中的混合液用泵引入緩衝罐中，攪拌10-30min後引入沉積罐實現含矽雜質沉降分離。本發明操作要求較低，工藝流程簡單，生產成本低廉，生產過程流暢，基本能夠實現自動化操作，提純後的酸洗鐵紅可直接出售或投入後續生產工序，提高了經濟效益。
文檔編號C01G49/06GK101973584SQ20101051270
公開日2011年2月16日 申請日期2010年10月13日 優先權日2010年10月13日
發明者孫長傑, 楊薇薇, 羅驥, 謝強, 邢紀萍, 邵慧萍, 陳存廣, 韓繼徵 申請人:北京科技大學;中冶恆通冷軋技術有限公司