【技术】两种不同盐酸酸洗废液资源化处理技术的对比分析研究
作者： 日期：2023-04-30 来源： 关注：279
1 两种盐酸酸洗废液资源化处理技术
随着现代工业的发展, 能源紧张、资源短缺和环境污染已成为全球性的问题。金属制品生产中一般会产生大量的工业盐酸酸洗废液（以下简称：废盐酸），以江苏法尔胜泓昇集团有限公司为例，每年废酸产量约5 000 t左右，其中含有HCl的质量浓度范围0.05～5 g/L及FeCl2 质量浓度在60～250 g/L的含铁废盐酸。废盐酸属于危险废物的一种（代码HW34），具有严重的腐蚀性，如果直接排放不仅是一种极大的资源浪费，更会造成严重的环境污染。因此, 对废液中的有价物质进行综合回收, 具有较好的经济效益和社会效益。目前, 国内外对此类废液的处理方法主要有中和法、离子交换及膜法、萃取、浓缩蒸发等分离技术。根据钢铁及金属制品行业清洁生产的要求，各类污染物的排放量及回收率、利用率做出严格的指标要求。因此，在废酸的处置和资源化利用问题上，国外学者进行了大量的研究和探索，对现有金属制品生产中产生的废盐酸提出了不同类型的资源化处理技术，归纳起来主要有：酸再生技术和酸净化技术。笔者详细介绍了这种技术，并对主要技术和相关经济效益进行了对比分析，为选择适合的资源化废盐酸处理工艺提供有力的参考依据。
2 资源化处理盐酸酸洗废液的技术分析
2.1 酸再生技术
酸再生工艺主要目的是再生新盐酸，即加入适当的助剂，通过一定的化学反应，同时获得氯化氢气体的水溶液及铁系氧化物副产品。废盐酸再生的基本原理是利用FeCl2在高温下、在有充足水蒸气和适量氧气的气氛中能水解的特性，在焙烧炉中焙烧预浓缩过的废盐酸，使废盐酸中以FeCl2形式存在的铁转化成为Fe2O3分离出来，其水解的化学反应式如下：
反应生成的氯化氢气体和从废酸里蒸发出来的氯化氢气体，经过除尘净化和冷却，最后被水吸收而成盐酸。反应生成固体经收集做炼铁原料或其他用途，以下以产生氧化铁粉为例，介绍氧化焙烧一般工艺流程，如图1所示。
废酸再生技术主要包括流化焙烧、沸腾焙烧和喷雾焙烧等。流化焙烧或沸腾焙烧法是通过一个流化床将含有氯化氢的废盐酸气体在一个单级洗涤釜中的釜底沉积并形成黏度20％的再生盐酸溶液，同时副产品直径3～5 mm、密度3.5 t/m3氧化铁球的过程。喷雾焙烧是在气体分离器中使用反应炉中的热气浓缩废酸。酸再生工艺在技术上比较成熟可靠，且无二次污染，在回收盐酸的同时还能得到副产物氧化铁，资源综合利用率高，具有较好的社会效益。
2.2 酸净化技术
酸净化工艺有多种，主要为采用离子交换树脂或扩散渗析膜分离工艺。酸净化技术原理主要是利用离子交换或膜分离技术以达到分离废盐酸中金属离子和氢离子的目的，使得废盐酸中游离态的工业盐酸从废酸中净化后，重新使用。。
离子交换技术和膜分离技术具有选择性好，分离效率高、工艺简单、操作方便、节能、无相变、无污染等特点。膜分离技术作为世界范围内的高新技术已在多行业领域得到成功应用；在金属制品加工领域，其主要用于重金属酸性废水处理和废酸液处理，使用方法包括扩散渗析、电渗析等。扩散渗析是主要的酸净化技术之一，采用半透膜或选择透过性离子交换膜使溶液中的溶质由高浓度一侧通过膜向低浓度一侧迁移，从而获得金属离子含量较低的回收酸。电渗析是在直流电场的作用下，离子透过选择性离子交换膜而迁移，使带电离子从水溶液和其他不带电组分中部分分离出来的一个电化学分离过程。
2.3 酸再生工艺和酸净化工艺的技术性对比分析
