广东省环境保护工程研究设计院有限公司
摘要：回收利用钢铁生产厂前处理含铁废酸与铝型材厂表面处理工序产生的废铝渣在一定的条件下进行反应合成聚合氯化铝铁无机高分子水处理剂。该技术可有效处置钢材厂与铝型材厂固体废物，使废物得到综合利用，又可作为高效水处理剂的原料，降低生产成本，同时产生一定的经济效益，达到以废治废的效果。
关键词：酸洗废液；铝渣；资源化利用；聚合氯化铝铁
钢材厂使用盐酸对钢材表面进行清洗，清洗过程中，随着洗液中酸浓度的降低，需要不断向酸洗槽中添加新酸液来维持酸洗的效果，同时外排的盐酸残液含有高浓缩的金属离子和残酸的废液。外排的残液酸性强、浓度高、废液量大、易形成酸雾，直接外排会对环境造成严重的危害，同时也造成废液中的Fe3+、Fe2+、废酸等资源的浪费。
铝型材厂用酸或碱进行铝材表面处理过程中会损耗部分的铝，废液中含有大量Al3+这部分废液经过加石灰或氢氧化钠处理后，经过压滤变成铝渣，铝渣中铝含量在6%~10%，如果直接用于填埋或者作为修路用拌合料，将造成铝资源的浪费。
1、国内外对废酸液处置研究现状
随着工业的发展，废酸液处理量的增大，这引起了国内外学者对盐酸废液的再生利用及金属离子回收方法及技术进行了大量的探索和研究，取得了比较好的应用效果。达到以废治废，资源化利用的效果。主要表现在如下办法：直接利用盐酸废液中盐酸的酸洗和铁盐的絮凝性处理碱洗废水，可以起到酸碱中和、絮凝、净化水质作业；直接焙烧法，回收盐酸，再生利用；萃取法，实现铁、盐酸的分离，回收利用盐酸；离子交换法；膜技术法；化学转化法；
其中化学转化发成本最低，达到以废治废，将废盐酸液配合铝型材厂产生的废铝渣制造聚合氯化铝铁絮凝剂。生产合成工艺简单，投入少，操控简单，一般的聚合氯化铝生产工厂可以实现生产。
2、聚合氯化铝铁
国内生产的絮凝剂如PAC、PAFC等产品主要用到含铝的原材料及盐酸。采用含铁废盐酸及铝渣为原料可生产聚合氯化铝铁（PAFC）絮凝剂，聚合氯化铝铁（PAFC）是一种新型无机高分子絮凝剂，由Al3+、Fe3+经水解、聚合而形成的多核羟基聚合物
[（Al•Fe）n（OH）mCl（3n-m）]x，其中采用两步法反应合成，其反应机理如下：
Al2O3 + 6HCl = AlCl3 + 3H2O
6FeCl2 + NaClO3 + 6HCl= 6FeCl3 + NaCl + 3H2O
随着Al、Fe的浸出，溶液中的Al3+及Fe3+的化合物离子以6个配位水分子的形态存在，即：[Al（H2O）6]3+，[Fe（H2O）6]3+
2AlCI3 + 9H2O = 2[Al（H2O）6]Cl3
2FeCl3 + 9H2O = 2[Fe（H2O）6]Cl3
随着pH的逐步提高，单核金属的配位离子的配位水发生水解生成H+，形成一系列的配位离子：
[Al（H2O）6]3+ →[Al（OH）（H2O）5]2+ + H+
[Al（OH）（H2O）5]2+ →[Al（OH）2（H2O）4]+ + H+
[Al（OH）2（H2O）4]+ →[Al（OH）3（H2O）3]+ H+
[Fe（H2O）6]3+ →[Fe（OH）（H2O）5]2+ + H+
[Fe（OH）（H2O）5]2+ →[Fe（OH）2（H2O）4]+ + H+
[Fe（OH）2（H2O）4]+ →[Fe（OH）3（H2O）3]+ H+
聚合氯化铝铁（PAFC）具有良好的水处理净化性能及较高的稳定性。聚集聚合氯化铝（PAC）与聚合氯化铁（PFC）两种絮凝剂的优点，具有PFC的pH适应范围广pH（5-9），吸附能力强，沉淀速度快特点，同时具有PAC优良的絮凝性能力、强大的电中和能力和架桥能力；而且克服了铁盐使用时增加废水的色度和聚合氯化铝具有生物毒性、矾花难生产和沉淀慢等缺点。
3、废盐酸及铝渣成分分析：
取自广东珠三角地区某钢铁厂废盐酸溶液和某铝型材厂的铝渣，对两种废料进行成分化验分析，分析结构如下：
（1）含铝废渣成分分析：
（2）含铁废酸成分分析：
4、废盐酸与铝渣制备聚合氯化铝铁的方法
以酸洗废盐酸和废铝渣为原材料制备聚合氯化铝铁絮凝剂，采用两步法制备工艺氧化聚合法制备聚合氯化铝铁，采用氯酸钠作为氧化剂将Fe2+氧化成Fe3+。
制备10%含量聚合氯化铝铁工艺流程
实验部分：
称量100g的铝渣，添加含铁废酸：650g及工业盐酸60g使得HCl≥17%，由于含铁酸的酸度较低，不足以溶出铝渣中的铝，需要添加30%含量的工业盐酸，加入氯酸钠氧化剂，将二价铁氧化成三价铁；搅拌加热，温度控制在75℃~80℃，溶解时间为30min。加入铝酸钙粉：26；调节盐基度，反应温度在98℃~100℃，反应时间2小时，反映结束后过滤。
铝渣的铝溶出率可达到98%以上，废盐酸及铝渣的回收利用率达到92%以上。制备的聚合氯化铝铁产品用于工业废水处理絮凝效果比市面销售的聚合氯化铝好，与市面销售的聚合氯化铝铁絮凝效果相当。
5、利用回收料生产PAFC的经济效益分析
利用含铁废酸及铝渣生产的含量10%液体PACF可以根据需要调节铝铁比，铝铁比一般为7：3、8：2。其铝铁含量与盐基度均与市售的PAFC相当，回收料生产的PAFC与市售PAFC进行对比来评价回收率生产的PAFC经济效益。
6、结论
1、用废含铁酸与铝渣为原料制备聚合氯化铝铁工艺上是可行的，而且可以做到工业化生产。其生产条件简单，可操作性强。
2、可有效资源化利用钢材厂及铝型材厂产生的工业废弃物，以废治废，减少废物处置成本，同时也减少企业乱倒乱排对环境造成的风险。
3、采用含铁酸及铝渣作为生产聚合氯化铝铁原料，可降低40%的生产成本，有效提高产品的市场竞争力。
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论文作者:李宗强
论文发表刊物:《基层建设》2018年第23期
论文发表时间:2018/9/18
标签：盐酸论文; 氯化铝铁论文; 废液论文; 酸洗论文; 铝型材论文; 絮凝论文; 絮凝剂论文; 《基层建设》2018年第23期论文;