一种高比表面积氧化铁粉的喷雾焙烧盐酸再生系统的制作方法

本实用新型属于钢板酸洗废水回收处理技术领域，具体涉及一种高比表面积氧化铁粉的喷雾焙烧盐酸再生系统。

背景技术：

钢铁、机械加工、化工企业普遍采用18%浓度的盐酸（hcl）除去钢件（钢卷、钢板、钢管等）表面的氧化铁锈，钢件经过盐酸处理后产生了含有fecl2、fecl3的废酸溶液，废酸可以经过处理再生为盐酸溶液，目前，盐酸废液普遍采用喷雾焙烧工艺进行再生。

喷雾焙烧再生技术最重要的可以归纳为五个单元：1）化学热处理；2）废酸预浓缩；3）烟气吸收；4）尾气洗涤；5）氧化铁粉收集与储存。其中最重要的是化学热处理及废酸预浓缩单元，其基本原理是：含有fecl2、fecl3、h2o的废酸溶液首先进入预浓缩器中，在预浓缩器的顶部，废酸与来自焙烧炉的高温气体（400℃～450℃）进行充分的热交换，经过热交换后，高温气体被降温至100℃以内，废酸溶液40%左右的液态水被蒸发成气态，经过预浓缩器处理后的废酸称为浓缩酸，浓缩酸经过焙烧炉顶部的酸枪，以高压喷射的方式进入焙烧炉对废酸进行高温灼烧（灼烧温度650~720℃），在灼烧过程中发生如下化学反应：

2fecl2+2h2o+1/2o2=fe2o3↓+4hcl↑

2fecl3+3h2o=fe2o3↓+6hcl↑

灼烧浓缩酸过程中需要的热源来自焙烧炉内部配套的若干个烧嘴，灼烧后生成的高温气体进入预浓缩器，作为高温热源对废酸进行预浓缩。

概括地说，喷雾焙烧工艺中，废酸中的水分以一定的比例在预浓缩器和焙烧炉中被分别蒸发成气态，40%在预浓缩器中蒸发，60%在焙烧炉中蒸发。由于废酸中的大量水分在预浓缩器被蒸发成气态，导致生成的浓缩酸的浓度大大提高。

在焙烧炉热化学反应中生成的hcl在后续单元经过水吸收后作为再生的新盐酸进行循环使用，生成的fe2o3为副产品，具有高附加值，形状特征为微米级别的红色颗粒物，呈空心状，极易受潮。

喷雾焙烧盐酸再生装置的能耗较高，需要大量的电、燃气、水，同时因其系统复杂，设备种类多，备件成本也非常高，基于上述原因，一套装置处理废酸溶液的成本在350元/吨左右。由于生产成本高，因此，具有高附加值的氧化铁粉（fe2o3）产品质量一直一来就备受重视，高品质的氧化铁粉的价格可以达2000元/吨，并且在磁性行业市场供不应求。

影响氧化铁粉（fe2o3）价格的两个重要指标为：纯度（即fe2o3的质量百分比）、bet（比表面积）。随着喷雾焙烧盐酸再生技术的不断完善，氧化铁粉（fe2o3）的纯度已经可以达到99.6%以上，而国内、国际行业标准规定的特级品标准为99.4%，因此，纯度问题已经解决。

经过市场调研，制约喷雾焙烧盐酸再生技术发展的是氧化铁粉的比表面积。比表面积是指单位质量物料所具有的总面积，分成外表面积、内表面积两类。测量粉末状颗粒物比表面积的方法有很多，国际上一般采用吸附法测定，采用该方法测定的值即称为bet。高纯度、高bet的氧化铁粉（fe2o3）可以应用在软磁、永磁行业，市场需求非常旺盛，其中bet值越高，其价格也越高。