以某金属制品生产厂家为例，调配后新盐酸中HCl质量浓度为200 g/L，FeCl2质量浓度为20 g/L，废盐酸中主要含有HCl和FeCl2，其质量浓度分别为50 g/L和250 g/L，通过以上两种废酸资源化利用技术的研究，针对同时对多种酸净化和酸再生工艺的调研对比分析，可以得到分析结果见表1。
从表1可以看出，酸再生工艺和酸净化工艺技术各有优势，其中酸再生工艺在盐酸回收率、回收盐酸浓度、盐酸纯度及再生盐酸产量上有较大优势，同时副产物回收后有可观的利用价值，因此技术可行性较高，同时也具备一定的不足，如：能耗高及废气、废渣的产生及处理上，需进行工艺改进；酸净化工艺简单，具有较高的游离酸回收率，铁离子截留率较高，同时无副产物纯度及市场因素、粉尘污染等影响，能耗较低，对于一些酸纯净度有较大的优势，但是酸回收浓度较低，同时会产生大量含铁离子的酸性废水，需要处理。因此，两类工艺在处理废酸技术上，各有不足之处。
表1 酸再生工艺和酸净化工艺技术性对比分析
技术分析对比指标 | 酸再生工艺 | 酸净化工艺 |
盐酸回收率 | 高（>98%） | 高（>90%） |
回收盐酸质量浓度 | ≥190 g/L | (170±20) g/L |
Fe2+回收利用率 | 95%以上 | 0 |
盐酸纯度 | 高（≥95%） | 低（80%～95%） |
再生盐酸产量 | 96%以上 | 90%以上 |
能耗 | 高，以蒸汽和电为主 | 低，主要靠树脂吸附及水驱动力 |
副产物处理 废物处理 工艺难度 设备运行时间 | 氧化铁/氯化铁/氯化亚铁，纯度高，可回收 需处理含氯化氢、氯气废气及含铁废渣 复杂 短 | 无 含铁酸性废水 简单 长 |
2.4 酸净化和酸再生工艺主要经济指标分析
以废盐酸产生量及处理量为20 t/a的设备为基础，对酸净化工艺和酸再生工艺的主要经济指标进行分析，见表2。
表2 20t/a废盐酸再生工艺和酸净化工艺经济指标分析
项 目 | 酸再生工艺 | 酸净化工艺 |
初投资预估 | 300万元 | 200万元 |
运行能耗 | 250～800元/t | 150元/t |
副产物回收 | 500～1 500元/t | 0 |
投资回收期 | 5～10 a | 无 |
设备折旧 | 10 a | 易损件5 a（占70%），其他10 a |
维护费用 | 低，约3万 元/a | 高，约10万 元/ a |
废物处置成本 | 5万元 | 5万元 |
年收益 | 195万元（收益） | 190万元（节省成本） |
可知，酸再生工艺和酸净化工艺两类设备在初期设备投资及厂房投资上有一定差距，但从投资收益期看，酸再生工艺时间较短，约为5～10 a；维护费用较低，副产物出售价格500～1 500元/t，根据当前的工业用天然气、蒸汽及水电价格，项目全年预计产生190万元的额外收益，同时每年废弃物处理及设备维修约8万元。而酸净化工艺最大的优势在于充分使用游离态的新盐酸，同时将废酸这类危险废物对环境的危害降到最小，变成酸性废水后，经酸碱中和后接管。酸净化工艺投资后，含有70%的膜和树脂部分视情况有3-5年的折旧，其他占设备30%的部分是10 a折旧，无收益，但是每年可节省新酸使用成本约190万元，按照每年使用5 000 t工业盐酸计算，每年废液处理和设备维修约15万元，但由于没有副产物收益，因此投资回收期相对较长
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