一种废盐酸处理方法及系统与流程

本发明涉及一种废盐酸的处理方法及系统，属于废物处理技术领域。

背景技术：

盐酸在钢铁材料或镀敷制品等工业制品的制造过程中作为清洗液使用。使用过的盐酸含有来自工业制品或其原材料的金属成分(例如金属盐)，因此与使用前的盐酸相比清洗能力差。但是，盐酸并不廉价，盐酸废液的废弃处理也花费费用，因此不希望废弃使用过的盐酸。因此，以往，这些废液经过再生处理而被再利用。

例如，在喷雾焙烧法中，向炉内喷雾含有盐酸的废液。通过废液与被加热的空气在炉内接触，生成氯化氢(气体)和固形物(金属氧化物等)。氯化氢被吸收装置吸收而回收。但是，在喷雾焙烧法中，为了将空气加热到至少1000℃左右，需要大量的燃料，花费高。

技术实现要素：

为克服现有技术中存在的缺点，本发明的发明目的是提供一种废盐酸的处理方法及系统，花费低。

为实现所述发明目的，本发明提供一种废盐酸的处理方法，其特征在于，包括如下工序：废盐酸与废铁进行反应生成含有二氯化铁溶液；将二氯化铁进行氧化成三氯化铁并浓缩三氯化铁溶液，制备成三氯化铁的含量为质量80％-86％的水溶液；将该水溶液中的上述三氯化铁在190℃-205℃水解，得到β-羟基氧化铁。

为实现所述发明目的，本发明提供一种废盐酸的处理方法，其包括如下工序：废盐酸与氧化铁进行反应生成含有二氯化铁和/或三氯化铁溶液；将二氯化铁进行氧化成三氯化铁，并浓缩三氯化铁溶液，制备成三氯化铁的含量为质量80％-86％的水溶液；将该水溶液中的上述三氯化铁在190℃-205℃水解，得到β-羟基氧化铁。

为实现所述发明目的，本发明另一方面提供一种废盐酸的处理系统，其包括：反应槽、压滤机、碳纳米过滤器、蒸发槽和水解槽，其中，反应槽用于使废盐酸l1与药液进行反应以生成三氯化铁溶液l2；所述压滤机用于将反应槽提供的溶液l2分离成固态物c1和滤液l3；碳纳米过滤器用于对滤液l3进行过滤，生成固态物c2和三氯化铁溶液l4；蒸发槽用于蒸发三氯化铁溶液中的水份，使三氯化铁水溶液中三氯化铁的含量为质量80％-86％；所述水解槽在190℃-205℃下进行水解生成β-羟基氧化铁。

优选地，碳纳米过滤器包括设置有空腔的振动器以及设置在空腔内的水管，水管内设置有具有多个微孔的微孔膜,所述微孔的轴向与液流的方向一致,所述振动器用于产生设定频率的声波并传播于微孔膜上以使水及离子通过微孔膜，振动器包括用于将电谐振信号转换为声波的换能器和用于产生电谐振信号的振荡器，所述振荡器所产生的电谐振信号的频率范围为约50mhz到约20ghz。

与现有技术相比，本发明提供的废盐酸的处理方法及系统花费低。

附图说明

图1是本发明提供的废盐酸的处理系统的组成框图；

图2是本发明提供的碳纳米过滤器的组成示意图；

图3是本发明提供的微孔膜的顶视图；

图4是本发明提供的振荡器的电路图；

图5是利用sem拍摄拍摄实施例3的水解工序中得到的粉末状的固体物的图像。

具体实施方式

以下，根据情况参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。但是，本发明并不限定于下述实施方式

图1是本发明提供的废盐酸的处理系统的组成框图，如图1所示，本发明提供的废盐酸的处理系统1包括：贮存槽2、反应槽3、压滤机4、碳纳米过滤器5、蒸发槽6和水解槽，其中，贮存槽2用于存储废盐酸l1；反应槽3用于使废盐酸l1与药液进行反应以生成三氯化铁溶液l2；所述压滤机3用于将反应槽提供的溶液l2分离成固态物c1和滤液l3；碳纳米过滤器5用于对滤液l3进行过滤，生成固态物c2和三氯化铁溶液l4；蒸发槽6用于蒸发三氯化铁溶液中的水份，使三氯化铁水溶液中三氯化铁的含量为质量80％-86％；蒸发出的水份通过冷凝收集；所述水解槽在190℃-205℃下进行水解生成β-羟基氧化铁。本发明中，依次在反应反槽的滤液l1中添加废铁粉，生成二氯化铁溶液，待废铁粉与盐酸反应完全后，通入氧气生成三氯化铁溶液。在反应槽中加入废铁粉和氧气时，依次发生如下化学反应：