假设液滴中fecl2中的浓度为xl，液滴的粒径为dl，由此推到颗粒物比表面积的计算方法为：

式中：s为颗粒物比表面积；

dl为液滴直径；

xl为液滴中fecl2浓度。

在实际生产中，为了保证喷嘴的雾化效果，液滴的喷射压力是恒定不变的，因此，液滴的直径dl可以认为保持不变，由此得出结论，进入焙烧炉进行焙烧的废酸浓度是颗粒物的比表面积的重要影响因素之一，废酸浓度越高，比表面积越小，两者在数学上呈幂级数分布，趋势图如图1所示。由图1可以看出，降低浓缩酸的浓度可以显著提高氧化铁粉（fe2o3）的bet值。工程设计及调试过程中，基本上都是围绕降低浓缩酸浓度开展工作，较为常见的手段是在预浓缩器中同时加入脱盐水对浓缩酸进行稀释后喷射进入焙烧炉，加入脱盐水后，由于稀释的作用，浓缩酸的浓度会显著降低，从而大幅提高了氧化铁粉（fe2o3）bet值。但是这样做的缺点是显而易见的，由于预浓缩器中加入了大量的水分，不仅降低了喷雾焙烧盐酸再生装置处理能力，而且又提高了生产能耗。

从目前市场反映的需求来看，喷雾焙烧盐酸再生装置生产的氧化铁粉bet值都偏低，远没有达到磁性行业的要求，并且除了在预浓缩器中添加水分进行稀释外，没有更加行之有效的方式，由此也成为了制约喷雾焙烧盐酸再生装置发展的技术瓶颈点。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有喷雾焙烧盐酸再生装置生产的氧化铁粉bet值偏低的问题。

为此，本实用新型提供了一种高比表面积氧化铁粉的喷雾焙烧盐酸再生系统，包括预浓缩器、焙烧炉和氧化铁粉仓，所述预浓缩器的出料口通过焙烧炉供料管路与所述焙烧炉连接，所述焙烧炉供料管路上设有预浓缩器循环泵和焙烧炉供料泵，所述预浓缩器出料口通过预浓缩器循环管路与预浓缩器顶部连接，所述焙烧炉的出气口通过烟气管道与预浓缩器顶部连接，焙烧炉的出料口与所述氧化铁粉仓连接，还包括废酸溶液供料管路，所述废酸溶液供料管路分成第一管路和第二管路，所述第一管路与焙烧炉供料管路连接，所述第二管路与预浓缩器的进料口连接。

进一步的，所述焙烧炉供料管路上设置用于定量检测溶液浓度的第一浓度分析仪，所述第一管路上设置用于定量调节进液量的第一自动调节阀，所述第一自动调节阀与第一浓度分析仪联锁，使得第一管路上废酸溶液的流量根据第一浓度分析仪的测定值与其设定的目标值的差异由第一自动调节阀进行自动调节。

进一步的，所述预浓缩器内设置用于检测其溶液液位的液位检测仪，所述第二管路上设置用于定量调节进液量的第二自动调节阀，所述第二自动调节阀与液位检测仪联锁，使得第二管路上废酸溶液的流量根据预浓缩器液位测定值与目标值的差异有第二自动调节阀进行自动调节。

进一步的，所述第一管路和第二管路上均设置有流量计。

进一步的，所述预浓缩器循环管路上设有用于定量检测溶液浓度的第二浓度分析仪。

进一步的，所述预浓缩器的出气口连接吸收塔，用于吸收预浓缩器内换热后的烟气。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

(1)本实用新型提供的这种高比表面积氧化铁粉的喷雾焙烧盐酸再生系统针对喷雾焙烧盐酸再生装置的常规工艺焙烧炉浓缩酸浓度高的特点，在不降低系统处理能力，不提高能耗的基础上，通过将废酸溶液分成两路分别进入到焙烧炉和预浓缩器中，由于焙烧炉供料管路中加入了一定量的废酸，使得供往焙烧炉中进行灼烧的浓缩酸浓度显著下降，从而达到提高生产出来的氧化铁粉的bet值的目的。