fe+2hcl→fecl2+h2↑

4fecl2+o2+hcl→4fecl3+2h2o

4fecl2+o2→4fecl3+fe2o3

根据本发明另一个实施例，在反应槽的滤液l1中添加氧化铁，生成二氯和/三氯化化铁溶液，而后通入氧气生成三氯化铁溶液。在反应槽中填加氧化铁和氧气时，在反应槽中发生如下化学反应：

feo+2hcl→fecl2+h2o

fe2o3+3hcl→2fecl3+3h2o

4fecl2+o2+hcl→4fecl3+2h2o

4fecl2+o2→4fecl3+fe2o3

图2是本发明提供的碳纳米过滤器的组成示意图，如图2所示，本发明提供碳纳米过滤器包括具有第一圆柱形空腔的外壳104和设置在第一圆柱形空腔内的过滤组件，过滤组件包括设置有第二圆柱形空腔的振动器以及设置在第二圆柱形空腔内的水管2，导水管内设置有具有多个微孔111的微孔膜101,所述微孔111的轴向与水流的方向一致,所述振动器用于产生设定频率的声波并传播于微孔膜101上以使水分子及体积较小的离子等通过微孔膜101，体积较大的浮游物被微孔膜过滤掉。振动器包括用于将电谐振信号转换为声波的换能器103和用于产生电谐振信号的振荡器107，所述振荡器107所产生的电谐振信号的频率范围为约50mhz到约20ghz。换能器103包括截面为半圆环的电极对132和换能材料132，振荡器107产生的振荡信号通过截面为半圆环的电极对32施加于换能材料332上，换能器103设置在水管102的外周，微孔膜101设置于水管102内。

本发明中，示例性的，水管102、换能器103及外壳104为管道、软管或圆筒结构，其中中空内部有着圆形截面结构，但水管102、换能器103及外壳104的截面也可以为他形状，如椭圆形、长方形、三角形、梯形、五边形、六边形、八边形或其他形状。振动器也可以置于微孔膜101的旁边，以传播声波至微孔膜101上。外壳104也可以覆盖并保护振动器和微孔膜101。

图3中微孔膜101的截面为圆形，厚度在约1μm和40μm之间。在微孔膜101中有大量孔隙111，大部分孔隙111都基本沿水管102轴向排列。排列的孔隙111嵌入微孔膜101中，以提供水分子及溶于水的钙离子等通过微孔膜101时的通道。制作水处理装置时，将水管102分成水管上部和水管下部，将微孔膜101固定于水管上部和水管下部的之间并使微孔膜101上的孔隙的轴与水管的轴一致。本发明提供的过滤器能够通过筛选通过对盐离子。根据本发明一个实施例，孔隙由多个碳纳米管组成，比如单壁碳纳米管(swnt)，碳纳米管具有设定尺寸的内部通道。碳纳米管基本上是疏水的。具体来说，内径为8.11埃的碳纳米管能够容纳氢键相连的单层水分子网络。相似地，内径为9.46埃的碳纳米管能够容纳氢键相连的三层水分子网络，内径为10.81埃的碳纳米管能够容纳氢键相连的四层水分子网络，内径为13.51埃的碳纳米管能够容纳氢键相连的七层水分子网络。

振动器可以将声波传播至微孔膜101和将要筛选通过的分子上，如此能促使分子移动通过孔隙111。振动器包括换能器103和电子振荡器107，换能器用于将电子振荡器107产生的电能转换为机械能输出。换能器103由换能材料131和电极132组成。比如，换能材料131可能包括至少一层的约9μm厚的聚偏氟乙烯(pvdf)薄膜。换能材料131还可能包括一种电活性材料如锆钛酸铅(pzt)，微孔膜101和换能材料131的声阻抗是一致的。电极132为约150nm厚的铜薄膜，包裹着换能材料31。振荡器7输出的信号频率范围为约50到约200mhz或约50mhz到约20ghz。

振动器的换能器103置于微孔膜101的外周的水管102的外表面上。在一个实例中，换能器103是通过不导电的环氧树脂附在水管102的外表面的。

根据本发明一个实施例，碳纳米过滤器还包括设置于过滤组件出水口处的流量传感器和控制器(图中未示)，所述流量传感器用测量过滤器的出水流量，控制器根据流量传感器提供的信息控制振荡器107所产生的电谐振信号的频率。振荡器可以采用现有技术中提供的三端式振荡器，也可以采用本发明提供的图4所示的压控振荡器。

图4是本发明提供的振荡器的电路图，如图4所示，本发明提供的振荡器包括振荡级和缓冲级，振荡级包括振荡用晶体管t1，谐振电路，耦合电容器c4，反馈用电容器c6，负载电阻r3，基极偏置电阻r1和r2，电容器c7，半固定电容器(可手动调整的可变电容)c5,其中，谐振电路包括变容二极管d1，第一电感器l1，第二电感器l2，耦合电容器c3，电容器c1和旁路电容器c2。而且，这些构成部件如图5所示那样连接。

缓冲级包括放大晶体管t2，耦合电容器c10和c12，负载电感器l3，基极偏置电阻器r4，电源串联电阻器r5以及旁路电容器c8，c9和c11。而且，这些构成部件如图5所示那样连接。

图4所示的振荡器中，在振荡级中，当向频率控制电压控制端vcontr供给正电压的频率控制电压时，该频率控制电压通过第一电感器l1供给变容二极管d1，对变容二极管d1施加反向偏置电压。通过该电容的设定，谐振电路的谐振频率主要由第一电感器l1及第二电感器l2的各电感值和变容二极管d1的电容值决定。此时，振荡用晶体管t1以与谐振电路的谐振频率大致相等的频率振荡，从其发射极输出振荡信号，提供给后续的缓冲级。

另外，在缓冲级中，当从振荡级提供振荡信号时，该振荡信号通过耦合电容c10提供给放大用晶体管t2的基极，在放大用晶体管t2中被共射放大。

本发明中，通过对半固定电容器c5的手动调整，将电压控制振荡器的振荡信号电平控制在允许范围内，在振荡信号电平控制在允许范围内时，将半固定电容器c5固定在其调整位置，将电压控制振荡器的振荡信号电平控制在允许范围内。本发明中，在振荡用晶体管t1的基极集电极之间连接可变电容c5，当制造时的压控振荡器的振荡信号电平在允许范围外时，通过对可变电容c5进行手动调整，使振荡信号电平控制在允许范围内。由于信号电平处于容许范围内，所以不需要像以往的振荡信号电平的调整那样，逐一更换组装的构成部件，具有能够大幅减少调整时的劳力和时间的效果。本发明中通过给电压控制端vcontr施加不同的电压，以控制振荡器的工作频率，进一步控制振动器的工作频率。

下面描述本发明提供的废盐酸的处理方法。

本发明提供的废盐酸的处理方法主要包括制备工序和水解工序。在制备工序中，在反应槽中，使废盐酸与铁或氧化铁反应，生成从含有二氯化铁(fecl2)和三氯化铁(fecl3)中的至少任一种的废液l2；利用压滤机对废液l2进行过滤，将固态物去除，而后将含二氯化铁(fecl2)和三氯化铁(fecl3)的溶液l3经碳纳米过滤器进一步过滤将溶液l3分离成固态物生溶液l3,利用蒸发器6蒸发掉液中的水份，使水溶液l5中的三氯化铁的含量为质量80％-86％。

在水解工序中，在给水解槽填加制备工序制备的三氯化铁的含量为质量80％-86％水溶液的同时，将水解槽的温度加热到190℃以上205℃，使水溶液中的氯化铁在190℃以上205℃以下水解，生成β-羟基氧化铁，即β-feooh，水解槽中发生如下化学反应：

4fecl3+2h2o→β-feooh+3hcl

在水解工序中，可以与β-羟基氧化铁一起生成氯氧化铁。当水解工序中生成的β-羟基氧化铁的生成率表示为m1，水解工序中生成的氯氧化铁的生成率表示为m2时，m1/(m1+m2)为0.5以上1.0以下。β-羟基氧化铁针状晶体。针状晶体的长径的平均值可以为0.5μm以上5μm以下，或者0.6μm以上2.5μm以下。针状晶体的纵横比的平均值可以为5～50，或10～40。针状结晶的长径可以说是β-羟基氧化铁的一次粒子的长径。由于粒径小的β-羟基氧化铁的反应性高，因此适合于各种化学物质的原材料。

本发明中，根据表1调整水解槽中反应温度和三氯化铁水溶液的质量％，利用xrd法分析比较例1、比较例2、实施例1-4的生成物的成分如表1所示：

表1

由表1可见，水溶液的三氯化铁的含量为质量80％-86％，反应温度为190℃-205℃时，三氯化铁水解得到β-羟基氧化铁。

图5是利用sem拍摄拍摄实施例3的水解工序中得到的粉末状的固体物的图像，如图5所示，实施例3的水解工序中得到的粉末状为针状结晶体，其中，粒子p的长轴的长度dl为1.0μm，粒子p的短轴的长度ds为0.05μm。

以上所述仅对本发明的实施方式做了详细的说明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。