(2)本实用新型提供的这种高比表面积氧化铁粉的喷雾焙烧盐酸再生系统中第一管路和第二管路上的废酸溶液通过自动调节阀分别与焙烧炉供料管路上的浓度分析仪和预浓缩器的液位检测仪联锁进行自动流量调节，确保供往焙烧炉灼烧的浓缩酸的浓度稳定可控，同时又不影响预浓缩器液位的平衡性，保证了系统运行稳定。

以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1是喷雾焙烧盐酸再生系统中氧化铁粉比表面积与废酸溶液浓度的关系图；

图2是常规喷雾焙烧盐酸再生系统的结构示意图；

图3是本实用新型喷雾焙烧盐酸再生系统的结构示意图。

附图标记说明：1、氧化铁粉仓；2、焙烧炉；3、吸收塔；4、预浓缩器；5、液位检测仪；6、预浓缩器循环泵；7、焙烧炉供料泵；8、焙烧炉供料管路；9、预浓缩器循环管路；10、第一浓度分析仪；11、第二浓度分析仪；12、流量计；13、第一自动调节阀；14、第一管路；15、第二自动调节阀；16、第二管路。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

实施例1：

如图2所示，本实施例提供一种现有技术中常规的喷雾焙烧盐酸再生系统，包括预浓缩器4、焙烧炉2和氧化铁粉仓1，所述预浓缩器4底部设有废酸溶液的出料口，该预浓缩器4的出料口通过焙烧炉供料管路8与所述焙烧炉2的供料口连接，焙烧炉供料管路8上设有预浓缩器循环泵6和焙烧炉供料泵7，所述预浓缩器4出料口通过预浓缩器循环管路9与预浓缩器4顶部连接，所述焙烧炉2的出气口通过烟气管道与预浓缩器4顶部连接，实现焙烧炉的高温烟气对预浓缩器4内废酸溶液加热，焙烧炉2的出料口与所述氧化铁粉仓1连接，所述预浓缩器4的出气口连接吸收塔3。

上述系统实现喷雾焙烧盐酸再生工艺过程如下：

(1)含有fecl2、fecl3、h2o的废酸溶液全部直接进入预浓缩器4加热浓缩，在焙烧炉供料管路8上经预浓缩器循环泵6和焙烧炉供料泵7加压后以高压喷射的方式进入焙烧炉2对废酸进行高温灼烧，（灼烧温度650~720℃），在灼烧过程中发生如下化学反应：

2fecl2+2h2o+1/2o2=fe2o3↓+4hcl↑；

2fecl3+3h2o=fe2o3↓+6hcl。

(2)上述焙烧炉2产生的高温烟气进入预浓缩器4，作为高温热源与预浓缩器4内的废酸溶液进行换热，烟气被降温后进入吸收塔3经水吸收后作为再生的新盐酸进行循环使用，废酸溶液则被加热浓缩。

(3)上述焙烧炉2产生的氧化铁经管道输送至氧化铁粉仓1内装袋外运。

上述喷雾焙烧盐酸再生方法为现有技术中常规的喷雾焙烧盐酸再生工艺，但存在如下问题：废酸全部进入预浓缩器与高温烟气换热蒸发水分浓缩后再进入焙烧炉，由于进入焙烧炉的废酸溶液浓度高，导致焙烧炉中生成的氧化铁颗粒物的bet值偏低，不能满足磁性行业的要求。

实施例2：

本实用新型实施例提供一种高比表面积氧化铁粉的喷雾焙烧盐酸再生系统，至少可解决现有技术中存在的部分问题。该系统与上述实施例1中喷雾焙烧盐酸再生系统结构基本相同，具体结构此处不再赘述；本系统在实施例1的基础上进行了改进，具体为：如图3所示，该系统还包括废酸溶液供料管路，所述废酸溶液供料管路分成第一管路14和第二管路16，所述第一管路14与焙烧炉供料管路8连接，所述第二管路16与预浓缩器4的进料口连接。废酸溶液在进入预浓缩器4之前分成独立的第一管路14和第二管路16，分别进入焙烧炉2和预浓缩器4，进入预浓缩器4的废酸溶液经加热浓缩后与第一管路14的废酸溶液混合进入焙烧炉2。由于焙烧炉供料管路8中通过第一管路14加入了一定量未经浓缩的废酸溶液，从而降低了供往焙烧炉2中进行灼烧的浓缩废酸溶液浓度，而由图1可知，进入焙烧炉2进行焙烧的废酸溶液浓度越低，生成的氧化铁颗粒物比表面积越大，即提高了生产出来的氧化铁粉bet值。

作为实施方式之一，在焙烧炉供料管路8上设置用于定量检测溶液浓度的第一浓度分析仪10，并对其设定目标值，在第一管路14上设置用于定量调节进液量的第一自动调节阀13，并将第一自动调节阀13与第一浓度分析仪10进行联锁，第一管路14上废酸溶液的流量根据第一浓度分析仪10的测定值与其设定的目标值的差异由第一自动调节阀13进行自动调节，在生产过程中，通过第一浓度分析仪10对焙烧炉供料管路8上的浓缩废酸溶液的浓度进行监控，当废酸溶液浓度上升到目标值时，自动调节第一自动调节阀13自动打开，废酸溶液分成两路分别进入到系统中，在确保供往焙烧炉2灼烧的浓缩废酸的浓度稳定可控基础上，实现降低供往焙烧炉2进行灼烧的浓缩废酸的浓度。

与此同时，在预浓缩器4内设置用于检测其溶液液位的液位检测仪5，并对其设定目标值，在第二管路16上设置用于定量调节进液量的第二自动调节阀15，并将第二自动调节阀15与液位检测仪5进行联锁，第二管路16上废酸溶液的流量根据预浓缩器4液位测定值与目标值的差异有第二自动调节阀15进行自动调节，保证预浓缩器4的液位始终平衡。而与常规工艺相比，由于进入预浓缩器4的废酸溶液流量会降低，因此，在液位平衡的情况下，预浓缩器循环管路9上的浓缩酸浓度会有所升高，降低了预浓缩器4中废酸溶液加热浓缩的能量消耗。具体的，预浓缩器4中废酸溶液通过预浓缩器循环管路9输送至预浓缩器4顶部进行加热浓缩，可在预浓缩器循环管路9上设置用于定量检测溶液浓度的第二浓度分析仪11，实时监测预浓缩器循环管路9上废酸溶液浓度。

进一步的，可在第一管路14和第二管路16上均设置用于检测管路上废酸溶液流量的流量计12，实时监测两路废酸溶液流量，确保往焙烧炉2灼烧的浓缩酸的浓度稳定可控，同时又不能影响预浓缩器4液位的平衡性。

另外，所述预浓缩器4的出气口连接吸收塔3，焙烧炉2产生的高温烟气进入预浓缩器4，作为高温热源与预浓缩器4内的废酸溶液进行换热，烟气被降温后进入吸收塔3经水吸收后作为再生的新盐酸进行循环使用。

综上所述，本实用新型提供的这种高比表面积氧化铁粉的喷雾焙烧盐酸再生系统针对喷雾焙烧盐酸再生装置的常规工艺焙烧炉浓缩酸浓度高的特点，在不降低系统处理能力，不提高能耗的基础上，通过将废酸溶液分成两路分别进入到焙烧炉和预浓缩器中，由于焙烧炉供料管路中加入了一定量的废酸，使得供往焙烧炉中进行灼烧的浓缩酸浓度显著下降，从而达到提高生产出来的氧化铁粉的bet值的目的。

以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本实用新型的保护范围之内。